納米位移臺(tái)六自由度的激光干涉校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制.pdf

1、隨著微/納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米級(jí)定位技術(shù)已成為納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)納米位移臺(tái)的多自由度測(cè)量和校準(zhǔn)提出了迫切的要求。本論文依托于國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“納米位移定位控制技術(shù)和系統(tǒng)的研發(fā)(2011BAK15B09)”，就納米位移臺(tái)的激光干涉校準(zhǔn)技術(shù)展開研究，旨在建立一套能夠同時(shí)測(cè)量納米位移定位平臺(tái)六自由度的激光干涉校準(zhǔn)系統(tǒng)。
　　論文分析了激光干涉納米位移測(cè)量技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，描述了外差式激光干涉儀的測(cè)量原理，選擇Z

2、YGO公司的同時(shí)測(cè)長(zhǎng)和測(cè)角的3軸高穩(wěn)定性平面鏡干涉儀，設(shè)計(jì)了一套能夠同時(shí)測(cè)量納米位移定位平臺(tái)六自由度的激光外差干涉校準(zhǔn)系統(tǒng);詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的光路布局和機(jī)械結(jié)構(gòu)，基座和Z軸光路支撐采用大理石結(jié)構(gòu)，Z軸光路布局應(yīng)用龍門式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，納米位移臺(tái)可以進(jìn)行三維角度的調(diào)整;利用ANSYS軟件對(duì)系統(tǒng)大理石應(yīng)力變化進(jìn)行了有限元仿真分析，得到系統(tǒng)最小的形變?yōu)?.368μm;分析了系統(tǒng)位移和角度的量程及分辨率測(cè)試能力，位移測(cè)量范圍為10mm×10mm×10m

3、m，分辨率為0.15nm，角度測(cè)量范圍為4mrad×4mrad×4mrad，分辨率為0.0044arcsec;詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)軟件程序，針對(duì)VME總線的數(shù)據(jù)采集板，采用VC++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集、位移角度換算、數(shù)據(jù)顯示和保存等功能，實(shí)現(xiàn)了6軸數(shù)據(jù)的同時(shí)處理。
　　論文構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn):(1)構(gòu)建了測(cè)量不確定度為2.93nm的一維位移校準(zhǔn)系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性為3nm，分辨率優(yōu)于1nm，對(duì)Npoint公司的NPXY10

4、0Z10型號(hào)納米臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試校準(zhǔn)，滿量程的線性度為0.1％，分辨率為納米級(jí)。(2)構(gòu)建了納米位移臺(tái)多自由度的測(cè)試裝置。納米臺(tái)X軸和Y軸分別以1μm為步進(jìn)10μm為行程運(yùn)動(dòng)后返回，測(cè)得X軸線性度為0.14％，非線性誤差為3.15nm，耦合誤差為4.0047nm，俯仰角為-0.4502mrad，偏轉(zhuǎn)角為0.9803mrad，橫滾角為-0.7843mrad;Y軸線性度為0.14％，非線性誤差為-0.503nm，耦合誤差為44.999nm，俯仰