大行程二维纳米伺服平台及采用光栅的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大行程二维纳米伺服平台，还涉及一种采用光栅的测量方法。
【背景技术】
[0002]现有的精密传感器多数是在保证非轴向偏移很小情况下实现对被测量件轴向运动高精度大行程测量。因而，对于小行程(小于200微米)的平面运动可采用光栅直接测量终端平台的平面运动。
[0003]对于大行程精密运动平台平面运动的测量，由于超过了光栅传感器非轴向的几何限制，无法对终端平台直接测量。
[0004]密歇根大学的Awtar教授提出的一种测量方法:利用光栅传感器与电容传感器通过多次补偿可以实现终端平台平面位移的测量。但这种测量方需要2类传感器(电容传感器价格高于光栅传感器)，而且这种多次测量的方法存在安装调试复杂的缺陷(由光栅传感器测量用于固定电容传感器的中间平台，再由电容传感器测量终端平台的位移)，使得不确定的因素增多，误差更不宜控制。从Awtar教授的实验结果可以看出，这种测量方法误差很大。
[0005]现有的高端仪器设备中，双频激光干涉仪可以测量平面大行程，但成本高，安装复杂ο
【发明内容】
[0006]本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的:大行程二维纳米伺服平台的结构设计需要同测量相结合考虑。而现有的大行程精密运动平台的结构设计未与测量相结合考虑。
[0007]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有结构简单、制造成本低、便于使用、便于测量终端平台的平面位移的优点的大行程二维纳米伺服平台。
[0008]本发明还提出一种采用光栅的测量方法，所述采用光栅的测量方法用于测量所述大行程二维纳米伺服平台的终端平台的平面位移。
[0009]根据本发明第一方面实施例的大行程二维纳米伺服平台包括:基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；χ向驱动器和Υ向驱动器；第一 X向刚性连接件和第一 Υ向刚性连接件，所述第一 X向刚性连接件沿X向延伸且与所述X向驱动器相连，所述第一 γ向刚性连接件沿γ向延伸且与所述Υ向驱动器相连；第一 Υ向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一 Υ向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述第一 X向刚性连接件相连，所述第一 X向柔性解耦件沿Υ向延伸且分别与所述终端平台和所述第一Υ向刚性连接件相连；第一X向柔性导向件和第二X向柔性导向件，所述第一X向柔性导向件和所述第二 X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一 X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件中的每一个沿Υ向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连以便约束所述第一 X向刚性连接件的非X向运动；第一 Y向柔性导向件和第二 Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一 Y向刚性连接件相连以便约束所述第一 Y向刚性连接件的非Y向运动；以及用于测量所述第一 X向刚性连接件在X向上的位移的X向光栅和用于测量所述第一 Y向刚性连接件在Y向上的位移的Y向光栅。
[0010]根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台具有结构简单、制造成本低、便于使用、便于测量终端平台的平面位移等优点。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述X向光栅包括设在所述第一 X向刚性连接件的上表面上的X向光栅尺以及用于测量所述X向光栅尺在X向上的位移的X向光栅传感器，所述Y向光栅包括设在所述第一Y向刚性连接件的上表面上的Y向光栅尺以及用于测量所述Y向光栅尺在Y向上的位移的Y向光栅传感器。
[0012]根据本发明第二方面实施例的大行程二维纳米伺服平台的采用光栅的测量方法包括以下步骤:A)利用所述X向光栅测量所述第一 X向刚性连接件在X向上的位移，利用所述Y向光栅测量所述第一Y向刚性连接件在Y向上的位移；和抝根据所述第一X向刚性连接件在X向上的位移和所述第一 Y向刚性连接件在Y向上的位移，计算得到所述终端平台的平面位移。
[0013]根据本发明实施例的采用光栅的测量方法步骤简单，可以方便地、容易地、精确地测量出终端平台的平面位移，且无需使用昂贵、复杂的测量仪器，也无需对测量结构进行繁复的补偿。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述采用光栅的测量方法进一步包括:利用所述第一X向刚性连接件在X向上的位移减去所述第一 X向刚性连接件的X向寄生运动以便得到所述终端平台在X向上的位移，利用所述第一 Y向刚性连接件在Y向上的位移减去所述第一Y向刚性连接件的Y向寄生运动以便得到所述终端平台在Y向上的位移，利用所述终端平台在X向和Y向上的位移得到所述终端平台的平面位移，其中所述第一 X向刚性连接件的X向寄生运动与所述终端平台的Y向位移满足多项式的关系，所述第一 Y向刚性连接件的Y向寄生运动与所述终端平台的X向位移满足多项式的关系。
[0015]根据本发明第三方面实施例的大行程二维纳米伺服平台包括:基座；终端平台，所述终端平台位于所述基座的边沿的内侧；χ向驱动器和Y向驱动器；第一 X向刚性连接件和第一 Y向刚性连接件，所述第一 X向刚性连接件沿X向延伸且与所述X向驱动器相连，所述第一 Y向刚性连接件沿Y向延伸且与所述Y向驱动器相连；第一 Y向柔性解耦件和第一X向柔性解耦件，所述第一 Y向柔性解耦件沿X向延伸且分别与所述终端平台和所述第一 X向刚性连接件相连，所述第一 X向柔性解耦件沿Y向延伸且分别与所述终端平台和所述第一Y向刚性连接件相连；第一 X向柔性导向件和第二 X向柔性导向件，所述第一 X向柔性导向件和所述第二 X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第一 X向柔性导向件和所述第二X向柔性导向件中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第一X向刚性连接件相连以便约束所述第一 X向刚性连接件的非X向运动；以及第一 Y向柔性导向件和第二 Y向柔性导向件，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第一Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第一 Y向刚性连接件相连以便约束所述第一 Y向刚性连接件的非Y向运动。
[0016]根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台具有可以利用光栅测量终端平台的平面位移的优点。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述第一 X向柔性导向件与所述第一 X向刚性连接件的第一端相连，所述第二 X向柔性导向件与所述第一 X向刚性连接件的第二端相连，所述第一Y向柔性导向件与所述第一 Y向刚性连接件的第一端相连，所述第二 Y向柔性导向件与所述第一 Y向刚性连接件的第二端相连，优选地，所述第一 X向柔性导向件位于所述第二 X向柔性导向件和所述第一Y向柔性解耦件的下方且在上下方向上与所述第一Y向柔性解耦件相对，所述第一 Y向柔性导向件位于所述第二 Y向柔性导向件和所述第一 X向柔性解耦件的下方且在上下方向上与所述第一 X向柔性解耦件相对。
[0018]根据本发明的一个实施例，所述大行程二维纳米伺服平台进一步包括:第二 X向刚性连接件和第二 Y向刚性连接件，所述第二 X向刚性连接件沿X向延伸，所述第二 Y向刚性连接件沿Y向延伸；第二 Y向柔性解耦件，所述第二 Y向柔性解耦件沿X向延伸，所述第二Y向柔性解耦件的第一端与所述第二 X向刚性连接件相连，所述第二 Y向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；第二 X向柔性解耦件，所述第二 X向柔性解耦件沿Y向延伸，所述第二 X向柔性解耦件的第一端与所述第二 Y向刚性连接件相连，所述第二 X向柔性解耦件的第二端与所述终端平台相连；第三X向柔性导向件和第四X向柔性导向件，所述第三X向柔性导向件和所述第四X向柔性导向件沿X向间隔开地设置，所述第三X向柔性导向件和所述第四X向柔性导向件中的每一个沿Y向延伸且分别与所述基座和所述第二X向刚性连接件相连以便约束所述第二 X向刚性连接件的非X向运动；以及第三Y向柔性导向件和第四Y向柔性导向件，所述第三Y向柔性导向件和所述第四Y向柔性导向件沿Y向间隔开地设置，所述第三Y向柔性导向件和所述第四Y向柔性导向件中的每一个沿X向延伸且分别与所述基座和所述第二 Y向刚性连接件相连以便约束所述第二 Y向刚性连接件的非Y向运动。
[0019]根据本发明的一个实施例，所述基座包括基座本体以及设在所述基座本体上的第一安装部、第二安装部、第三安装部和第四安装部，所述第一 X向柔性导向件的第一端与所述第一 X向刚性连接件相连且第二端与所述第一安装部相连，所述第二 X向柔性导向件的第一端与所述第一 X向刚性连接件相连且第二端与所述第三安装部相连，所述第一 Y向柔性导向件的第一端与所述第一Y向刚性连接件相连且第二端与所述第二安装部相连，所述第二 Y向柔性导向件的第一端与所述第一Y向刚性连接件相连且第二端与所述第四安装部相连，其中所述第一 X向柔性导向件、所述第二 X向柔性导向件、所述第一 Y向柔性导向件和所述第二Y向柔性导向件中的每一个在上下方向上与所述基座本体间隔开。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述第一 X向柔性导向件为两个且两个所述第一 X向柔性导向件相对X向对称，所述第二 X向柔性导向件为两个且两个所述第二 X向柔性导向件相对X向对称，所述第一 Y向柔性导向件为两个且两个所述第一 Y向柔性导向件相对Y向对称，所述第二Y向柔性导向件为两个且两个所述第二Y向柔性导向件相对Y向对称。
[0021]根据本发明的一个实施例，所述大行程二维纳米伺服平台通过3D打印一体成型，优选地，所述二维纳米伺服平台为塑料材质(如ABS)，通过3D打印一体成型。
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台的俯视图；
[0023]图2是根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台的结构示意图；
[0024]图3是根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台的局部结构示意图；
[0025]图4是根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台的局部结构示意图；
[0026]图5是根据本发明实施例的大行程二维纳米伺服平台的主视图；
[0027]图6是根据本发明实施例的采用光栅的测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。<