纳米缎精密机械的设计及特性.pdfVIP

第 卷 第。 国 防 科 技 参 考 Vol18．No．10 1997年 10月 … … 一 Oct 1997 ． A e尸 纳米缎精密机械的设计及特性 ，)／ n7 ， (QueensgateInstrument~Ltd-WatersidePark，Bracknell，RGI21RB，UK) 3 P 摘 要 蠹 硷l 轴$g脚 蟊L零有限套司研制出一未列超精定位机械，它们将 Queensgate的压电及纳束数传惑器捶木拱套蒲具有亚纳米龊定位精度能力的多轴定位 控制器。在这篇论文中，将介绍和讨论在这些机械的研制中所用到的一些技术，以解释 如何获搏纳束或亚纳束叛水平的计量能力。 1 肼搬 芍扣坪 ． 一 ． i 。 。la|咎i扰匆I}乞“、‘充u 近年来，由于精密罩程备个锁域的迅猛发寰，对精密定位及检测系统能够真有纳米 级的静辫l牵朔霜壹翔酗嘲喇之萄l 商 ：这种趋势的发展需要新的设计思想和技术，以 研捌豳_更奢}撼l姻穗 挣椴l霜安求． 了 一 QIles硅仅糟 公苟正在钎究一项趟精定位技术，它把Queensgate的压电和 纳米级传感器合并为具亚纳米级定位精度的多轴定位控制器 这个系统由一系列单元构 成，称之为毫微机构，其中包括单轴单元，x—Y单冠 倾斜单元和偏转单元等。这些单 元结合起来可提供给精密定位构件三、四、五，或者六个自由度。 二、纳米级精密机械的设计原理 只有压电装置具有满足高稳定性分辨率的潜力，但是，外部传感器必须要能控制自 己的状态。因为压电装置是非线性的，并有潞后现象。电容测微仪由于体积小，简单，本 身具有极小的分辨率，所以在理论上适合于该任务。为了获得单纯的单轴运动，运用了 挠性导向机构，它实现了对离轴运动的抑制 并把压电传动装置和传感器结合起来形成 一 个完整的平台系统。图1是这种系统典型的闭环控制方框图。 电容位置传感器 r 由Queensgate研制的电容传感器被称为毫微传感器r(NanoSensor)。这是一种具有 较高线性度的装置t其线性度误差小于规定操作范围 (一般为1o0～5OOpm)的0．02 。 在较小的范围里操作，其线性度更高。在lO0~m的范围内 (其正常工作范围为50Own)， 通过使用NXB—L传感器 (它拥有更大的敏感范稠)，可得到O．O1 的超高线性度。毫 微传感器有定位噪声，正常操作时O．005nmHz一1／2(有效值)，它可由超级镍钴钢或 Zerodur这样的坚固材料制造． 1997年第3期 91 0口mf口 I呻0 OM■ 一 ． ． ] ■——] l ilr．‘ H船II咖 }er 瓜