[发明专利]纳米定位装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米定位装置及系统，属于光栅刻划机械自动控制领域。

背景技术

纳米定位技术广泛应用于超精加工、微电子工程、生物工程、纳米技术等各个领域。纳米定位系统用于光栅机械刻划过程中时，纳米定位系统的运动方向与光栅刻刀运动方向保持垂直。由于纳米定位系统存在摆角误差，导致光栅各刻线不平行，即存在光栅刻线摆角误差，从而直接导致光栅质量下降、光栅杂散光增大。

现有技术中纳米定位装置一般采用两个或多个压电陶瓷对双层工作台(双层工作台包括包括宏定位平台(也即工作台外台)和微定位平台(也即工作台内台))的摆角误差进行校正，但其摆角调节幅值上限和调节精度有时受到纳米定位装置具体性能参数(如刚度和质量等)的影响和制约，不能消除微定位平台与光栅刻刀的位置误差与角度误差，且角校正过程中需进行多压电陶瓷情况下的位置角度解耦运算，增加了纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度，大幅度增加现有光栅刻划机改造的成本和周期。

发明内容

为解决现有技术中纳米定位装置的摆角调节幅值上限和调节精度受性能参数限制，纳米定位系统的数据采集控制模块开发难度，光栅刻划机改造的成本、周期高的技术问题，本发明提供一种纳米定位装置及系统。

本发明的纳米定位装置，包括：

基座；

宏定位平台；

对称设定于宏定位平台下表面左右两端的第一导向导轨和第二导向导轨；

设定于宏定位平台上表面的微定位平台；

压电陶瓷；

平行设置的第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构；

所述第一导向导轨，第二导向导轨，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构均固定于基座上，所述宏定位平台与所述微定位平台通过弹簧片固定连接，所述压电陶瓷的一端固定于宏定位平台，另一端与微定位平台摩擦接触，所述宏定位平台能够沿第一导向导轨和第二导向导轨滑动，所述压电陶瓷驱动微定位平台产生位移量。

进一步的，所述宏定位平台与所述微定位平台之间还设有第一弹性连接机构和第二弹性连接机构，所述第一弹性连接机构和第二弹性连接机构平行设定于压电陶瓷的两边。

进一步的，所述第一弹性连接机构和第二弹性连接机构均为拉簧。

进一步的，所述第一激光干涉位移检测机构包括第一激光干涉仪和第一测量镜，所述第二激光干涉位移检测机构包括第二激光干涉仪和第二测量镜，第一激光干涉仪和第二激光干涉仪固定于基座上，第一测量镜和第二测量镜固定于微定位平台上。

进一步的，所述纳米定位装置还设有用于调整第一测量镜的第一二维调整架和用于调整第二测量镜的第二二维调整架。

进一步的，所述宏定位平台包括台体和设定于台体两边的第一夹持部和第二夹持部，所述第一夹持部和第二夹持部在第一平面呈倒U形，所述第一平面为垂直于台体所在平面且与第一导向导轨和第二导向导轨长度方向垂直，所述第一夹持部和第二夹持部在垂直于第一平面方向设有一导通槽。

进一步的，所述台体下侧有一凸起部，用以放置压电陶瓷。

进一步的，所述第一导向导轨和第二导向导轨的材料均为熔融石英玻璃。

本发明还提供应用上述纳米定位装置的纳米定位系统，包括：

宏驱动模块，用于驱动宏定位平台沿第一导向导轨和第二导向导轨运动；

数据采集控制模块，用于采集第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构所得数据并控制所述宏驱动模块和压电陶瓷；

所述宏驱动模块与所述宏定位平台连接，所述宏驱动模块、压电陶瓷，第一激光干涉位移检测机构和第二激光干涉位移检测机构均与所述数据采集控制模块连接。

进一步的，所述微定位平台采用BP神经网络实时调节PID参数来实现纳米定位。

本发明的有益效果：

(1)本发明的纳米定位装置采用一个压电陶瓷作为微定位驱动器，在进行光栅刻划时，压电陶瓷根据光栅刻刀的位置实时调节微定位平台，消除微定位平台与光栅刻刀的位置误差与角度误差，角校正过程中无需进行多压电陶瓷情况下的位置角度解耦运算，并且具有较大的摆角调节幅值上限和调节灵活度，相比采用两个或多个压电陶瓷的纳米定位装置，该纳米定位装置可有效降低现有光栅刻划机改造的成本和周期；而且装置采用BP神经网络实时调节PID控制参数(即BP-PID)算法对微定位平台进行实时调节，降低了系统非线性对微定位平台纳米定位精度的影响；