[发明专利]通过光学干涉方法实时读取位移转动信息的三自由度纳米定位平台

说明书

通过光学干涉方法实时读取位移转动信息的三自由度纳米定位平台，三自由度纳米定位平台包括上传动平板和下静平板，上动平板和下静平板之间有三个传动组件，三个传动组件呈120°均匀地分布在通过三个传动组件的圆周上，压电陶瓷驱动器的顶部连接下球形顶头，下球形顶头的半球形顶头嵌入上传动平板的圆弧形凹槽内，上传动平板安装在上动平板的圆槽内，弹簧平行于压电陶瓷驱动器呈120°均匀地分布在上动平板和下静平板的弹簧支架上。还包括实时读取微动倾斜平台位移角度信息的测量装置，激光器的输出激光以45度角对准反射装置的反射面垂直透射进劈尖干涉装置，劈尖干涉装置连接被测物体，待测物体放置在三自由度纳米定位平台上面。

技术领域

本发明涉及超精密定位调整设备，特别是一种具有两转动一移动的三自由度 并联式可实时读取位移转动信息的纳米定位平台。

背景技术

近年来，随着微电子技术、精密光学以及精密加工技术的迅猛发展，现有 的定位精度已经不能满足人们的需求，开发出一种多自由度、纳米级定位精度以 及高灵活度和高灵敏度的定位系统，用于实现高精度的操作和实验研究已经迫在 眉睫。现有的纳米定位平台多以压电陶瓷作为驱动定位元件，以柔性铰链机构作 为运动导轨，通过驱动驱动压电陶瓷驱动器，以柔性铰链为精密传动机构，来实 现纳米级的位移。虽然柔性铰链较传统运动副大大减少了数量、重量、装配步骤 以及运动精度，但不可否认的是，柔性铰链传动还有很多致命的缺陷，尤其是在 精密传动中。第一，由于柔性构件变形实现的运动收到其自身强度的限制，导致 其行程有限；第二，由于柔性运动的能量存储，柔性构件在进行传动时容易产生 轴漂和寄生误差，一方面导致其精度受限，另一方面也增加了其控制程序的复杂 性；第三，柔性传动部分刚度较差，并且在长时间经受应力或高温的条件下，容 易产生蠕变和应力松弛现象，增加其机构的不稳定性。并且在高精度操作中为了 对平台实现实时精密控制，有时候需要实时读取出精密平台的运动信息，从而反 馈到控制系统中，来实现对平台的实时精密控制，目前为止没有一款能够实时读 取运动信息的多维纳米级平台用于高精度的操作和实验研究，因此开发出一种可 实时读取运动信息的纳米级多维定位平台变得至关重要。

发明内容

为了弥补现有高精度纳米级定位平台不能实时读取角度信息的缺陷，本发明 提供一种可实时读取位移转动信息的三自由度纳米定位平台。

本发明可克服上述缺陷，该三自由度纳米定位平台可以通过光学干涉的方法 实时的读取位移角度信息，可以实现高精度高灵敏度的定位测量。

通过光学干涉方法实时读取位移转动信息的三自由度纳米定位平台，其特征 在于，包括一个承载被测物体并使被测物体产生位移的三自由纳米定位平台和实 时读取被测位移角度信息的测量装置：

该三自由度纳米定位平台包括上传动平板2和下静平板8，上动平板2和下 静平板8之间有三个传动组件，三个传动组件呈120°均匀地分布在通过三个传 动组件的圆周上，每个传动组件包括垂直地安装在下静平板8上的压电陶瓷驱动 器6，压电陶瓷驱动器6的顶部连接小支矩5，小支矩5下压住下球形顶头4； 下球形顶头4的半球形顶头嵌入上传动平板3的圆弧形凹槽内，下球形顶头4 与所述的圆弧形凹槽顶部相切，下球形顶头4与所述的圆弧凹槽在剖面上的圆心 的连线垂直于下静平板8；上传动平板3安装在上动平板2的圆槽内，弹簧7平 行于压电陶瓷驱动器6呈120°均匀地分布在上动平板2和下静平板8的弹簧支架1上。

该三自由度纳米定位平台的位移角度信息可通过光学干涉的方法实时读取， 根据等厚干涉原理可知，当用单色平行光垂直照射玻璃劈尖时，由于单色光在劈 尖上下两个表面会分别产生两束反射光，这两束反射光会在玻璃劈尖的上表面产 生干涉，且干涉强度为：

其中I_R1和I_R2分别为两束反射光的光强，δ为反射光经过介质后反射光之间 的光程差，λ为入射光波长。在实际实验过程中，I_R1＞＞I_R2，则(1)式便可简化 为：