[发明专利]具有纳米级分辨率的超精密定位工作台

说明书

技术领域

本发明是涉及一种定位工作台，尤其是涉及一种纳米级分辨率的超精密定位工作台。

背景技术

21世纪，纳米测量具有广泛的需求，例如在微电子领域，1999年的典型线宽为180nm，到2006年的典型线宽将为100nm,2009年典型线宽将为70nm。定位精度应为线宽的1/3～1/4。在生物领域，DNA的尺度在2～3nm范围内。所以，微纳米定位技术在超精加工、微电子工程、生物工程、纳米技术领域中有着重要的应用。

传统的微动工作台采用精密丝杆副及滚动(或滑动)导轨、精密螺旋楔块机构、涡轮凹轮机构、齿轮杠杆式机构等机械传动式微位移驱动器。由于机械摩擦、间隙、爬行等原因，其运动精度、定位精度很难达到亚微米甚至纳米量级。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种运动精度、定位精度可达到亚微米甚至纳米量级的一种具有纳米级分辨率的超精密定位工作台。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明主体由柔性铰链工作台和压电陶瓷微位移器组成，其结构要点是：采用双频激光干涉仪SJD5检测，由计算机和相位计共同组成闭环控制系统；通过计算机给出数字信号，经D/A转换并放大，产生0～1000V、步长为1V的可变电压，驱动压电陶瓷伸缩，然后再由压电陶瓷带动柔性铰链工作台作微位移。

作为一种优选方案，控制部分采用PC机控制。

本发明有益效果。

本发明采用压电陶瓷可以很容易实现高分辨率的运动，而且没有空回、粘滑等现象，成为微定位系统中广泛应用的微致动器。而柔性铰链机构具有无机械摩擦、无间隙、不需要润滑、不产生热量和噪声等优点。采用压电陶瓷驱动的柔性铰链工作台，具有直接传动、结构紧凑、重量轻、位移分辨率高等优点，有着广阔的应用发展前景。

附图说明

为本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明原理框图。

具体实施方式

如图所示，本发明主体由柔性铰链工作台和压电陶瓷微位移器组成，采用双频激光干涉仪SJD5检测，由计算机和相位计共同组成闭环控制系统；通过计算机给出数字信号，经D/A转换并放大，产生0～1000V、步长为1V的可变电压，驱动压电陶瓷伸缩，然后再由压电陶瓷带动柔性铰链工作台作微位移。

作为一种优选方案，控制部分采用PC机控制。

微致动器-压电陶瓷的选择。

分别采用了中国科学院声学所研制的压电陶瓷PZT1和德国PI公司20世纪90年代初制造的压电陶瓷PZT2作为驱动件。这两种PZT的量程都在5μm左右，驱动电压均为1000V。所以平均电压每升高或降低1V对应的分辨率在5nm左右。另外还采用了日本产的压电陶瓷PZT3，其最大量程约为15μm，对应于驱动电压150V；如果对定位精度要求相对较低的话，可使用PZT3。所以,为了进一步提高微位移分辨率，须采用具有一定减速比的柔性铰链工作台。

本发明公开了一种具有较大传动比的超精密定位工作台，并从理论上对其刚性等机械性能进行了计算分析。采用具有亚纳米测量分辨率的双频激光干涉仪对该定位工作台的运动定位特性进行了测量。在1000V电压驱动下，压电陶瓷通过定位工作台形成的测量分辨率可以达到012 nm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。