[实用新型]具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统

说明书

技术领域

    本实用新型涉及大范围高精度定位工作台系统领域，具体为一种具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统。

背景技术

在测量系统中，工作台不仅需要具有极高的直线定位精度，而且需要尽可能的减小其运动角度误差。工作台的角度误差对其定位误差有着放大作用，尤其在违背阿贝原则的测量系统中，因工作台角度误差及阿贝臂引起的阿贝误差更是不可忽略。传统的x-y二维工作台多由两个可单轴运动的工作台叠加而成，导轨的不完善性导致运动台产生俯仰、偏摆和滚摆运动，如果此时两个工作台在空间上存在高度差，则会将导轨的定位误差放大反映到载物台所处的测量平面上。例如堆叠而成的二维测量平台，两导轨运动面不重合，存在S＝5cm的高度差，下层工作台运动倾斜角度为，则给上一层工作台造成的运动定位误差＝250nm，这个误差量级对于纳米测量是不可忽略的。在普通精度测量系统中，可以通过软件补偿对此误差进行一定程度的补偿，但是在纳米级测量系统中，由于工作台力变形及测量环境的变化，甚至是工件放置位置的不同都会造成工作台的附加微小变形，当测量机行程较大时，单靠补偿很难达到纳米级。为了解决此问题，有研究提出了共平面导轨设计方案，这种导向与测量面的共平面设计，消除了导轨角运动误差和导轨高度差对平台定位误差的放大作用。但是在测量时，对于有一定高度的被测件，工作台的角度误差仍会引入不可忽略的测量误差，并且此误差随着工件的形状及放置位置不同而变化，难以补偿。通过提高工作台导轨的加工精度和装配精度对减小工作台的定位误差和角度偏差有一定的效果，但是在大行程及高精度的要求下，成本极高且难以实现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统，其特征在于：包括有底座、设置在底座上的大行程二维工作台、由大行程二维工作台支撑的六自由度微动工作台、分布在六自由度微动工作台两相邻侧外并互呈90度夹角的两个光学测长测角系统，其中：

所述的大行程二维工作台由分别沿X向、Y向设置的两组单轴工作台上下交叉叠加而成，每个单轴工作台以循环滚珠导轨副作为导向元件，以步进电机配合滚珠丝杠为驱动方式，其中位于上部的单轴工作台固定在位于下部的单轴工作台的导轨滑块上；

所述的六自由度微动工作台的驱动元件为压电陶瓷，所用八个压电陶瓷均通过压电陶瓷无应力夹持预紧机构进行夹持和预紧，导向机构为柔性铰链弹性导轨，六自由度微动工作台包括连接板，所述连接板安装在大行程二维工作台中位于上部的单轴工作台的导轨滑块上并刚性相连，连接板上沿Z向设置有四组压电陶瓷驱动单元，四组压电陶瓷驱动单元在连接板上呈中心对称并围成矩形，且矩形的侧边分别与X向、Y向平行，连接板上还支撑有多自由度板，所述多自由度板由外框、设置在外框中的中框和设置在中框中的内基板构成，所述多自由度板通过其内基板固定在四组压电陶瓷驱动单元组成的矩形顶部，且多自由度板侧边与四组压电陶瓷驱动单元组成的矩形边缘平行，两个光学测长测角系统分布在多自由度板两相邻的侧边外，多自由度板外框位于其中一个光学测长测角系统同侧的框边顶部设置有X轴反射镜调整支架，多自由度板外框位于另一个光学测长测角系统同侧的框边顶部设置有Y轴反射镜调整支架，X轴反射镜调整支架与Y轴反射镜调整支架彼此呈90度分布在多自由度板外框顶部，且X轴反射镜调整支架顶部设置有作为X向光学测长测角系统靶镜的X轴反射镜、Y轴反射镜调整支架顶部设置有作为Y向光学测长测角系统靶镜的Y轴反射镜， X轴反射镜、Y轴反射镜各自对侧的多自由度板外框框边顶部分别安装有反射镜调整支架，反射镜调整支架上分别固定有平衡对侧反射镜重量的配重块，所述X、Y轴反射镜调整支架及X、Y轴反射镜调整支架对侧的配重用的反射镜调整支架在多自由度板外框顶部框接构成框形，且框形中间的多自由度板外框顶部还安装有载物台。

所述的具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统，其特征在于：所述光学测长测角系统分别由光电自准直仪和迈克尔逊激光干涉仪构成。