具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统

摘要

本发明公开了一种具有角度补偿功能的大行程二维纳米工作台系统，采用基于压电陶瓷致动器和柔性铰链设计的六自由度微动工作台对大行程二维工作台进行直线定位及角度误差的综合补偿。本发明中，大行程二维工作台采用步进电机结合滚珠丝杠的驱动方式，具有较大的俯仰角、偏摆角、滚转角误差，定位精度在微米级；六自由度微动工作台具有纳米级的直线定位精度和毫秒级的角度定位精度。两者结合，组成了大行程二维纳米工作台系统。该系统在闭环控制系统的控制下通过六自由度微动工作台对大行程二维纳米工作台进行直线定位误差和角度误差的综合补偿，实现了二维大行程纳米定位。

主权项

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轴反射镜调整支架、Y轴反射镜调整支架及X轴反射镜调整支架、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。