摘要：基于宏微组合驱动方式,提出一种具有角度修正功能的大行程二维纳米工作台设计方案来减小精密测量系统中由于工作台定位及角度误差引入的测量误差。首先,从原理上对设计方案进行了论证。该方案中宏动工作台和微动工作台共用位置反馈系统构成闭环控制,并基于压电陶瓷致动器及柔性铰链设计的六自由度微动工作台对宏动工作台进行直线定位误差及角度误差的综合补偿。然后,基于设计方案设计了宏动工作台及微动工作台的结构。最后,对安装调试后的宏微工作台系统进行了直线组合定位测试及角度误差修正测试。实验结果表明,该工作台系统的宏动行程达到了200mm×200mm;在闭环控制下,通过六自由度微动工作台的补偿作用可使各角度偏差由上百秒降至10″以内,由此工作台系统在全行程内的直线定位误差可由3μm降至25nm以内。实验结果验证了提出的组合定位系统的有效性。

摘要：高精度要求的滚动轴承，其实际游隙和工作精度受热变形和装配变形的影响很大，机械设计中选择初始游隙时，通常的估算满足不了精度要求。本文运用热传导理论、弹性力学，对滚动轴承的热、力变形作了深入的理论分析，为根据轴承的实际工作条件，正确确定其初始游隙、保证轴承的工作精度，提供了理论依据。

摘要：微位移工作台是实现高精度定位的关键部件,传统的工作台自由度少且分辨力不高,不能满足应用需求,因此提出一种六自由度高精度微位移工作台结构方案并验证了其性能。在整体结构上采用“串并联混合驱动”的方式和中空结构,将六个自由度的运动合理地分布在平动层,转动层和支撑层三层结构中,并设计开发了工作台的运动控制系统以及一套可搭配使用的运动控制软件。实验结果表明,X,Y,Z轴线位移分别优于20,20和37 μm,角位移行程分别优于39",33"和27";线位移分辨力均优于0.7 nm,角位移分辨力均优于0.1"。所提出的六自由度微位移工作台相比于传统工作台具有自由度多、极高分辨力等优点,有望在超精密加工,微电子制造等领域中获得广泛的应用。

摘要：介绍了一种基于机器视觉的高效、高精度自动定位控制方法,并通过了实验验证。首先,利用图像处理的结果确定控制系统中各零件的位置和方向。其次,通过实验得到像素坐标系和空间坐标系的关系,控制二维工作台高速向定位点运行,提高定位效率。最后,由电感测微仪的显示值变化构成闭环控制系统,控制工作台低速向定位点逼近,提高了定位精度。介绍了自动定位系统的总体结构设计、基本原理及实现过程,并给出了二维工作台两个方向上的定位误差实验分析。

摘要：针对现有微纳米CMM机(Micro-Nano Coordinate Measuring Machine,微纳米CMM)测量逼近效率低的问题,设计了一种基于视觉引导的3D纳米测头。该测头以石英音叉结合一体式光纤微测杆测球作为微力触发定位传感器,以3个空间布置的微型USB高倍摄像机对工作台做视觉引导。将测球置于3个摄像机焦平面后约100μm处,通过高斯滤波、清晰度评价、极点搜索,对图像进行实时处理,判断试样是否接近测球,实现三维工作台的高低速引导控制。实验结果表明:该测头可以实现大行程、高精度微纳米CMM的自动高速逼近、低速触发定位测量,通用性好、集成度高,测量效率高。

摘要：通过与长度溯源三轴激光干涉仪测量系统结合,设计开发计量型动态模式原子力显微镜(AFM)。此AFM系统中,三轴激光干涉仪系统用于实时测量AFM测头与试样的相对位移。激光干涉仪系统的x,y,z测量轴正交于AFM探针顶端附近的一点,基本可以避免系统的阿贝误差,使AFM具有极高的测量精度。除此之外,扫描过程中三轴激光干涉仪系统还用于工作台x,y方向位移的反馈控制,完全克服AFM中压电器件的缺陷对水平尺寸测量的影响。分析表明.在对纳米标准栅的平均栅距测量中,AFM系统达到亚纳米的测量精度。

摘要：为解决具有深孔、微槽、弧面等复杂特征微器件的高精度测量问题,需要采用微纳米接触式测头和白光干涉测头进行复合测量。而在这两种测头构成的复合测量系统中,现有标准器无法对其进行高精度的坐标统一。因此,根据两种测头的测量原理,提出一种三棱台标准器来实现坐标统一。根据三棱台标准器的结构特点,基于几何原理,建立标准器几何参数及其平面度对基准点坐标精度影响的数学模型。根据数学模型进行数值仿真,进一步分析标准器几何误差对基准点求解精度的影响,为标准器参数设计提供设计依据。最后,采用设计加工的标准器对微纳米三坐标测量机与白光干涉仪进行了测头坐标系统一化试验和精度分析。结果表明,采用三棱台标准器能够实现接触式测头和白光干涉测头坐标系统一,坐标统一化配准精度可达2.259μm。该方法为复合测量中标准器的设计与分析提供参考依据。

摘要：该文通过采用误差分离与修正技术,对微纳米三坐标测量机x-y平面内存在的各项误差进行全面分析。利用高精密检测仪器和标准件,设计误差分离与修正方案,并对修正过的误差项补偿效果进行测试。然后通过实验测量标准量块平面度、长度等量值,以检验修正后的微纳米三坐标测量机测量精度。实验结果显示,一等量块工作面的平面度测量重复性标准差达到9.5nm,x和y方向长度测量的标准差分别达到了10nm和19nm。理论分析和实验表明,所研制的二维高精度工作台可用于高精度的三维测量。

摘要：以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。实验证明,此设计硬件电路结构简单,软件控制灵活,输出信号频率稳定,精确。

摘要：介绍单频激光干涉位移测量系统的数据采集设计方案。使用数据采集卡和PC机,在VC++环境下,对激光干涉位移测量结果进行环境参数补偿和修正,以及抗干扰处理。通过比对验证采集系统设计合理性和稳定性,从而有效保证整个仪器的总体精度。