高精度定位平台的标定及补偿技术研究

摘要

高精度自动测量及其定位技术已广泛应用于微电子信息产业、转基因生物工程、纳米操作等高技术产业中，成为一项关键技术。无论是生物工程中的细胞操作、集成电路或光电子器件的加工，还是采用扫描电子显微镜进行纳米操作，均要采用一项关键技术，那就是需要高精度自动测量和高精度定位技术。因此，本课题组所要建立的高精度定位平台是一项非常重要的技术。目前，国内在这领域已有不少研究，但其与国外之间还有不少距离，尤其在标定技术方面的研究国内还没有相关报道。 高精度定位平台是通过激光干涉系统进行标定和补偿的，需要涉及到研究内容主要有：微位移测量技术和平台标定技术。本文的研究也是从这两个方面展开，主要包括以下四个部分： 第一部分是激光干涉系统的介绍及误差分析研究。阐述了激光干涉仪的位移测量原理，简要介绍本课题所采用的日本的DISTAX公司的L-LM-20B型带光纤传导的小型激光干涉测量系统，并对其在本实验室条件下的测量误差作了详细地分析并提出改进方案。 第二部分是余弦误差修正系统的开发。分析了余弦误差产生的原因及修正其的必要性，接着阐述了余弦误差修正系统的基本原理、软硬件电路建立及实验效果。 第三部分是微动平台的标定方法研究。对微动平台的标定实验环境作了系统地分析，将微动平台固有误差与环境变化带来的综合误差区别开来，并对微动平台作了多次往返标定，得到标定数据并通过最小二乘法多次曲线拟合得到往返误差曲线方程，对微动平台采用了反相补偿法进行了补偿。 第四部分是系统闭环光栅的标定方法初步研究。阐述了系统闭环光栅标定的必要性，并提出了系统闭环光栅相对零点确定方法，使系统闭环光栅的补偿成为可能，对系统闭环光栅标定及补偿方法作了初步探讨。 最后在总结当前工作的基础上，对本课题的后继工作提出了一些需要改进和完善的地方。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明和本论文使用授权说明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1本课题研究的意义和目的

1.1.2国内外大行程纳米定位技术的研究现状

1.1.3国内外关于高精度定位系统的标定技术状况

1.2本课题研究的内容

1.3本文内容简介

第二章激光干涉系统的介绍及误差分析研究

2.1激光干涉仪位移测量原理简介

2.2激光干涉测量系统的介绍

2.2.1 DISTAX L-LM-20B型激光干涉仪测量原理

2.2.2计数器上的计数值向长度转化及波长补偿公式

2.3激光干涉测量系统的误差分析

2.3.1系统误差

2.3.2余弦误差

2.3.3死区误差

2.3.4激光波长修正误差

2.3.5热膨胀误差

2.3.6综合误差分析

2.4本章小结

第三章余弦误差修正系统的开发

3.1余弦误差修正的必要性

3.2余弦误差修正系统原理及软硬件设计

3.2.1四象限光电探测器

3.2.2修正系统硬件设计

3.3余弦误差修正系统的标定实验

3.4本章小结

第四章高精度工作台定位系统设计介绍

4.1高精度定位工作台的设计原理

4.1.1宏动定位平台标定简介

4.1.2阿贝误差分析

4.2高精度定位工作台标定的实验环境介绍

4.2.1实验工作环境简介

4.2.2实验隔振平台

4.2.3标定实验简介

4.3本章小结

第五章微动平台的标定方法研究

5.1微动平台的标定

5.1.1标定的实验条件

5.1.2微动平台标定及曲线拟合

5.2微动平台的补偿方法

5.2.1补偿原理

5.2.2实验及补偿结果

5.3本章小结

第六章系统闭环光栅的标定方法初步研究

6.1系统闭环光栅标定的必要性

6.2系统闭环光栅相对零点的确定方法

6.3系统闭环光栅标定及补偿方法的初步研究

6.4本章小结

第七章结论

附表1

附表2

附表3

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢