合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室，安徽合肥230009
为提高XY工作台对应功能点的空间位置精度，提出了一种六自由度（6-DOF）误差在线测量方法，并建立了相应的误差补偿模型。采用激光干涉原理测量工作台X，Y轴方向的定位误差和Z轴方向的直线度误差，采用激光自准直原理测量工作台绕X，Y，Z轴转动的角度误差，从而实现6-DOF误差的在线测量。分析了6-DOF误差造成工作台对应功能点的空间位置误差，建立了基于阿贝原则和布莱恩原则的误差补偿模型。根据提出的测量方法，研制了一套高精度紧凑型的在位、在线6-DOF测量系统，将其应用于一台微纳米三坐标测量机的工作台上；以SIOS激光干涉仪为参考，对测量系统和误差补偿模型的有效性进行了实验验证，并评定了系统的不确定度。结果表明：经过6-DOF误差测量和补偿后，参考功能点在X，Y，Z向的最大位置误差由1.7 μm，3.4 μm，3 μm分别减小至65 nm，81 nm，109 nm，其扩展不确定度分别为90 nm，98 nm，158 nm（k=2）。该方法和系统可被用于提高XY工作台的精度。
XY工作台 多自由度 补偿模型 阿贝原则 XY stage multi-degree-of-freedom compensation model Abbe principle 光学 精密工程
2023, 31(12): 1761
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
研制了一套以数字信号处理 (DSP)芯片为控制器的一维纳米定位控制系统。该系统主要由驱动平台、微型迈克尔逊干涉仪、DSP控制器等三个模块组成。其中驱动平台模块由线性滑轨、超声波马达HR4和驱动器AB2组成。HR4配合其专用驱动器AB2利用摩擦力来驱动侧面贴有陶瓷片的线性滑轨, 微型迈克尔逊干涉仪用来感测滑轨的位移。基于BP神经网络的PID控制算法和迈克尔逊干涉仪的信号处理运算全部由DSP控制器完成。实验结果表明, 该定位系统行程为20 mm, 定位精度优于10 nm, 重复定位标准偏差为7 nm。该定位系统具有系统架构简单, 定位精度高等优点, 可用于大行程高精度定位应用场合。
定位控制系统 DSP芯片 迈克尔逊干涉仪 BP神经网络 positioning control system DSP chip Michelson interferometer BP neural network 红外与激光工程
2018, 47(10): 1017005
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，合肥 230009
为解决微电子机械系统(MEMS)器件三维尺寸高精度测量的难题，研制了一种适用于微纳米三坐标测量机的新型高精度三维接触触发式探头。该探头只用了一个基于四象限感测器的二维角度传感器即可同时实现对测球三维运动的高精度感测。介绍了探头的结构和原理，建立了探头的灵敏度模型和刚度模型，用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度、感测范围、灵敏度、稳定性及触发重复性等性能指标进行了测试。实验结果表明：探头的刚度在三轴方向基本相同 , 约为 1 mN/μm；允许触碰范围超过 12 μm；灵敏度大于 0.5 mV/nm；在恒温环境 (20±0.025)℃下，1.3 h内的位移漂移量约为 20 nm；触发测量重复性小于 40 nm(K=2)。该探头具有精度高、测力小、体积小、成本低、装调方便等优点，可被用于微纳米三坐标测量机。
位移测量仪表 微纳米三坐标测量机 接触触发式探头 弹性机构 测微力计 displacement measuring instruments micro/nano CMM touch-trigger probe elastic mechanism micro force measurement apparatus
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
根据微纳米三坐标测量机对测头各项指标的要求，提出了4种测头弹性结构的设计方案。通过力学分析建立测头弹性结构三维刚度模型，应用有限元分析软件ANSYS分别对4种弹性结构的刚度进行仿真计算; 然后，分析讨论了4种弹性结构的性能特点。综合考虑测量刚度、灵敏性及结构紧凑稳定等多种因素，选择十字型结构作为微纳米测量机测头的弹性结构，并对其进行了结构参数的优化和测头刚度各向同性设计。搭建了高精度三维微位移测试平台，对测头的测量范围、线性、位移误差进行了实验验证。仿真分析和实验结果表明，测头的弹性结构满足测量范围40 μm×40 μm×20 μm、测量刚度小于0.5 mN/μm及刚度各向同性的要求，整体测量误差小于100 nm。
坐标测量机 微纳米测量 接触扫描测头 弹性结构设计 有限元分析 Coordinate Measuring Machine(CMM) micro and nano measurement contact scanning probe elastic structure design finite element analysis 光学 精密工程
2013, 21(10): 2587
