一种新型三维精密工作台的设计与应用

黎 新 陈育荣 王生怀

(湖北汽车工业学院机械工程系，湖北 十堰 442002)

0 引言

随着精密加工及测试技术的迅速发展，精密定位的问题变得至关重要［1－2］。为更深入地研究物体表面形貌的特性与功能，对形貌的测量评定已由二维发展到三维，尺度也由微米发展到纳米，测量范围由小面积向大面积发展［3］。此外，微加工、微操作、微存储也希望有尽可能大的工作范围，以提高装备的功能与效率。因此，研究大量程精密定位工作台已成为各前沿学科的当务之急。

本文所设计的精密三维位移工作台可广泛应用于三维表面形貌的测量与评定、精密及超精密加工和半导体光刻等领域。与传统的二维及三维工作台相比，该精密三维位移工作台具有高精度和大量程等优点。它采用粗、精结合的定位机构和自带计量系统的闭环控制系统，能够实现垂直方向(Z方向)的大量程位移扫描和水平方向(X-Y方向)的精确定位。

1 工作台的结构及原理

自带计量系统的三维位移工作台结构如图1所示。

图1 三维位移工作台结构Fig.1 Structure of the 3D displacement workbench

由图1可知，工作台由垂直扫描工作台和X-Y二维工作台组成，其中，垂直扫描工作台被放置在X-Y二维工作台之上。当测量工件时，闭环控制系统控制二维工作台的位移;同时，Z方向由伺服电机和压电陶瓷驱动器驱动垂直扫描工作台，以实现垂直方向上的精确定位。衍射光栅位移传感器用于探测垂直扫描工作台的垂直位移量。因此，在表面形貌测量过程中，实现了X-Y方向的精度定位和Z方向的垂直扫描。……