ICS01.040.39 N 10 中华人民共和国国家标准 GB/T 38614—2020 基于柔性铰链机构和压电陶瓷驱动器的 纳米定位与扫描平台测量方法 Measurement method for nano positioning and scanning stage based on flexure hinge mechanism and piezo actuator 2020-11-01实施 2020-04-28发布 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T 38614—2020 目 次 前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 测量条件 测量仪器 6 测量方法 6.1 轴向行程 6.2 准确度 6.3 单向重复定位精度 6.4 双向重复定位精度 6.5 迟滞误差 6.6 线性度 6.7 位移分辨力 6.8 角摆偏差 6.9 直线度 6.10 平面度 6.11 正交误差 GB/T38614—2020 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由全国电子测量仪器标准化技术委员会（SAC/TC153)提出并归口。 本标准起草单位：沈阳建筑大学、三英精控（天津）仪器设备有限公司、广东工业大学、中国计量科 学研究院、苏州昊通仪器科技有限公司、沈阳理工大学。 本标准主要起草人：须颖、戴敬、邵萌、安冬、施玉书、贾静、戴超、文杰、石怀涛 Ⅲ GB/T38614—2020 基于柔性铰链机构和压电陶瓷驱动器的 纳米定位与扫描平台测量方法 1范围 本标准规定了基于柔性铰链机构和压电陶瓷驱动器的纳米定位与扫描平台（以下简称为平台）的测 量条件、测量系统和测量方法。 本标准适用于平台的研究、设计、生产、检测及使用。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T11336一2004直线度误差检测 GB/T38616—2020纳米定位与扫描平台术语 3 术语和定义 GB/T38616一2020界定的术语和定义适用于本文件 测量条件 平台的测量应满足如下条件： a) 测量场地应无影响测量精度的灰尘、振动、气流扰动和较强磁场； b) 测量时的环境温度为（20士1)℃，其变化应不大于0.5℃/h； c） 测量时的环境相对湿度为（50士5）%； d) 测量前应确认平台无影响测量正确性实施和测量结果的外观缺陷； e) 测量时平台处于正常工作状态。 SAC 5 测量仪器 本标准中推荐使用激光干涉仪（以下简称干涉仪），角摆偏差也可使用自准直仪，测量仪器精度应满 足测量要求。 6 测量方法 6.1轴向行程 6.1.1测量步骤 将干涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行轴向行程测量： 1 GB/T38614—2020 a) 将平台移动至行程反向极限位置，干涉仪测量读数清零； b) 将平台移动至行程正向极限位置，记录干涉仪测量值； c) 重复步骤a)和步骤b)不应少于3次。 6.1.2计算 轴向行程T，按式（1)计算： T ....(1) nj=i 式中： T，一平台第i次轴向行程测量值； 测量次数，n≥3。 6.2 准确度 6.2.1 测量步骤 将干涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行准确度测量： a)# 按图1所示，在全行程平均分布11个测量位置，分别为p，（i=1,2，11）其中p为行程反 向极限位置，p为行程正向极限位置； b) 将平台移动至第1个测量位置P1，干涉仪测量读数清零； c）将平台从Pi开始依次定位到p2，P3，，P11，在每个位置稳定后记录该位置的干涉仪测量值； d) 重复步骤b)和步骤c)不应少于5次。 图1单向测量位置行程示意图 6.2.2计算 第i个测量位置的准确度A；，按式（2）计算： ZPi A, : - (i =1,2,,11) .(2) P n 式中： P，一一平台第i个测量位置的第i次测量值； P,- 一平台第i个测量位置的目标值； 一测量次数，n≥5。 取A=max(A,）为平台被测轴的准确度。 6.3 单向重复定位精度 6.3.1 测量步骤 单向重复定位精度测量步骤同6.2.1，其中步骤d)的重复步骤b)和步骤c)不应少于10次。 6.3.2计算 单向重复定位精度计算过程如下： 2 GB/T38614—2020 a）按式（3)确定第i个测量位置的正向平均测量值P，个： ZPu + P,+ (i=1,2,...,11) .(3) n 式中： P，个一—平台第i个测量位置的第次正向测量值； n 测量次数，n≥10。 b) 第i个测量位置的正向重复定位精度R，个，按式（4)计算： (P,+-P+)2 R, ↑ (i=1,2,..,11) ...(4 ) n-1 式中: P;+ 平台第i个测量位置的第；次正向测量值； 平台第i个测量位置的正向平均测量值P，个； 测量次数，n≥10。 n 取R↑=max(R，↑）为平台被测轴的正向重复定位精度。 注：本标准中仅规定了正向重复定位精度的测量方法，反向重复定位精度的测量方法参照正向重复定位精度。 6.4双向重复定位精度 6.4.1测量步骤 将干涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行双向重复定位精度测量： a） 按图2所示，在全行程平均分布11个测量位置，分别为p（i=1,2，，11），其中p为行程反 向极限位置，P11为行程正向极限位置； b) 将平台移动至第1个测量位置P1，干涉仪测量读数清零； c) 将平台从开始依次正向定位到p2a，…，p1，再从n开始依次反向定位到109，…， p1，在每个位置稳定后记录该位置的干涉仪测量值； d）重复步骤c)不应少于6次。 PgPlo Pi 图2双向测量位置行程示意图 6.4.2计算 双向重复定位精度计算过程如下 a） 由于第一次测量误差较大，在进行双向重复定位精度数据处理时将第一次测量数据去掉，取 m=n-1,其中n为测量次数。 b) 按式（5)确定第i个测量位置的双向平均测量值P，： P, ++P,+ (i=1,2,...,11) .(5) 2 3 GB/T38614—2020 式中： P，个—一平台第i个测量位置的正向平均测量值； P.+- 平台第i个测量位置的反向平均测量值。 c） 第i个测量位置的正向重复定位精度R，个，按式（6)计算： (P↑-P)2 R,个 (i=-1,2,,11) (6) m-1 式中： P; ↑ 平台第i个测量位置的第i次正向测量值； P: 平台第i个测量位置的双向平均测量值； m 测量次数n-1,m≥5。 第i个测量位置的反向重复定位精度R：，按式（7)计算： Z(P,-P,)* RV= (i=1,2,...,11) .(7) m-1 式中： Pi, 平台第i个测量位置的第；次反向测量值； P, 平台第i个测量位置的双向平均测量值； m 测量次数n-1,m>5。 取R=max(R，个,R，)为平台被测轴的双向重复定位精度。 6.5迟滞误差 6.5.1 测量步骤 将干涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行迟滞误差测量： a) 按图2所示，在全行程平均分布11个测量位置，分别为p，（i=1,2，，11），其中为行程反 向极限位置，P11为行程正向极限位置； b) 将平台移动至第1个测量位置，干涉仪测量读数清零； c）将平台从pi开始依次正向定位到p2,ps，,p，再从p开始依次反向定位到p1o，p， p1，在每个位置稳定后记录该位置的干涉仪测量值； d) 重复步骤b)和步骤c)不应少于5次。 6.5.2计算 迟滞误差计算过程如下： a）按式（8)计算第i个测量位置的反向差值B;： B,=P, +-P, (i=1,2,...,11) ..(8) 式中： P,+ 平台第i个测量位置的正向平均测量值； Pi 平台第i个测量位置的反向平均测量值。 b) 取测量位置反向差值绝对值的最大值max(|B,1)为平台的轴向反向差值B,即B=max(|B,1)。 c） 迟滞误差8H，按式（9)计算： =B/T×100% ...(9) 4