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纳米位移台的周期性误差如何校准?

纳米位移台的周期性误差,通常指的是由导螺杆、丝杠等机械传动部件固有的制造缺陷(如螺距误差)引起的,在移动特定距离(通常为一圈)时重复出现的定位误差。校准这种误差需要使用高精度的反馈传感器进行闭环补偿。
以下是系统性校准的步骤和方法:
核心原理:基于参考的闭环映射与补偿
校准的本质是比较指令位置和实际位置,建立误差映射表,并进行实时补偿。
标准校准流程
准备工作
高精度参考传感器:这是校准的关键。需要使用比位移台自身精度高一个数量级的传感器,如:
激光干涉仪:提供高精度的长度基准。
高精度电容传感器或光栅尺:同样可以作为可靠的参考。
稳定环境:在校准前,确保设备在恒温、无振动、无气流干扰的环境下稳定足够长的时间(例如24小时),以最小化环境带来的测量误差。
数据采集(建立误差映射表)
将参考传感器安装在位移台上,使其能够精确测量台面的实际位移。
通过控制器,命令位移台以极小且均匀的步长(远小于误差周期)在其全程内移动。
在每一个步长处,同时记录:
指令位置:位移台控制器发出的位置指令。
实际位置:由参考传感器测量到的真实位置。
这样,您就得到了一系列数据点,描绘出整个行程内“指令位置”与“实际位置”之间的差异。
误差分析与建模
将采集到的数据进行分析,计算每个点的误差:误差 = 实际位置 – 指令位置。
绘制误差曲线。对于周期性误差,您会看到一条围绕零值周期性波动的曲线。
控制器软件会利用这些数据,通过算法(如查表法插值或傅里叶分析拟合)生成一个误差补偿表。这个表告诉控制器,当移动到某个指令位置时,需要增加或减少多少位移量来进行修正。
补偿表上传与验证
将生成的误差补偿表上传或烧录到位移台的控制器中。
重新进行测量验证:让位移台再次在全行程内移动,并比较补偿后的实际位置与指令位置。校准成功的标志是 residual error(残余误差)被显著降低,达到一个可接受的水平。