新闻详情

新闻详情 

新闻中心
精密转台误差分析
来源: | 作者:topphotonics | 发布时间: 2021-02-22 | 1058 次浏览 | 分享到:
在精密定位或测量等应用场景,往往需要用到转台尤其是气浮转台。端跳(axial error motion)、径跳(radial error motion)和摆动(tilt error motion/wobble)是大部分转台用户必须要考虑到的三个精度误差。下图的abc分别对应端跳、径跳和摆动。

端跳、径跳、摆动

如下图,业内普遍采用电容传感器+标准球(master ball)的方式对以上三个误差进行测量。这种测量方式对标准球的圆度要求很高,如果被测量的转台误差仅仅几十纳米的话,那么标准球的圆度一般要求优于10纳米。因为如果标准球的圆度误差>转台本身的误差,那么无法测出转台本身的误差。
 
端跳(axial error motion)
 
径跳(radial error motion)


  摆动(tile error motion/wobble)

LAB公司采用最小二乘中心法(least square circle)的方式来呈现具体的实测误差,即设置一个标准圆,以这个标准圆的圆心坐标位置为中心,与此同心的测量图形上的内外两个圆的半径差即为被测的实际误差。


测试报告上呈现的结果,是对电容传感器测出来的原始数据进行FFT换算后,以UPR(undulations per revolution) 的方式呈现的误差的频率信息。


UPR 0是传感器sensor的DC偏移, UPR 1是标准球相对转台轴心的偏心,这两个都不是转台的误差信息,所以通常情况下在测试报告上不会体现。下图呈现了RT150U气浮转台的实测径跳误差为16.6nm。


误差实测结果呈现

实际上,实测的径向误差是转轴的实际径向平移和部分摆动误差的组合。因为实际测量的时候,标准球不能直接固定在转台的台面上,而是需要一个支架固定在台面上方,一般情况下这个支架的高度为100mm左右。标准球位于转台上方的高度越高,由摆动带来的误差影响越大,因为摆动(角度误差)的影响随着高度的增高会不断增加。

实测场景

值得注意的是,无论是端跳、径跳还是摆动,任何一个误差都是既有同步误差(synchronous error motion),也有异步误差(Asynchronous error motion),两种误差是始终同时存在的。下图呈现了同步误差和异步误差以及总误差的关系。
 


同步误差为总误差中的可重复部分,即Synchronous error,异步误差为总误差中的不可重复部分,即Asynchronous error,部分用户也经常用不可重复误差来代指异步误差,异步误差主要来自于外部环境而不是转台本身。

对于LAB公司的气浮转台的来说,同步误差占总误差(同步误差和异步误差之和)的比例为90%左右,异步误差对总误差的影响相对来说可以忽略。

LAB Motion Systems公司2005年成立于比利时著名的大学城鲁汶,是天主教鲁汶大学孵化出的企业,公司的全称是Leuven Air Bearings NV。LAB是全球领先的气浮运动控制系统供应商,公司为用户提供基于气浮轴承技术的纳米精度运动控制系统,包括气浮转台和多轴运动控制平台。其气浮转台的端跳和径跳可以达到<20nm的精度。

北京拓普光研科技发展有限公司(www.topphotonics.com)是LAB在中国的代理商,致力于LAB产品在半导体检测、量子光学、激光微加工、精密测量、天文、CT等领域的应用推广。