GB/T 38616-2020 纳米定位与扫描平台术语

　　ICS 0 1 . 040 . 39 N 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 38616—2020

　　纳米定位与扫描平台术语

　　Terminologyfornanopositioningandscanningstage

　　2020-04-28 发布 2020-1 1-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 38616—2020

　　GB/T 38616—2020

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—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/TC 153)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、安冬、邵萌、施玉书、贾静、戴超、文杰、王贺。

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　　纳米定位与扫描平台术语

　　1 范围

　　本标准界定了纳米定位与扫描平台(以下简称平台)的术语定义。

　　本标准适用于纳米定位与扫描平台产品参数的定义。

　　2 通用术语

　　2.1

　　压电陶瓷驱动器 piezoactuator

　　利用纵向压电效应将电能转化为机械能的陶瓷元件。

　　2.2

　　柔性铰链机构 flexurehingemechanism

　　利用材料弹性形变产生位移的一种特殊运动副，具有无机械摩擦、运动灵敏度高、位移分辨力高等特点，常用于平台传动导向机构。

　　注：根据横截面切口形状可以将柔性铰链分为：直角型、椭圆形、过渡圆角型以及正圆形等，如图 1 所示。

　　a)直角型柔性铰链 b)椭圆形柔性铰链 c)过渡圆角型柔性铰链 d)正圆形柔性铰链

　　图 1 按横截面切口形状分类的柔性铰链

　　2.3

　　纳米定位与扫描平台 nanopositioningandscanningstage

　　基于压电陶瓷驱动器和柔性铰链机构的具有纳米量级定位和扫描功能的平台。

　　2.4

　　平台材料 stagematerial

　　用于制造平台主体机械结构的物质。

　　2.5

　　平台尺寸 stagesize

　　表征平台外部轮廓的几何量。

　　注：通常以毫米(mm)为单位。

　　2.6

　　平台运动维度 stagedegreeoffreedom

　　独立的平台运动空间坐标方向的数目。

　　注：可分为一维、二维、……、六维平台。

　　2.7

　　速度稳定性 speedstability

　　扫描过程中平台保持恒定速度的能力。

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　　2.8

　　负载能力 allowableload

　　正常工作情况下，平台载物面中心处允许负载的最大载荷。

　　注：通常以克(g)为单位。

　　2.9

　　平台稳定性 stagestability

　　平台运行中位置与位移精度的稳定性。

　　2 . 10

　　有效带宽 effectivebandwidth

　　输出信号幅值衰减到输入信号幅值 3 dB 时对应的频率。

　　注：又称- 3 dB带宽。

　　2 . 1 1

　　静态刚度 staticstiffness

　　静态载荷下平台抵抗变形的能力，用平台在静态载荷作用下的形变程度来衡量。

　　注：通常以牛每微米(N/μm)为单位。

　　2 . 12

　　谐振频率 resonantfrequency

　　引起平台发生谐振的一阶固有频率。

　　2 . 13

　　开环控制 openloopcontrol

　　控制器与平台之间只有顺向作用而没有反馈的控制。

　　2 . 14

　　闭环控制 closedloopcontrol

　　反馈控制 feedbackcontrol

　　控制器与平台之间既有顺向作用又有反馈的控制。

　　3 检测术语

　　3.1

　　轴向行程 axialrange

　　平台轴向运动的最大直线行程。

　　注：分为开环行程和闭环行程，通常以微米(μm)为单位。

　　3.2

　　目标位置 targetposition

　　平台运动部件按编程指令要达到的位置。

　　3.3

　　实际位置 actualposition

　　平台运动部件按编程指令运动到目标位置时，所测得平台的实际到达位置。

　　3.4

　　位置偏差 positiondeviation

　　平台运动部件到达的实际位置与目标位置之差，见式(1) 。

　　xij=Pij-Pi …………………………( 1 )

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　　式中：

　　xij—平台第 j 次到达第i个目标位置的位置偏差;

　　Pij —平台第 j 次向第i个目标位置移动时的实际位置测量值;

　　Pi —沿运动轴线选择的目标位置中的第 i个特定位置。

　　注：i= 1 ,2 , … ,m;j= 1 ,2 , … ,n;m 和 n为大于或等于 1 的正整数。

　　3.5

　　单向测量值 unidirectionalmeasurementvalue

　　平台以相同的方向沿轴线趋近某目标位置的一系列实际测量数值。

　　注：例如 Pij ↑ 或 Pij ↓ ,符号 ↑ 表示从平台定义的正方向趋近所得的数值，符号 ↓ 表示从平台定义的负方向趋近所得的数值。

　　3.6

　　双向测量值 bidirectionalmeasurementvalue

　　平台从正负两个方向沿轴线趋近某目标位置的一系列实际测量数值。

　　3.7

　　准确度 accuracy

　　平台运动过程中，实际位移与目标位移的一致程度。

　　3.8

　　某一位置的单向平均测量值 meanvalueofanunidirectionallymeasuredposition

　　由 n 次单向趋近某一位置 Pi 所得的实际位置测量值的算术平均值，见式(2)和式(3) 。

　　i ↑ Pij ↑ …………………………( 2 )

　　式中 ：

　　Pi ↑ —从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　Pij ↑ —从平台定义的正方向趋近所得的实际位置测量值;

　　n —测量次数。

　　i ↓ Pij ↓ …………………………( 3 )

　　式中 ：

　　Pi ↓ —从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　Pij ↓ —从平台定义的负方向趋近所得的实际位置测量值;

　　n —测量次数。

　　3.9

　　单向重复定位精度 unidirectionalpositioningrepeatability

　　在相同测量条件下，对平台同一目标位置进行连续 n 次单向重复定位所得实际测量值与平均测量值之间的一致程度，见式(4)和式(5) 。

　　Ri ↑

　　式中：

　　Ri ↑ —从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的单向重复定位精度;

　　Pij ↑—从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的实际位置测量值;

　　Pi ↑ —从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　n —测量次数。

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　　Ri ↓

　　式中：

　　Ri ↓ —从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的单向重复定位精度;

　　Pij ↓—从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的实际位置测量值;

　　Pi ↓ —从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　n —测量次数。

　　3 . 10

　　某一位置的双向平均测量值 meanvalueofbidirectionallymeasuredposition

　　由两个方向趋近某一位置 Pi 所得的单向平均测量值 Pi ↑ 和 Pi ↓ 的算术平均值，见式(6) 。

　　…………………………( 6 )

　　式中 ：

　　Pi — 某一位置的双向平均测量值;

　　Pi ↑—从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　Pi ↓—从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值。

　　3 . 1 1

　　双向重复定位精度 bidirectionalpositioningrepeatability

　　在相同测量条件下，对平台同一目标位置进行连续 n 次双向重复定位所得实际测量值与平均测量值之间的一致程度，见式(7) 。

　　Ri ( 7 )

　　式中：

　　Ri — 某一位置的双向重复定位精度;

　　Pij—实际位置;

　　Pi — 某一位置的双向平均测量值;

　　n —测量次数。

　　3 . 12

　　反向差值 reversaldeviation

　　从正负两个方向趋近某一目标位置时两单向平均测量值之差，见式(8) 。

　　Bi=Pi ↑ - Pi ↓ …………………………( 8 )

　　式中：

　　Bi — 某一位置的反向差值;

　　Pi ↑—从平台定义的正方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值;

　　Pi ↓—从平台定义的负方向趋近所得的某一位置的单向平均测量值。

　　3 . 13

　　轴向反向差值 axialreversaldeviation

　　沿轴向的各目标位置的反向差值的绝对值中的最大值，见式(9) 。

　　B=max( Bi ) …………………………( 9 )

　　式中：

　　B — 轴向反向差值;

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　　Bi — 某一位置的反向差值。

　　3 . 14

　　迟滞误差 hysteresiserror

　　在全行程下，轴向反向差值与轴向行程的百分比，见式(10) 。

　　…………………………( 10 )

　　式中：

　　δH —迟滞误差;

　　B — 轴向反向差值;

　　T — 轴向行程。

　　3 . 15

　　线性度 linearity

　　在行程范围内，平台实际位置偏离其拟合直线相应位置的程度。

　　注：表示为最大偏差与行程的百分比。

　　3 . 16

　　位移分辨力 positioningresolution

　　在有效带宽下，平台沿轴向位移噪声的均方根(RMS)值。

　　注：平台的位移分辨力与系统工作频带宽度相关，分为开环位移分辨力和闭环位移分辨力。 通常以纳米(nm) 为单位。

　　3 . 17

　　角摆偏差 angulardeviation

　　平台在轴向运动过程中的偏摆角 δφi、俯仰角 δθi 和滚转角δγi 的最大值。

　　注 ：以 x轴为运动轴的情况下，按照右手定则角摆偏差示意图如图 2 所示。

　　图 2 角摆偏差示意图

　　3 . 18

　　直线度 straightness

　　在行程范围内，平台在轴向运动过程中偏离运动轴线的程度。

　　3 . 19

　　平面度 flatness

　　在行程范围内，平台在平面运动过程中偏离运动平面的程度。

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　　3 . 20

　　正交误差 orthogonalityerror

　　平台两正交运动轴 X′Y′实际运动轨迹的正交程度，用 X′Y′夹角α 与 90°之间的角度偏差表示。 如图 3 所示。

　　图 3 平台正交误差示意图

　　3.21

　　阶跃响应稳定时间 settlingtime

　　平台定位运动时从零开始到进入目标位置稳态误差值为 2%的误差带时所需要的时间。注：典型阶跃响应稳定时间示意图如图 4 所示。

　　图 4 典型阶跃响应曲线示意图

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　　索 引

　　汉语拼音索引

　　B

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　　英文对应词索引

　　A

　　GB/T 38616—2020

　　P