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GBT 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简介：

GBT 38614-2020 是中国国家标准，全称为《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》。这个标准主要规定了如何使用柔性铰链机构和压电陶瓷驱动器技术来构建和操作纳米级定位和扫描平台，用于精密测量和纳米级加工。

柔性铰链机构是一种特殊设计的机械结构，通常用于在微纳米尺度上提供精确的运动控制，其特点是具有良好的柔性和稳定性，能够在小尺寸空间内实现精细的移动。而压电陶瓷驱动器则是一种利用压电效应将电能转化为机械能的设备，它在纳米定位系统中常用于实现高精度的位移控制。

该标准详细描述了平台的设计、制造、安装、校准和使用方法，包括平台的稳定性测试、分辨率测试、精度评估、控制算法的设定等。它为纳米级测量平台的操作提供了标准化的指导，对于纳米科技、材料科学、生物医学等领域具有重要意义。

总的来说，GBT 38614-2020 是一个关于如何以高效、精确的方式进行纳米级操作和测量的技术规范，对于提高纳米技术的科研水平和应用效果具有重要的指导作用。

GBT 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部分内容预览：

GB/T38616一2020界定的术语和定义适用

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（505）%； 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； 测量时平台处于正常工作状态

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

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。

严格对准平台JGJ-107-2016-钢筋机械连接技术规程，按照以下步骤进行轴向行程测量！

a）特平合移动全行程反回极限位置 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

轴向行程T，按式（1)计算：

式中： T,—平台第j次轴向行程测量值； n——测量次数，n≥3。

式中： T,———平台第i次轴向行程测量值；

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p1为行程反 向极限位置，力11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P开始依次定位到p2P3，"，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)不应少干5次

第i个测量位置的准确度A，.按式(2)计算

式中： Pij 平台第i个测量位置的第讠次测量值： 1 平台第i个测量位置的目标值； 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

单向重复定位精度计算过程如下：

图1单向测量位置行程示意图

(i=1,2,...,11)

a）按式（3)确定第i个测量位置的正向平均测量值P：←：

P，；个——平台第i个测量位置的第i次正向测量值； 一测量次数，n≥10。 b）第i个测量位置的正向重复定位精度R：←，按式（4)计算：

ZP, + P,+ (i=1,2,...,11)

(i=1,2,..,11) .3

式中： P；个一平台第i个测量位置的第j次正向测量值； P，个——平台第i个测量位置的正向平均测量值P：个； 测量次数，n10。 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

将十涉仪严格对准平台，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，力1为行程正向极限位置； b 将平台移动至第1个测量位置力1，十涉仪测量读数清零： 将平台从P,开始依次正向定位到P2Ps，"，P11，再从P11开始依次反向定位到P10，P。，*". 力1，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

图2双向测量位置行程示意图

双向重复定位精度计算过程如下： 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一1,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：

(i=1,2,..*,11)

式中： P：个——平台第i个测量位置的正向平均测量值； c）第i个测量位置的正向重复定位精度R，个，按式（6)计算

将十涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行迟滞误差测量： 按图2所示，在全行程平均分布11个测量位置，分别为力：（i=1，2，***，11），其中P1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P1开始依次正向定位到p2P3，*，P11，再从P开始依次反向定位到p10，Ps，"" 力1，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

尽滞误差计算过程如下： 1）按式（8)计算第i个测量位置的反向差值B；

P，个一一平台第i个测量位置的正向平均测量值； P，★一一平台第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：)为平台的轴向反向差值B，即：B=max(|B；「）。 C）识滞误差.按式（9）计算：

8.=B/TX100%

线性度测量步骤同6.2.1。

线性度计算过程如下： a）按式（3)确定第i个测量位置的正向平均测量值P，←； b) 按图3所示，以指令p：为横坐标,P：↑为纵坐标建立直角坐标系，对P；个（i=1,2，，11)进 行最小二乘线性拟合，计算出P：↑与其对应的拟合点P’个之间最大偏差值的绝对值△Pmax； c）线性度，按式（10）计算： 0L=△Pmx/T×100% ·· (10) 式中： T 一平台轴向行程； APmax 最大偏差值的绝对值

线性度计算过程如下： a）按式（3)确定第i个测量位置的正向平均测量值P，↑； b） 按图3所示，以指令p：为横坐标,P：个为纵坐标建立直角坐标系，对P；个（i=1,2，，11)进 行最小二乘线性拟合，计算出P：↑与其对应的拟合点P’个之间最大偏差值的绝对值△Pmax； C 线性度，按式（10）计算： 0L=△Pmx/T×100% ·· （10 式中： T 平台轴向行程； Pmx 最大偏差值的绝对值

6.7. 1 测量步骤

a）按图4所示，将全行程十等分，依据平台的有效带宽设置合适的采样频率，使得采集的数据信 息覆盖平台的有效带宽： b） 将平台移动至反向极限位置，干涉仪测量读数清零； c）将平台按照图4所示的台阶波运动，每个台阶待系统稳定后记录干涉仪测量值。 主1：采样频率的设置要高于平台系统工作频带宽度的2倍， 注2：系统稳定时间取系统阶跃响应稳定时间的2倍

图4行程为100μm的平台位移分辨力测量示意

位移分辨力计算过程如下： a）将每个台阶波测量数据平均分成3段，分别计算3段数据的标准偏差值，取3段数据标准偏差 值的平均值作为相应台阶的位移分辨力E；（i=1，2，，10）； b)取e=max(e.)为平台的轴向位移分辨力

6.8.1.1干涉仪法

将十涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行角摆偏差测量： 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p1为行程 向极限位置，P11为行程正向极限位置； b）将平台移动至第1个测量位置力1，干涉仪测量读数清零：

c）将平台从开始依次定位到p2:，"，1，在每个位置稳定后记录该位置偏摆角：，俯仰 角0：和滚转角Y：的干涉仪测量值； d）重复步骤b)和步骤c)不应少于5次； e）此方法为仲裁方法

6.8.1.2自准直仪法

将自准仪严格对准平台，按照以下步骤进行角摆偏差测量： 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，力1为行程正向极限位置； b 偏摆角：和俯仰角90：的测量设置如图5所示，将平台移动至第1个测量位置P1，自准直仪 测量读数清零； C 将平台从P1开始依次定位到P2，P3，，P11，在每个位置稳定后记录该位置偏摆角和俯仰 角0，的自准直仪测量值； d) 重复步骤b）和步骤c不应少于5次： e) 滚转角：的测量设置如图6所示，将平台移动至第1个测量位置P1，自准直仪测量读数 清零； f 将平台从开始依次定位到P2，P3，"，P11，在每个位置稳定后记录该位置滚转角：的自准 直仪测量值： 重复步骤e）和步骤f)不应少于5次

5自准直仪测量偏摆角8，和俯仰角80示意图

图6自准直仪测量滚转角8示意图

角摆偏差计算过程如下： a）分别按式（11）、式（12）、式（13)确定第i个测量位置的角摆偏差平均值。Φ：浙西郊区别墅建筑图，86；,8Y；

os: d (i =1,2,...,11)

GB/T38614—2020

do (i=1,2,..,11) OY SY; (i=1,2,..,11) .·..13

p 平台第i个测量位置的第；次偏摆角测量值； 80；——平台第i个测量位置的第j次俯仰角测量值； a；——平台第i个测量位置的第i次滚转角测量值； 77 测量次数，n≥5。 取=max(：）为平台运动轴向的偏摆角。 取80=max(9.）为平台运动轴向的俯仰角。 SAG 取=max(Y)为平台运动轴向的滚转角

将干涉仪严格对准平台，按照以下步骤进行直线度测量： a）以X轴作为被测轴为例，建立空间直角坐标系XYZ；在全行程平均分布11个测量位置，分别 为力：（1=1，2，*，11），其中力1为行程反向极限位置，P11为行程正向极限位置； D 将平台移动至第1个测量位置P1，Y轴干涉仪和Z轴干涉仪测量读数清零； C） 将平台从P开始依次定位到P2P3，，P11，在每个位置稳定后记录该位置的干涉仪测量值； d）记录Y轴干涉仪第i个测量位置的值为Py（i=1,2，11）；Z轴干涉仪第i个测量位置的值 为P(i=1,2,*",11); e 重复步骤b）～步骤d)不应少于5次，

直线度计算过程如下： a）按式（14)确定Y方向第i个测量位置的单向平均测量值PCJ∕T 5021-1995 轻轨交通车辆通用技术条件，

(i=1,2,...,11) （ 14

Pyij 平台第i个测量位置的Y轴干涉仪第i次测量值： 一测量次数，n≥5。 b）按式(15)确定Z方向第i个测量位置的单向平均测量值P：←：