複合式長行程精密定位平台之研究

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姓名

黃思翰(Szu-Han Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

複合式長行程精密定位平台之研究
(Study of compound large-scale precision positioning stage)

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摘要(中)

本論文提出一套毫米級移動距離且具有奈米級定位能力之定位平台-「複合式長行程精密定位平台」。以整合微步進馬達平移台與壓電平移台，建構出具有長移動距離與高精密定位能力之定位平台，配合外差干涉儀及二值化相位演算法，提供具有高解析度與高速量測能力之光學式位置回授系統，再加上位置控制器進行閉迴路控制，完成本研究之定位平台。
本研究所設計之精密定位平台在閉迴路控制下定位誤差小於5nm，運動速度約為0.1mm/s，穩定度為4nm。所提出之相位演算法解析頻率為信號頻率的兩倍。
本論文亦對所提出之相位演算法的誤差容忍度進行分析，討論電源品質對微步進馬達平移台穩定性所造成的影響，並針對壓電平移台位移需求超出平移台所能提供之位移極限時提出應對的方法。
本論文所開發之定位平台有長移動距離與高穩定度的特性，將是一套高應用潛力的系統。

摘要(英)

In this thesis, the Compound Large-Scale Precision Positioning Stage (CLSP2S) which can reach to millimeter scale moving distance and possesses ability of nanometer scale positioning is developed. This system is based on compound stage, which is consist of piezoelectric stage and stepping motor stage and provides abilities of long moving distance and high precision positioning, optical feedback system, which is consisted of heterodyne interferometer system and phase calculation algorithm that developed in the thesis, and proportional controller which perform close-loop control.
The positioning error of this system in close-loop control mode is less than 5nm. The speed limit of this system is about 0.1mm/s, and the stability of presented system is 4nm. The resolvable frequency of phase calculation algorithm proposed in this thesis is two times of frequency of signal.
The tolerance of phase calculation algorithm proposed and the effect of power stability for micro stepping motor stage will be discussed in this thesis. The dealing method for the movement of compound stage over the limit moving range of piezoelectric stage will be presented.
The system developed possesses the characteristics of long moving distance, high stability, and is high potential system for many applications.

關鍵字(中)

★ 干涉儀回授
★ 定位平台
★ 複合式
★ 二值化
★ 相位演算法

關鍵字(英)

★ stage
★ binarization
★ interferometry
★ feedback
★ phase algorithm

論文目次

摘要... I
Abstract... II
致謝... III
目錄... IV
圖目錄... VII
表目錄... XI
符號說明... XII
第一章緒論... 1
1-1. 研究背景... 1
1-2. 文獻回顧... 2
1-3. 研究目的... 5
1-4. 章節介紹... 6
第二章理論背景... 7
2-1. 準共光程外差干涉儀... 7
2-1-1. 外差干涉術... 8
2-1-2. 電光晶體調制... 10
2-1-3. 光柵引入相位... 11
2-1-4. 剪切干涉術... 12
2-1-5. 準共光程外差干涉儀... 13
2-2. 半波二值化相位演算法... 16
2-3. 比例控制器... 20
2-4. 小結... 21
第三章實驗架構... 22
3-1. 元件與儀器規格... 22
3-2. 高速型準共光程外差干涉儀... 25
3-3. 控制程式... 26
3-4. 高速型準共光程外差干涉儀與複合式長行程精密定位平台... 29
第四章實驗結果... 32
4-1. 位移運動實驗... 33
4-2. 重複性... 41
4-2-1. 倒V型運動... 41
4-2-2. N型運動... 46
4-3. 系統速度極限... 51
4-3-1. 理論速度極限... 51
4-3-2. 實際運動速度... 51
4-4. 穩定性... 52
4-5. 小結... 55
第五章誤差分析... 57
5-1. 半波二值化解相位系統誤差分析... 57
5-2. 步進馬達-全步進、半步進技術與微步進技術暨步進馬達控制器電壓穩定度... 63
5-3. 壓電平移台極限位移控制... 70
5-4. 系統誤差... 70
5-5. 隨機誤差... 71
第六章結論與未來展望... 72
6-1. 結論... 72
6-2. 未來展望... 72
參考資料... 75
附錄單晶片相位週期計數器... 79

參考文獻

[1]. G.E. Moore,” Cramming more components onto integrated circuits”, Proceedings of the IEEE, Vol 86, pp. 82-85, January 1998.
[2]. Wikipedia: Moore's law。 2009年5月11日，取自http://en.wikipedia.org/wiki/Moore’s_law
[3]. G. Binnig and C. F. Quatc,” Atomic Force Microscope”, Physical Review Letters, Vol 56, pp. 930-933, March 1986.
[4]. H. Seiler,” Secondary electron emission in the scanning electron microscope”, Journal of Applied Physics, Vol 54, pp. R1-R18, November 1983.
[5]. Wikipedia: Scanning electron microscope。 2009年5月3日，取自http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope
[6]. 陳輝毓,「光學外差式光柵干涉儀之研究」, 國立中央大學,碩士論文,民國94年.
[7]. 李貴宇,「波長調制之外差干涉術於精密位移量測之研究」, 國立中央大學,碩士論文,民國95年.
[8]. 林坤億,「波長調制外差散斑干涉術之研究」, 國立中央大學,碩士論文,民國96年.
[9]. 吳維庭,「準共光程外差光柵干涉術之研究」, 國立中央大學,碩士論文,民國96年.
[10]. J. Otsuka, S. Ichikawa, T. Masuda and K. Suzuki,” Development of a small ultra precision positioning device with 5nm resolution”, Measurement Science and Technology, Vol 16, pp. 2186-2192, September 2005.
[11]. A. Sinno, P. Ruaux, L. Chassagne, S. Topçu, Y. Alayli, G. Lerondel, P. Royer, A. Bruyant, S. Blaise,” Large area sample holder unit for enhanced near field microscopy applications”, Proceedings of SPIE, Vol 6716, pp. 67160E-1 - 67160E-10, October 2007.
[12]. X. Chen, S. Zhang, X. B. H. Zhao,” Master and Slave Control of a Dual-Stage for Precision Positioning”, Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, 2008. NEMS 2008. 3rd IEEE International Conference, pp. 583-587, January 2008.
[13]. B. Han,” Interferometric methods with enhanced sensitivity by optical/digital fringe multiplication”, Applied Optics, Vol 32, pp. 4713-4718, September 1993.
[14]. D. C. Su, M.H. Chiu, C.D. Chen,”A Heterodyne interferometer using an electro-optic modulator for measuring small displacements”, Journal of Optics, Vol 27, pp. 19-23, January 1996.
[15]. 吳佳儒,鄭銘揚,自動控制, 五南圖書，台北，民國八十九年
[16]. Eugene Hecht,” Optics”, Addison Wesley, United States of American, 2002
[17]. D.J. Gauthier, R.W. Boyd, R.K. Jungquist, J.B. Lisson, L.L. Voci,” Phase-conjugate Fizeau interferometer “, Optics Letters, Vol 14,pp. 323-325, March 1989.
[18]. D.W. Griffin,” Phase-shifting shearing interferometer”, Optics Letters, Vol. 26, pp. 140-141, February 2001.
[19]. U.P. Kumar, N.K. Mohan, M.P. Kothiyal,” Multiple wavelength interferometry for surface profiling”, Proceedings of SPIE, Vol. 7063, pp. 70630W-1 – 70630-10, August 2008.
[20]. N.A. Massie, R.D. Nelson, S. Holly,” High-performance real-time heterodyne interferometry”, Applied Optics, Vol. 18, pp.1797-1803, June 1979.
[21]. J.M.D. Freitas,”Analysis of laser source birefringence and dichroism on nonlinearity in heterodyne interferometry“, Measurement Science and Technology, Vol. 8, pp. 1356-1359, September 1997.
[22]. M.H. Chiu, S.N. Hsu, H. Yang,” D-type fiber optic sensor used as a refractometer based on total-internal reflection heterodyne interferometry”, Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 101, pp. 322-327, May 2004.
[23]. Z. Sodnik, E. Fischer, T. Ittner, H.J. Tiziani,” Two-wavelength double heterodyne interferometry using a matched grating technique”, Applied Optics, Vol. 30, pp. 3139-3144, August 1991.
[24]. J. Chen, Y. Ishii, K. Murata,” Heterodyne interferometry with a frequency-modulated laser diode”, Applied Optics, Vol. 27, pp. 124-128, January 1988.
[25]. Agilent，Agilent| 5517D Laser Head。2009年5月14日，取自http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?nid=-536900395.536880855.00&cc=TW&lc=cht
[26]. 安毓英,曾小東，光學感測與測量，五南圖書，台北，民國九十三年
[27]. D.C. Su, M.H. Chiu,C.D. Chen,”Simple two frequency laser”, Precision engineering, Vol. 18, pp. 161-163, May 1996.
[28]. Z. Yaqoob, J. Wu, X. Cui, X.H. Heng, C. Yang,” Harmonically-related diffraction gratings-based interferometer for quadrature phase measurements”, Optics Express, Vol. 18, pp. 8127-8137, September 2006.
[29]. C.M.B. Cordeiro, L. Cescato, A.A. Freschi, L. Li,” Measurement of phase differences between the diffracted orders of deep relief gratings”, Optics Letters, Vol. 28, pp. 638-685, May 2003.
[30]. K. Patorski, S. Yokozeki, T. Suzuki,”Collimation test by double grating shearing interferometer”, Applied Optics, Vol. 15, pp. 1234-1240, May 1976
[31]. Y.Y. Hung, C.Y. Liang,” Image-shearing camera for direct measurement of surface strains”, Applied Optics, Vol. 18, pp. 1046-1051, April 1979
[32]. Masud Mansuripur， Classical Optics and it’s Applications, Cambridge, United States of American, 2002
[33]. (日)岡村迪夫（Michio Okamura）著, 運算放大器[OP Amp]應用與設計鐵則, 陳連春譯, 建興出版社, 台北, 民國八十五年
[34]. B.Roy Frieden,Probability, Probability Statistical Optics and Data Testing, Springer, United States of American, 2001
[35]. (美) 克萊茲（Erwin Kreyszig）著, 高等工程數學（下）, 杜鳳棋譯, 全華科技圖書股份有限公司, 台北, 民國九十一年
[36]. 唐佩忠, VHDL與數位邏輯設計, 高立圖書, 台北, 民國八十八年
[37]. TA8435HQ datasheet,([日本?], Toshiba, 1999)
[38]. Donald A. Neamen, Electronic Circuit Analysis and Design, Second Edition, Mc-GRAW-HILL, United States of American, 2001
[39]. ThorLAB Corporation, GT25-06V - Vis Trans Grating, 2009年5月11日，取自http://www.thorlabs.com/Thorcat/11900/11960-E0W.pdf

指導教授

李朱育(Ju-Yi Lee)

審核日期

2009-7-19

推文