李华丰，朱振宇，兰一兵，李强，王霁

(中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095)

0 引言

大范围纳米级精密测量中，通常采用Z 向测量范围极小的原子力显微镜、扫描隧道显微镜等纳米测头，这类测头的Z 向测量范围通常仅有十几微米［1］，因此要求纳米测量机的Z 向宏观运动精度优于1 μm。大范围纳米样板的形貌高度一般只有几十纳米，要在整个测量范围内均能观测到样板形貌，则要求样品水平姿态可小范围调整［2］。为了提高纳米样板的稳定性，其基底一般达到数毫米。而纳米级测量通常要持续数小时甚至数天时间。因此要实现大范围纳米样板的测量，需要样品载物台有毫米级运动范围、亚微米级运动分辨力、姿态小范围可调，同时还要求驱动元件发热量低，以减小对测量系统的影响。

目前比较成功的大范围可调姿态一维运动平台解决方案是德国SIOS 大范围纳米测量机中采用的四音圈电机支撑驱动方案［3］。该方案的优势在于结构简单，无需额外机械结构即可实现直线运动，定位精度达纳米级，音圈电机处于力平衡状态，无过定位问题。缺点是音圈电机驱动力较小，无法实现大载荷运动;由于工作台工作在力平衡状态，控制系统始终处于调整状态，并不稳定，容易出现保护性自锁;音圈电机需要始终通电以克服工作台及样品的重力，导致驱动部件发热较严重，影响干涉测量系统的工作环境，使纳米测量机的温度漂移比较严重。……