激光干涉多轴测量原理 基于IDS3010
IDS激光干涉仪实现高速磁驱平台闭环控制
WITTENSTEIN cyber® 直线电机与 attocube IDS3010 干涉仪的组合应用
随着技术的不断发展，精密制造的要求持续提高。这意味着需要更快的生产周期、更小的组件和更大的批量。为实现这些目标，生产设备必须在保持速度的同时实现更高的精度。激光干涉仪在此过程中发挥关键作用，相较于传统玻璃光栅等技术，其具有多项优势：快速系统集成能力、覆盖微米（μm）至数十米量程的灵活扩展性、接近关注点（POI）的纳米（nm）级精度、可调分辨率与采样率，以及极端环境下的兼容性。
本文重点展示了 attocube 激光干涉仪（IDS3010）作为闭环编码器的多项优势。我们基于 WITTENSTEIN cyber® 线性电机[1]构建了行程范围为400mm的电磁线性平台，由cyber® simco® drive 2 [2] 驱动器采集IDS3010 的位移信号进行闭环控制。图1展示了该线性平台外观。 WITTENSTEIN 磁驱直线平台可实现高动态运动，具备高速、高加速度与高负载能力。与IDS的结合形成了一个结构紧凑、维护需求低且能轻松满足现代生产工艺需求的闭环系统。
图1：由 attocube 和 WITTENSTEIN 主要组件构成的磁驱直线平台。WITTENSTEIN 组件包括：cyber® 线性电机（含磁体元件）及 cyber® simco® drive 2 驱动器。attocube 组件包括：移动滑台上的角锥反射镜（左侧细节图）、M12/C7.6 传感器头及ECU（右侧细节图），干涉仪控制器IDS3010。
图2展示了以 IDS3010 作为闭环编码器的磁驱平台运动示例曲线。图中显示了400 mm 行程的运动轨迹，下图局部放大展示微米级的运动。运动通过 cyber® simco® drive 2 的指令接口来控制，平台运动速度为 0.4 m/s。cyber® simco® drive 2 提供多种参数设置以调节运动行为，例如不同的加速度与反馈回路。
闭环运动系统
图1所示的磁驱直线平台由 WITTENSTEIN 和 attocube 的标准组件构成。平台通过双导轨支撑刚性移动元件，运动范围为400mm；单导轨配置亦可工作。
运动范围由导轨长度决定，通过延长导轨并增加磁体载体，系统行程可扩展至数米。IDS3010 的优势在于其非接触式干涉测量（测量目标为图1左侧的角锥反射镜）以及紧凑的 M12/C7.6 传感头（见图1右侧）。角锥反射镜与传感器头可轻松支持高达5米的工作范围，并兼容超高真空（UHV）和强磁场等极端环境。对于常规环境，IDS3010配备环境补偿单元（ECU）以修正空气温度、压力及湿度引起的折射率变化[3]。图1右侧传感头旁为ECU。闭环控制的最大速度可达 2 m/s。本应用中，cyber® simco® drive 2 的位置反馈以Sin/Cos实时信号方式获取。IDS3010可通过调节Sin/Cos带宽与分辨率，按需求调整其与控制器的通信配置。此外，IDS3010 还支持 HSSL、AquadB、模拟电压信号、BiSS-C等工业标准实时协议，带宽最高达 10 MHz。
图2：使用 IDS3010 作为闭环编码器的磁驱平台运动曲线。上图展示了以 0.4 m/s 速度在400 mm范围内的运动轨迹，下图通过局部放大来表现该系统做小步长运动的轨迹。
结论
本文验证了WITTENSTEIN cyber® 线性电机可通过 attocube IDS3010 实现闭环控制。此类运动系统对需要同时兼顾速度与精度的高端工业应用极具价值。其尺寸、工作范围及环境要求的灵活性，使系统能完美契合客户需求。
IDS3010 multi-axis laser interferometer
皮米激光测距干涉仪
该设备凭借超高测量精度脱颖而出，实现了 10 ppb 的真空波长精度与波长稳定性。其核心采用了 DFB激光器 结合 高精度参考气室 的独特技术方案，不仅保证了测量的准确性，更赋予了设备长达 10年 的使用寿命和极低的维护需求。
在设计上，它采用紧凑且模块化的架构，支持灵活的三轴测量，传感器探头直径更是小至 Ø 1.2 mm，能够轻松应对各种受限空间。此外，该设备具备极强的环境适应性，可在真空、超低温及强磁场等极端条件下稳定工作。
凭借其卓越性能，该产品被广泛应用于半导体测量与控制、精密光学测量、航空航天以及同步辐射大科学装置等前沿科技领域。