光栅刻划机金刚石刀具抬落机构控制系统

为了改善传统机械式光栅刻划机的刻划性能,提出了一种新型光栅刻划机金刚石刀具抬落机构。介绍了光栅刻划机及抬落刀机构结构组成,并根据需求分析选用压电陶瓷平台作为执行器件。搭建了一套抬落刀控制系统并完成硬件设计,针对光栅刻划工艺需求,设计抬落刀控制系统软件。系统采用总线通信方式,制定串口通信协议。结果表明,该新型机构机械结构简单、可实时控制、精度高、无振动和发热,提高了刻划光栅的质量和刻划效率。为了改善传统机械式光栅刻划机的刻划性能,提出了一种新型光栅刻划机金刚石刀具抬落机构。介绍了光栅刻划机及抬落刀机构结构组成,并根据需求分析选用压电陶瓷平台作为执行器件。搭建了一套抬落刀控制系统并完成硬件设计,针对光栅刻划工艺需求,设计抬落刀控制系统软件。系统采用总线通信方式,制定串口通信协议。结果表明,该新型机构机械结构简单、可实时控制、精度高、无振动和发热,提高了刻划光栅的质量和刻划效率。

大型衍射光栅刻划机刀架系统的设计

设计了一套光栅刻划机刀架系统。该系统将刻划刀具部分安装于能绕鞍形滑块自由转动的安装板上,利用铰链机构来实现了刀架刻划部分与承重部分的分离,降低运动中鞍形滑块的变形、偏移等对金刚石刻刀的影响。分析了刀架运动中产生的误差以及该误差对金刚石刻刀的影响。提出了一种新型检测光路结构,该结构利用双频激光干涉仪测量运动中刀架相对于导向导轨的位移变化。结果显示,刀架单向行程约70mm时,刀架在光栅刻划阶段相对于导向导轨在分度方向的最大位移值约为60nm。由于在刻划阶段,膜层对金刚石刻刀存在约束作用,所以金刚石刻刀相对于导向导轨的实际位移会更小。利用新的刀架结构刻制了一块70mm×70mm,600gr/mm的衍射光栅,对比利用原刀架结构刻制的光栅,该光栅杂散光强度减弱,质量提高。

高精度衍射光栅刻划机的最新技术进展

采用高精度的衍射光栅刻划机刻划依然是制作高质量母光栅最重要的手段 ,因此 ,跟踪世界光栅刻划机的最新技术进展具有重要的现实意义。文中主要对工件台的双重定位技术和分度运动中的间歇式与连续式的技术融合进行了阐述 。

大型衍射光栅刻划机拉杆结构的分析与改进

由于大型衍射光栅刻划机刻划系统的双拉杆结构不能使其满足精度指标要求,本文设计了一套单拉杆结构。讨论了石英导轨分度方向弯曲误差产生的原因及其减小该误差的方法,分析和比较了两种拉杆结构的鞍型滑块的受力情况。基于材料力学弯曲变形理论,建立了石英导轨分度方向弯曲误差模型。在该模型的基础上仿真了双、单拉杆结构下刻划系统的石英导轨在分度方向上的弯曲变形误差。最后,使用双频激光干涉仪对石英导轨上的两个特征测量点进行了测量。测量结果显示：改进后的拉杆结构使得石英导轨在两特征测量点处的位移误差由50.36nm降低到小于10nm,满足大型衍射光栅刻划机刻划系统在分度方向上5~10nm的精度指标要求。

高精度的光电式衍射光栅刻划机

光栅刻划机被誉为“精密机械之王”,采用高精度的衍射光栅刻划机刻划依然是制作高质量母光栅最重要的手段 ,因此 ,对高精度的光电式光栅刻划机进行研究具有重要的现实意义。文中主要阐述了两类光电式刻划机的控制原理 。

大光栅刻划机工作台的摆角矫正机构研制

大光栅刻划机若存在摆角误差,将直接影响刻划光栅的波前质量。首先,计算得到李特洛设置下的摆角误差与波前质量的映射关系。其次,论述了双压电触动器校正摆角的工作原理,并设计了摆角测量光路,测量在该结构下工作台的摆角校正能力。最后基于以上结构对工作台进行刻划实验。结果表明在具有400×500光栅刻划能力的刻划机上,采用双压电触动器校正工作台摆角误差,能够满足±5μm行程范围内±2″校正范围的要求;实验表明摆角误差校正后工作台的偏转角度由0.42″降低至0.02″,校正后的摆角误差相比于校正前降低了95.24%,满足对工作台摆角校正精度的要求,提高了光栅的波前质量。以上实验结果为刻划出高精度大面积光栅提供了基础保障。

光栅刻划机超精密定位系统定位控制研究

对光栅刻划机超精密定位系统的定位控制以及实验进行探索研究.鉴于控制模型和实验分析验证出光栅刻划机超精密定位系统具有较强的非线性和时变性,提出将基于BP神经网络的PID控制方法用于光栅刻划机定位系统控制,利用神经网络的自学习实时调节PID控制参数,实现精密定位的自适应控制.通过控制实验,稳定地获得了5nm以内的定位精度.

光栅刻划机的建模与仿真方法研究

用于制作母光栅的光栅刻划机的性能指标直接决定最终生产的光栅质量。为此,采用基于虚拟样机的联合仿真策略,代替传统的物理样机开发。利用动力学分析软件Pro/Engineer和控制仿真软件Simulink分别建立光栅刻划机机械动力学模型及控制系统模型,实现机电一体化仿真分析。根据仿真结果确定控制系统参数,实验结果表明,使用该方法可降低开发成本,提高研发效率。

光栅刻划机刻划系统光机电集成优化方法研究

针对大面积衍射光栅刻划机在宏观尺度下进行微纳加工的工作特点以及纳米级刻线检测困难的问题,提出了一种光机电集成优化方法.此方法采用计算傅里叶光学和弦振动理论进行光栅刻线误差分析,结合振动实验及光学测量进行验证,最后采用智能优化方法对刻划系统进行结构参数优化.虚拟样机仿真结果表明,刻划系统的振动幅度降低了30%,验证了该集成优化方法的有效性.

利用修正板实现光栅刻划机刀架等速运动

利用曲线修正板对曲柄滑块机构运动速度进行补偿,实现了光栅刻划机刀架的等速运动。建立了运动机构的数学模型,推导了等速修正板曲线参数方程。并且针对该机构,分析了由于安装误差所引起的等速误差,通过模拟计算得出了误差曲线。分析发现,修正板初始安装位置水平方向误差在1 mm内,得到的等速误差在2%以内,初始安装位置竖直方向误差只改变刀架初始位置,不影响等速精度。

光栅刻划机工作台导轨结构形式选择及试验

选择刻划机工作台导轨结构时主要考虑爬行以及超精密研磨。试验结果表明,滚柱导轨在不同刻划方式下不存在爬行现象,又便于进行超精密研磨加工以保证直线性精度,成为光栅刻划机工作台导轨的首选结构形式。

大型衍射光栅刻划机刀架导轨设计

根据衍射光栅刻划机刀架导轨的精度指标要求以及刻划机的整体结构,设计了刀架导轨并建立了三维模型。运用ANSYS软件进行了刀架导轨静力学分析,分析结果表明,设计的刻划机刀架导轨满足其精度指标要求。

衍射光栅刻划机精密工作台定位特征识别试验研究

针对机械式衍射光栅刻划机精密定位工作台定位过程中产生的振动信号特性与光学性能指标(杂散光强度和波前质量)之间的关系,提出利用改进的Hilbert-Huang变换(HHT)获得的时频谱和边际谱对超精密工作台精定位特性进行研究。首先,给出了基于固有模态函数(IMF)筛选和瞬时频率差分求解的HHT信号处理算法。然后,设计了光学测量实验获得工作台50nm定位信号。最后,完成精密定位信号的特征提取和振动测试验证。结果表明:利用改进的HHT可以精确地完成精密定位信号的特征提取,从而为在衍射光栅的制造工艺中从根源上降低衍射光栅的杂散光强度和提高波前质量提供依据。

光栅刻划机导向导轨支撑结构刚度优化设计

运用有限元手段对刀桥导轨的刚度进行了有限元分析,得到了刚度方面的分析结果和模态分析结果,并在不同位置加40N载荷进行实验验证。在此基础上,对原有的结构进行一体式结构优化设计。有限元分析结果表明,刀桥底座刚度有了大幅度的提高,一阶频率由原来的690.26Hz提高到998.73Hz,一阶振型的方向也从直接影响刻划的水平方向变为对刻划不敏感的垂直方向。

面向光栅刻划机基座的主被动复合隔振方法研究

针对大面积光栅刻划机实验室存在的复杂振动因素,可能对光栅刻划机运行的刻划精度造成不良影响,为光栅刻划机基座设计一个隔振系统,隔振系统采用被动隔振与主动隔振相结合的隔振方式。为了模拟隔振器隔振性能,建立隔振系统的动力学模型和动力学方程,在Matlab/simulink仿真软件中搭建仿真框图,并施加模拟的振动干扰信号进行光栅刻划机基座隔振仿真,根据仿真结果对比分析被动隔振和主被动复合隔振方法的隔振效果。仿真结果表明,采用空气弹簧的被动隔振系统对频率较高的振动干扰具有良好的隔离作用,然而对低频振动干扰几乎没有隔离效果,而采用PID主动控制隔振后的主被动复合隔振系统对低频振动干扰具有良好的隔离效果,大大提高了隔振系统的低频隔振性能。

一种光栅刻划机刀架等速运动的新结构

利用两轮联动,带动曲柄滑块机构进行往复运动。通过电机驱动调整轮转动,修正滑块运动速度,实现了光栅刻划机刀架的等速运动。推导了任意时刻调整轮所需转动角度的计算公式,并对计算结果进行修正。最后,分析计算了电机控制精度,得出了电机所需输出的转矩,两轮转动的同步精度等。通过分析,当电机反应时间为70ms时,滑块等速误差最大为2.779%。

大型光栅刻划机工件台同步减重装置设计

1.引言随着激光核聚变技术,天文学和同步辐射技术等高科技的迅速发展,大面积、高分辨率光栅在这些领域得到了越来越广泛的应用。为此长春光机所光栅研究室研制出了一台大型光栅刻划机。本文讨论了刻划机工件台及光栅毛坯减重系统的设计和安装,该系统不仅可以减少工件台对导轨的压力,还可减轻重量较大的光栅毛坯对工件台的压力,确保了光栅机的刻划精度。

衍射光栅刻划机的高精度开环定位系统

本文介绍以８０３１单片机为核心研制成的衍射光栅刻划机的开环控制的高精度定位系统。系统中采用了光栅干涉仪、程控放大器、干涉条纹细分和马达分级调速等方法，本系统既具有闭环控制的高精度特点，又具有开环控制简单、易操作等优点。实用表明：该系统控制的刻划机的定位精度σ＝３．６ｎｍ，最大定位误差为１４．６ｎｍ。

基于PLC的光栅刻划机控制系统研究

光栅刻划机作为衍射光栅最重要的制作手段,其控制系统对获得高精度光栅具有重要影响。设计并实现了以PLC为核心的光栅刻划机的控制系统,控制系统以伺服电机编码器的检测信号作为速度反馈,以光栅尺和读数头信号作为位置反馈,以温度传感器信号为温度反馈,可以极大地提高光栅刻划机的控制精度。控制系统主要包括PLC、伺服电机和伺服驱动器等硬件模块,完成PLC选型后对主要的接口电路进行了设计,并基于LabVIEW软件实现了光栅刻划机的远程监控系统,提高了光栅刻划机的效率。

基于PLC的光栅刻划机环境温度监控的实现

在光栅刻划中，为了提高光栅的刻划精度，光栅刻划时的环境温度的稳定是非常重要的。运用PLC实现了中阶梯光栅刻划机工作环境温度的控制．并通过编程口实现了计算机对PLC控制过程的实时监控与数据采集，对系统的构成、功能作了介绍。较详细地讨论了系统中PLC的程序设计，编程口通信协议；给出了相应的PLC梯形图和实际监控曲线。