面向精密气磁隔振的磁斥力负刚度装置的优化设计

为进一步提升气浮隔振器的性能、降低环境中的低频微幅振动干扰对超精密加工、测量设备的影响,提出了一种面向精密气磁隔微振的磁斥力负刚度装置。磁斥力负刚度装置由三块沿垂向同向磁化的立方永磁体水平布置构成,其刚度通过磁铁间距改变,且磁铁间距不受隔振负载振动幅值的影响。基于等效磁荷模型建立磁斥力负刚度装置的磁力、刚度及刚度非线性解析模型,采用有限元仿真验证了理论模型的正确性,并采用遗传算法优化几何结构参数。优化分析结果表明:将静平衡点刚度与±1 mm处的刚度非线性度作为目标函数的多目标优化可将负刚度幅值提升146.09%,刚度非线性度降低64.73%。该研究对精密仪器及系统、超精密制造、尖端科学实验系统中精密低频气磁隔振器的设计具有重要的应用价值。

面向IC光刻的超精密运动台控制技术

对于步进扫描投影光刻机,掩模台和工件台的同步伺服性能将直接影响整机技术指标。掩模台和工件台是典型的六自由度超精密运动台,在耦合动力学、复杂内外部干扰条件下兼顾高动态和超精密运动是其核心控制难题,研究和发展面向集成电路光刻的超精密运动台控制技术对于实现高端光刻机国产化具有重要意义。本文首先阐述高端光刻机对超精密运动台的伺服性能需求以及实现这些需求所面临的技术挑战,然后从解耦控制、反馈控制、前馈控制、协同控制和轨迹生成五个方面回顾光刻机超精密运动台控制相关研究成果与最新进展,并对其现存的问题和发展方向进行评述。

亚纳米皮米激光干涉位移测量技术与仪器

激光干涉位移测量技术因具有大量程、高分辨力、非接触式及可溯源性等特点,成为当前与下一代高端装备、超精密计量的基础性技术之一。在简要介绍国内外现有的各类亚纳米级激光干涉仪的基础上,重点从“精”“准”“快”方面综述了面向亚纳米、皮米级激光干涉位移测量技术的研究成果。首先,从激光干涉测量原理出发,分析了限制激光干涉仪中测量分辨力、速度等进一步提升的主要误差项及技术难点;其次,重点列举了近年来国内外在激光器高精度稳频、高精度干涉镜组、高速/高分辨力相位细分技术、环境补偿与控制等方面所取得的重大关键技术突破;最后,对下一代超精密激光干涉位移测量技术的发展趋势进行了总结与展望。

约束膜式空气弹簧的刚度建模与分析

针对空气弹簧实际刚度与理论值相差较大的问题,建立了约束膜式空气弹簧的改进刚度模型。改进模型兼顾弹性膜弧长变化及其变形引起的腔室体积变化,理论与实验刚度的偏差为9.67%,相比传统模型计算精度提高7.63%。基于改进刚度模型的分析结果表明:大腔室体积、小有效面积、大弹性膜圆弧半径的结构设计,高弧长变化率的材料及高充气压强的工作方式有利于实现低刚度隔振特性。该研究为大承载、低频/超低频约束膜式空气弹簧的结构优化设计与精密加工提供了有效的理论依据。

基于安装相位寻优的航空发动机多级转子振动抑制方法

为了通过最优匹配航空发动机多级转子的安装相位来实现对转子系统的振动抑制,首先建立了不平衡质量点与装配止口形心在装配过程中的坐标传递模型,然后推导了质量偏心和止口偏心对转子的激励形式,进而将坐标传递模型和激励力引入多级转子系统动力学方程,建立了各级转子安装相位与转子振动响应的数学关系。最后构建了转子振动位移归一化评价函数,并采用遗传算法实现了转子振动位移的极小化和最优安装相位序列的求解。计算结果表明,以振动位移归一化评价函数为优化目标所求得的最优安装相位,相比于默认相位,可使转子系统在临界转速下的振动位移大幅降低,且优于以几何偏心距和不平衡量为优化目标对转子振动的抑制效果。

1种高精度大型阶梯轴圆柱轮廓测量模型

为了提高大型阶梯轴回转部件圆柱轮廓的测量精度,提出1种考虑偏心量、工件倾斜及传感器测头偏移的3偏置测量模型。分析了综合偏置误差对阶梯轴截面圆柱轮廓残余误差的影响及偏置误差在不同工件半径下对圆柱轮廓测量结果的影响,实现了阶梯轴圆柱轮廓精度的准确评定。为了验证3偏置圆柱轮廓测量模型的有效性,采用超精密航空发动机测量仪对大直径阶梯轴的圆柱轮廓进行了测量与评定。结果表明:与传统双偏置测量模型相比,3偏置圆柱轮廓测量模型所评定的大半径阶梯轴同轴度的准确性提高了9.39μm;阶梯轴半径越大,测量精度越高。