大负载高精度光栅拼接柔顺并联机构的设计方法

由于加工工艺的限制,通常采用多块小口径光栅机械式拼接的方法来制备大尺寸光栅。为保证打靶成功,要求光栅拼接机构可以实现纳米级的运动精度。基于压电陶瓷驱动的柔顺并联机构可以达到纳米级的运动精度,但是柔性关节的引入降低了机构的承载能力。为解决柔顺并联机构中存在的“大负载”与“高精度”之间的矛盾,引入驱动与承载单元解耦的思想,基于约束设计法提出一种满足大口径光栅拼接机构大行程、大负载、高精度要求的新型光栅拼接柔顺并联机构,该机构具有刚柔混合、串并混联、三面正交、单点支撑、存在一条恰约束被动支链的特点。为实现光栅拼接机构的高精度运动,对设计的新型光栅拼接机构进行运动学分析,并搭建试验系统测试拼接机构的运动精度。试验结果表明利用所提设计方法设计的光栅拼接柔顺并联机构能满足拼接机构的任务要求。     

一种新型三维精密位移系统的设计与分析

研究开发了一种新型的大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。精密位移系统采用模块化结构设计，三个方向的驱动机构均采用完全相同的设计结构，分别称为X、Y、Z向一维工作台。位移系统在X、Y、Z三个方向采用粗、精两级驱动，并分别装有计量光栅。其中X、Y两个方向的驱动机构水平放置且为上下层叠式，Z方向上的驱动机构垂直放置。各方向粗驱动采用交流伺服电机配合精密丝杠和直线导轨进行驱动，精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行驱动，每个方向的两级驱动共用一套计量光栅，从而保证了位移系统的大行程、纳米级和计量型。介绍了位移系统的结构设计，分析了位移系统的位移分辨率、位移系统的计量原理以及位移系统的运动性能，从而为位移系统的设计提供理论依据。     

Development of a parameterized mechanical model of a chisel-edge grating ruling tool

The parameterized mechanical model is proposed to optimize chisel-edge grating ruling tool parameters, eliminate corrugated grating lines, improve surfaces roughness of blaze plane, and reduce complex fabrication works such as step-by-step modification of tool guide angle. A mathematical model of force and torque between the diamond tool and the metallic film during the ruling process is deduced to realize optimized diamond tool geometrical parameter design. Then, grating ruling experiments are performed by tools with different guide angles of 75°, 95°, 115° and 135°, respectively. The experiments results agree well with the theoretical calculation value of force and torque. Experiments show that our proposed method is an effective way to solve the corrugated line and fluctuating problems on grating grooves, and can avoid complex and time-consuming technical operations such as step-by-step modification of tool guide angle. This illustrates the significance of our model for practical applications in the ruling of high-performance gratings.     

大尺寸反射式光栅拼接技术的研究进展

大尺寸反射式光栅是提高天文光谱仪分辨率和啁啾脉冲放大系统输出能量的核心元件。随着天文和激光核聚变技术的发展,大尺寸反射式光栅的研制已成为国内外学者研究的热点。相较于单块大尺寸反射式光栅的研制,拼接法以其难度系数低、制作成本低和待拼接的小光栅易制作、质量高等优点成为了制作大尺寸反射式光栅的主要方法。本文介绍了大尺寸反射式光栅拼接技术的基本原理,详细综述了光栅拼接技术的研究进展,包括光栅拼接误差检测理论、光栅拼接误差分离、拼接光栅波前相位校正、光栅拼接误差维数的削减和光栅拼接装置,最后总结了光栅拼接技术的优缺点并指出了其未来的发展方向。     

基于LABVIEW的高精度光栅细分方法

光栅测量技术的基本内容主要是光栅信号的计数和细分问题。高精度的光栅测量其分辨率要求达到纳米级甚至微纳米级。通过提高光栅刻线密度来提高其测量精度和分辨率是无法达到的。为了使光栅测量具有更高的精度,我们只能对光栅信号进行细分处理。在本文中我们利用LABVIEW软件提出一种软件细分方法,利用光栅信号的两路信号的正负以及绝对值差的正负将信号周期分为八个区间,计算出每个区间的细分值,并且用LABVIEW软件进行编程,从而达到细分的效果。     

单基片多次曝光实现光栅拼接的理论分析

为减少光栅拼接过程中需要控制的物理量,提出了一种利用单基片多次曝光实现光栅拼接的理论方案。这种拼接方法不但降低了光栅拼接难度,而且还避免了拼接完成后小光栅间的相对移动。对该方案的原理进行了分析,并模拟计算了两块光栅在面内的拼缝和转动对远场光斑特性的影响,获得了无像差情况下光栅拼接的精度。     

Alignment measurement of two-dimensional zero-reference marks

Alignment with submicron or even nanometer scale resolution is of vital importance in precision engineering. By superimposing a pair of specially coded two-dimensional gratings, the correct alignment position of the two gratings can be obtained by detecting the maximum output of the sharp intensity peak. In this paper, design and fabrication of such two-dimensional zero-reference gratings are introduced. The arrangement of the experiment system is presented in detail. The alignment measurement of the reference marks is tested, and the results are compared with those obtained by autocorrelation method and diffraction analysis. It is found that experimental results are in good agreement with theoretical analysis.     

采用光栅成像原理的光栅位移传感器

本文从光栅成像理论出发，导出了具有结构简单，且能在大间隙下工作的光栅成像型位移传感器。并系统地探讨了这种传感器的理论，给出其实验结果。     

Precision design and control of a flexure-based roll-to-roll printing system

This paper presents the design, characterization, and control of a flexure-based roll-to-roll (R2R) printing system that achieves nanometer level precision and repeatability. The R2R system includes an unwinding/rewinding module, a web guide mechanism, and a core positioning stage consisting of two monolithic compliant X–Y stages that control the position/force of the print roller. During the printing process, capacitance probes, eddy current sensors and load cells are used to monitor the displacements of the flexure stage and contact force in real time. Control strategies, including decoupling, PID, and cascade control, have been implemented to decouple the cross-axis and cross-stage motion coupling effect and improve the overall precision and dynamic performance. In actual printing processes, the contact force and roller position can be uniformly controlled within ±0.05 N and ±200 nm respectively across a 4 in. wide PET web. To demonstrate the performance, a positive microcontact printing (MCP) process is adapted to the R2R system, printing various fine metal patterns, e.g., optical gratings and electrodes, in a continuous fashion.     

一种二维光栅干涉仪的研究

本文描述了一种以二维正交反射光栅为计量基准元件,以透射光栅为分光元件的二维光栅干涉仪,从研究光栅表面的光扰动出发,分析了这种干涉仪的原理及所用光栅间的匹配关系,通过实验分析了干涉仪的调整方法及主要误差,实验结果表明：这种新型二维光栅 的精密线值计量方面有着良好的应用前景。     

基于光栅编码器的柔性测量臂位置精度研究

光栅编码器的误差使得柔性测量臂(AACMM)在不同位置、不同构型下的精度呈现一定的规律。掌握由光栅编码器精度引起的位置精度在工作空间的分布规律,有利于指导柔性测量臂的标定和测量。以六关节测量臂为研究对象,分析末端执行器位置精度与光栅编码器精度区间之间的关系,并定义了基于光栅编码器精度的位置精度评价指标,在整个工作空间下描述其分布情况。验证试验包括:比较不同关节下光栅编码器精度区间对末端执行器位置精度的影响;与目前常用Monte Carlo方式进行柔性测量臂精度分布特性对比;利用其分布特性,对不同区域进行单点和标准球直径测量。实验结果表明,本方法能更直观、全面地描述光栅编码器精度对柔性测量臂位置精度在工作空间分布情况,通过该分布确定优化测量区域,指导实际操作。     

凹面光栅衍射效率测试仪精度分析和优化

分析和优化了凹面光栅衍射效率自动测试仪的测量精度,以提高凹面光栅相对衍射效率测量结果的准确性.根据凹面光栅相对衍射效率测量原理,对凹面光栅出射光谱增宽、衍射光束截面变化、光源辐射亮度的控制和测量波长同步精度等影响测量准确性的因素进行分析,给出了必要的运算关系式.采用回归分析等数学方法,基于大量实验数据建立了测量结果的优化公式,并将该公式编入测量程序,实现了在测量结束的同时自动优化测量结果.实验表明,经过优化后的测量值更加准确,与相对衍射效率理论值的偏差均在士2.5％以内,有效提高了仪器的测量精度.该方法操作简单,无需添加或改动仪器的任何部件,可满足仪器实时性强、测量准确的要求.     

GPT-1型光栅偏心调整检验仪

从光栅副形成莫尔条纹的特性方程出发 ,分析了对电子经纬仪的光栅副偏心调整的四种方法 :莫尔条纹调整法、漏缝调整法、基圆调整法和基于李萨茹圆的电调整法。根据实际情况 ,确定了对光栅偏心调整采用基于 CCD图像系统的基圆调整法进行粗调 ,和基于虚拟数字示波器的精调法相结合的方案 ,采用曲线拟合和相关法 ,计算出光栅偏心的大小与方位 ,并给出了光栅偏心与轴晃的关系 ,介绍了 GPT- 1型光栅偏心调整检验仪的组成和功能 ,最后给出了仪器的调整检验结果。实践表明 ,GPT- 1型光栅偏心调整检验仪为电子经玮仪的装配、光栅偏心调整和偏心检验起到了重要的指导作用 ,大大地提高了生产效率     

一种可弥补信号缺陷的细分方法

由于受到光栅制造、传感器设计和调试等技术的限制,光栅传感器不可避免地存在某些缺陷,如信号幅值不稳定、信号中心电平漂移等。这些缺陷直接影响到整个光栅测量系统的精度,成为光栅测量系统最普遍存在的误差源。本文详细给出了一种新的细分方法,使用此方法可有效地消除信号幅值不稳定和信号中心电平漂移对系统精度的影响     

光栅单色器及相关技术

国家同步辐射实验室（NSRL）通过建设国家大科学工程项目,在真空紫外和软X－光光学系统方面积累丰富的经验,建立了比较齐全的设计和检测等软件和硬件设施,本文介绍了NSRL已经研制及正在研制的光学单色器系统,以及在大型光栅光谱仪器技术方面的工作,包括光学设计、机械结构设计、超高真空技术,电子学硬件、软件设计和光学系统调试等内容。     

The fractional Talbot effect in differential x‐ray phase‐contrast imaging for extended and polychromatic x‐ray sources

The influence of different physical parameters, such as the source size and the energy spectrum, on the functional capability of a grating interferometer applied for phase‐contrast imaging is discussed using numerical simulations based on Fresnel diffraction theory. The presented simulation results explain why the interferometer could be well combined with polychromatic laboratory x‐ray sources in recent experiments. Furthermore, it is shown that the distance between the two gratings of the interferometer is not in general limited by the width of the photon energy spectrum. This implies that interferometers that give a further improved image quality for phase measurements can be designed, because the primary measurement signal for phase measurements can be increased by enlargement of this distance. Finally, the mathematical background and practical instructions for the quantitative evaluation of measurement data acquired with a polychromatic x‐ray source are given.     

光栅尺动态测量仪数据处理系统

主要介绍了光栅尺动态测量仪的数据采集和数据处理系统部分。该系统采用了软硬件相结合的方法,因而体积小、造价低、功能强、操作简便,且又在软件上注意了对激光波长的修正、被测光栅尺的修正及测试数据的平均处理,从而保证了仪器的总体精度。     

用拼接法获取大面积衍射光栅

近年来大面积衍射光栅已成为许多大型高技术工程项目的关键元件,它的获取方法也一直是光栅界探求的目标,本文简要回顾衍射光栅研制技术的发展历史,介绍了衍射光栅的发展趋势以及国内外研制大面积衍射光栅的技术现状,说明了拼接光栅的原理、方法以及利用这种方法来获取大面积衍射光栅的诸多优点.目前拼接光栅中各小光栅的衍射波阵面的位相还没有做到完全一致,要做到一致还需做很多工作,但用拼接手段来获取大面积光栅已是一种非常有效的方法.     

平板波导凹面衍射光栅设计方法研究

提出了一种平板波导凹面衍射光栅的设计方法,即改进的刻槽位置递推计算方法。该方法是对原有刻槽位置递推计算方法的改进,利用该改进方法可实现平板波导凹面衍射光栅的精确设计,特别是一些特殊光栅结构的设计。光栅的刻槽位置可通过一组约束方程表示,利用递推方法可求得约束方程的数值解。为提高计算精度,在方程组的数值求解过程中引入牛顿迭代算法。设计了两种特殊的光栅结构,即平接收场结构和平顶频谱响应结构,模拟结果证明了采用该方法进行设计的必要性和有效性。     

小波变换用于脉冲输出光栅的分形信号处理

导出了脉冲输出光栅用于瞬时加速度检测的算式，得出衡量加速度波动的量化指标F（j)，并将其作为通过旋转或平移实现其功能的对象工作状况的表征，通过考察F（j)在正常与故障状态下表现出的差异，为状态监测与故障诊断提供了捷径。基于上述对象由正常到故障状态往往是一渐变过程的事实，将F（j)近似为一统计自相似过程，然后以小波变换为工具，估计出F(j)的分数维，将F（j)降噪后用分形插值方法得到了其在小尺度下的“细节”信号，克服了传统插值或拟合方法的局限，全面反映了被测对象的工作状态。