三维精密位移系统的设计

为满足精密位移的需要,研究开发了一种大行程、纳米级和计量型三维精密位移系统。采用模块化结构设计,即3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、Z3个方向采用粗、精两级驱动,并分别装有计量光栅。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,精驱动采用压电陶瓷微位移器配合柔性铰链进行,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、计量原理以及它的运动性能。实验表明,在40mm位移行程内,X、Y和Z向工作台两级驱动实际位移与设定位移之差分别不超过±0.030、±0.028和±0.033μm,验证了位移系统设计的有效性,为位移系统的设计提供了依据。  

CCD分段测量的光学位移测量系统

为了高精度地实现大量程的位移测量,采用传统激光三角法的测量原理,提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想,将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布,以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测,当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时,系统相当于增加了一个CCD,扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统,缩小探测器光敏面上像点的直径,减小被测表面非理想光点对测量精度的影响,从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。  

压电陶瓷微位移驱动器建模与控制

考虑利用白光干涉仪进行表面三维形貌测量时压电陶瓷(PZT)的蠕变效应对微位移驱动器位移精度的影响,提出了一种沿参考镜光轴方向提高该驱动器位移精度的方法.系统研究了该驱动器的位移检测回路、PID闭环控制以及蠕变补偿控制;利用光电位置传感器和光学杠杆调节位移检测回路,将压电陶瓷驱动器微位移反馈至控制系统,建立PID闭环控制.充分考虑了PZT蠕变特性对测量过程的影响,建立了"电压蠕变"补偿模型,实现了基于PID闭环控制与蠕变补偿控制相结合的复合控制方法.利用XL-80激光干涉仪测量压电陶瓷驱动器在PID闭环控制和复合控制二种情况下的微位移,实验结果显示前者位移误差为0.007 μm,后者位移误差为0.005 μm.结果表明该方法可有效克服压电陶瓷迟滞非线性和蠕变对测量结果的影响,满足表面三维形貌测量的高精度要求.  

求一般6－SPS并联机器人机构的全部位置正解

研究了上下平台均不为平面的一般一般６－ＳＰＳ并联机器人机构的位置正解问题。首先建立了含６个变量的位置正解方程组，然后采用四元齐次化法，跟踪９６０条同伦路径，求出了其全部４０组位置正解。  

无导轨高精度位移平台的结构设计

为了完善高精度位移平台性能,提高平台位移直线度和定位精度,研制了制造成本较低的高精度无导轨位移平台机构.根据平行四边形和比例杆运动原理,设计了无导轨平台结构.介绍了平台的工作原理,并对其运动部件进行了有限元分析.用自准直平行光管和高精度测量头分别检测了平台的位移直线度和升、降位移误差,实验结果得出,该机构的位移直线度误差小于1",升、降位移误差小于0.02 mm,达到了平台设计要求.应用结果表明,该平台安装方便、体积小、易于养护,在有无重力的条件下均能正常使用,可应用于航天或其它领域的高精度位移系统中.  

含扩展裂纹板计及厚度效应的载荷-位移曲线解析闭合解

准确预测长寿命结构在其服役期内的剩余强度,是当前结构设计工程师面临的一个重大课题。而裂纹扩展过程中,精确的载荷—位移曲线将为这一问题的突破提供一种非常高效的方法。为此,在考虑厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论基础上,对含穿透裂纹板在裂纹扩展过程中的载—荷位移曲线进行理论与试验研究。用卡氏定理导出含驻止裂纹试件承受载荷作用时,外部载荷与试件中点挠度的关系表达式。引入计及厚度效应的断裂韧度与阻力曲线理论,导出裂纹扩展时试件中点处载—荷位移曲线的解析闭合解。进行准静载单调加载下的裂纹扩展试验。所得数据与由载荷—位移曲线解析闭合解得到的计算结果基本吻合,充分验证该解析闭合解的有效性。  

电子散斑剪切干涉相移技术的研究

在散斑干涉技术中,待测量与干涉条纹图的相位信息直接相关,因此从干涉条纹图提取相位分布信息就显得尤为重要。文中对平移沃拉斯顿棱镜相移法进行理论分析,证明平移棱镜可以引入稳定、线性的附加相位,给出了棱镜移动和附加相位的关系。利用周边固定中心加载的圆盘进行实验。给出了实验结果,证明平移棱镜相移法可以有效地从干涉条纹中定量提取位移导数信息。  

计量型原子力显微镜的位移测量系统(英文)

针对纳米结构表征和纳米制造的质量控制需要,中国计量科学研究院设计并搭建了一台计量型原子力显微镜用于纳米几何结构的测量.为了将位移精确溯源到国际单位米,研制了单频8倍程干涉仪测量位移,样品表面形貌则由接触式原子力显微镜测量.一个立方体反射镜与原子力显微镜的测头固定,作为干涉仪的参考镜.两个互相垂直的干涉仪用于测量样品与探针在x-y方向的相对位置.样品台置于具有三面反射镜的零膨胀玻璃块上,由压电陶瓷位移台驱动.另外两台干涉仪测量样品与探针在z方向的位移,探针针尖位于干涉仪光束的交点以减小Abbe误差.由于光学器件的缺陷产生的相位混合会引起非线性误差,采用谐波分离法拟合干涉信号来修正误差,修正后干涉仪测量误差减小为0.7 nm.  

A real-time thermal inaccuracy compensation method on a machining centre

The errors which affect the processing precision of a machining tool are due to the built in volumetric errors in the machine structure, and also the thermal displacement of the machine tool during cutting. In this paper, a new technique is developed to compensate for these errors in machine tools. The work demonstrates that the thermal effect is quite different in air-cutting conditions and real-cutting conditions. An IC type thermometer is designed to detect the temperature variation at specific components of the machine tool. These thermal displacements are measured on-line with a touch trigger probe. A mathematical model is then built, based on the sensed temperature variation and the thermal displacements by multivariable regression analysis. Finally, these errors are reduced on the machine by sending a feedback signal to the CNC controller to improve the processing precision of the machine tool. In this research, the errors are successfully reduced to within 4 µm for general cutting.  

同伦迭代法及应用于一般6-SPS并联机器人机构正位置问题

提出了一种基于同伦函数的新迭代法，它不需选取初值并可求出全部解，比传统的同伦（连续）法简化了求解过程，提高了计算效率和可靠性。将该方法应用于求解一般６－ＳＰＳ机械手的正位置问题，得到满意的结果，较方便地求出了问题的全部４０组解