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,并指出了衍射光栅刻划机的发展趋势。     

衍射光栅刻划机的闭环控制系统

以S3C2440A为控制核心,设计了衍射光栅刻划机的高精度运动控制系统,实现了现场显示、实时控制等功能。用S3C2440A微控制器控制伺服电机和步进电机完成光栅刻划的分度运动和刻划运动,通过SiGNUMTM RELM直线光栅尺反馈和PD加前馈控制算法补偿由于惯性等原因造成的分度误差,并用MATLAB对使用PD加前馈控制算法的分度运动进行仿真。采用RON225增量式角度编码器反馈以补偿执行刻划运动的步进电机因失步造成的误差,通过分析和处理实验数据获得分度运动最佳速度和伺服电机在此分度运动速度下停止时的过冲距离。最后,对可能产生控制误差的原因进行了初步分析,并提出了需要进一步改进和完善之处。     

衍射光栅刻划机分度误差的实时测量

本文提出了对光栅分度误差进行实时测量的方法，阐述了此方法的原理和实现过程。对测得数据，根据ｓｔｒｏｋｅ理论分析了分度误差对光栅谱线产生的影响，实践证明，用此方法得到的谱的线轮廓与用光谱法测得的谱线基本一致。     

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。     

光电控制间歇运动衍射光栅机控制系统的改造升级

在分析了光电控制间歇运动衍射光栅刻划机（原刻划机）的基础上，针对原刻划机存在的不足，提出了相应的改进措施。据此设计构成了以单片机８０３１为核心的数控系统的硬件，实现了对分度信号的程控放大和幅值细分，提高了刻划机的分辨率；另外，用软件实现了直流力矩马达的分级调速，提高了刻划机的刻划精度。实验结果表明，改进后的刻划机分度重复性明显优于０．０５μｍ。     

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。     

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。     

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.     

我国大型高精度衍射光栅刻划系统项目实施

日前,由国家光栅制造与应用工程技术研究中心申请的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统”获得财政部批准,支持经费超过1亿元。     

国内衍射光栅刻划机概况

本文介绍了目前国内已制成的衍射光栅刻划机的概况,同时也介绍了它们所刻光栅的质量。国内刻机有机械型、光电型及间歇刻划、连续刻划方式。在正常刻划的刻机共有15台。所刻光栅最大面积到150×180mm²,刻线密度从50到2400线/mm。     

高精度衍射光栅干涉式测量系统的主要误差分析与仿真

设计了一种高精度位移传感器——衍射光栅干涉仪系统。该系统利用半导体激光器作为光源,衍射光栅作为长度标准,其光学原理可以利用多普勒效应来阐述。给出当光栅存在沿X向、Y向上的位移偏差和绕X轴、Y轴和Z轴的转动误差时,引起干涉条纹质量变化和测量误差的定量关系,为测量系统在实际应用中进行误差修正提供依据。经分析可知,光栅沿X轴(光栅运动方向)、Y轴(光栅刻线方向)和Z轴的偏移几乎不会导致条纹信号变化;当光栅沿着X轴旋转时,条纹方向和间隔均发生了变化;当绕Z轴旋转时,条纹间隔没有变化但是方向发生了变化;当沿X轴和Y轴旋转后,条纹位置分别向右和向下移动。光栅沿Z轴移动误差小于0.05mm,绕X轴和Z轴旋转误差小于0.002rad,绕Y轴旋转误差小于0.005rad时,满足测量范围为1000mm时,精度为±3μm测量的要求。     

基于LabVIEW的光栅刻划机环境温度监控的实现

利用LabVIEW编程灵活方便的特点,本文在LabVIEW8.2的环境下实现PC与PLC的通信功能,使PLC不但具备控制功能,而且能将检测到的数据送到PC机.利用RS-485串口实现主机与PLC的串行通信,从而实现对光栅刻划机的工作环境温度的监控.     

精密衍射光栅信号的椭圆拟合与细分校正算法

讨论了对相位差为非严格 90°的衍射光栅干涉条纹两路正弦信号的椭圆拟合算法的实现 ;提出了基于光栅正弦信号实际相位差进行残余相移识别的软件细分校正方法 ;分析了常规软件细分处理方法的缺陷并对常规细分处理方法所引起的测量误差进行了仿真。测量系统稳定下的噪声测量实验证明了本文提出的细分校正方法在提高光栅测量精度方面的有效性     

高精度光电露点仪的设计

本文主要介绍了光电露点仪的组成、工作原理、工作过程、设计体会以及设计时应注意的一些问题,仅供同行参考.     

光栅机分度误差的实时测量与研究

本文提出了对光栅分度误差进行实时测量的方法。文中阐述了这一方法的原理和实现过程。根据实际测量结果对机器进行了精细调整,并对测量数据进行分析,给出了光栅机的分度精度,同时根据Stroke理论应用Fourier变换方法分析了分度误差对光栅谱线产生的影响,实践证明,用运算法得到的谱线与用光谱法得到的谱线基本一致。     

高衍射效率全息光栅的制作与复制工艺研究

本文根据正性光致抗蚀的感光显影特性,推导出了全息光栅沟槽深度公式,分析了影响光栅糟型结构的因素,建立了光栅沟槽模型。并根据论理论制作出了衍射效率高达６５％的 ２４００线／毫米的全息平面反射光栅。本文还介绍了全息光栅复制技术,解决了高质量光栅昂贵的生产成本和大批量生产问题。     

高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点

在现代机加行业中,大多采用光栅传感器来进行位置反馈装置。由于光栅尺能够对系统实行全闭环控制,降低滚珠丝杠热变形等原因引起的误差,提高加工精度,所以目前中高档数控系统越来越多地采用光栅尺作为线位移反馈元件。光栅尺分为增量式和绝对式:增量式光栅尺的测量原理是将光通过两个相对运动的光栅调制成摩尔条纹,通过对摩尔条纹进行计数、细分后得到位移变化量,并通过在标尺光栅上设定一个或是多个参考点来确定绝对位置;绝对式光栅尺的测量原理是在标尺光栅上刻划一条带有绝对位置编码的码道,读数头通过读取当前位置的编码可以得到绝对位置。     

高精拧紧工具在发动机装配中的应用

介绍了发动机螺栓拧紧的基本原理,以及应用高精拧紧工具的扭矩曲线图,分析发动机装配螺栓拧紧问题的原因,通过分析计算的数据,进行拧紧参数的修改,完成并解决了发动机装配过程中螺栓拧紧的问题。