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。     

光栅刻划刀架系统的运行精度对光栅光谱性能的影响

采用菲涅耳-基尔霍夫衍射理论建立了存在刻线弯曲和刻线位置误差的光栅衍射谱成像数学模型,分析了上述误差对光栅光谱性能的影响。针对刻划刀架系统运行不稳定问题,设计了一套光学测量结构,并提出了刻划刀架系统的机械改进方案:采用双侧柔性铰链式结构代替原有的鞍型滑块与刻划刀架的固定连接方式。最后,进行了刻划刀架系统运行稳定性测试和光栅刻划实验。刻划刀架运行稳定性测试实验表明:改进后的刻划刀架系统运行稳定性比改进前有显著改善,位移曲线重复性误差PV值由127nm降低到13nm,降低了约89%。光栅刻划实验表明,刻划刀架系统改进后,光栅光谱性能有明显的改善,光栅杂散光得到了有效抑制。得到的实验结果与仿真分析结果较为一致,为提高机械刻划光栅质量提供了理论及技术保障。     

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,并对其特点进行了比较。     

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。     

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。     

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。     

含有中周期误差的圆光栅刻划误差的评定

介绍了圆光栅的中周期误差产生的主要原因、检测方法以及评定带有中周期误差的圆光栅刻划误差的两种方法。     

刻划光栅中刻划刀的刃口半径影响研究

刃口半径是金刚石刻划刀的重要参数之一,影响光栅的衍射效率、刻划刀的刻划深度及刻划力。本文利用计算公式分析刃口半径对衍射效率、刻划深度的影响;另外,利用有限元软件模拟光栅的刻划过程,得出不同刃口半径对刻划力的影响曲线,为正确选择刃口半径提供了理论依据。     

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。     

光栅机械刻划摩擦型颤振机理

研究了光栅机械刻划过程中弹性刀架和金刚石刻刀系统的摩擦型颤振机理。建立了光栅机械刻划摩擦型颤振动力学模型,并对颤振系统进行了稳定性分析,提出了系统的稳定性条件和"稳定性阈"。从能量角度对颤振进行了分析,获得了相同的稳定性条件。在刻划工艺试验装置上单一改变刻划速度进行了光栅刻划试验,通过对刻划力的测量和分析,验证了竖直方向刻划力相对于刻划速度具有下降特性,即满足了摩擦型颤振的前提条件。最后,通过对2、6、10和13mm/s 4组不同刻划速度下所刻光栅槽形轮廓的检测,验证了该系统在超过临界刻划速度(在6~10mm/s)的情况下会有颤振发生。验证实验证明了该摩擦型颤振动力学模型的有效性和稳定性阈的存在性,为深入量化分析并抑制颤振的发生奠定了理论基础。     

并联机床空间曲线等弦长插补算法研究

通过对空间隐式方程曲线、参数方程曲线的插补算法的研究,把等弦长插补算法用于并联机床,用微小直线段拟合曲线。首先根据弦长求出各离散点,并求出其对应杆长,根据相邻两点之间的杆长增量按比例进给。插补无累积误差,从而提高了插补算法的准确性和高效性。     

非标准环境温度下机床热误差测量结果修正方法研究

针对环境温度变化对同一台数控机床热误差测量结果造成的影响,提出一种采用被测量工件和测量工具的热膨胀差对热误差测量结果进行修正的方法,并运用该方法对滚珠丝杠热误差测量结果进行修正,实验修正结果证明了该方法的实用性。     

简易卷板机设计

针对小型企业生产薄板圆筒件品种规格多、质量要求高、工期紧的难题,研制出一种简易卷板设备,很好地解决了这个难题。     

基于单压电执行器的光栅刻线摆角修正

考虑机械刻划光栅刻线摆角对平面光栅衍射波前质量的影响,本文根据光栅机械刻划过程的特点,提出了一种单压电执行器调节方法。该方法可通过不断调节微定位工作台位移,实时修正工作台摆角导致的光栅刻线摆角误差。首先,推导出了微定位工作台位移实时修正公式。接着,采用三路干涉仪实现了微定位工作台摆角测量及其主要成分分析。最后,进行了光栅刻线摆角放大和校正实验。结果显示,摆角放大和摆角校正实验已基本达到了预期的效果,对光栅宽度为10.4mm且刻线密度为600line/mm的光栅进行修正后,光栅刻线摆角比校正前降低了64%以上。这些结果表明:采用单压电执行器方法对光栅刻线摆角进行实时修正可有效降低光栅刻线摆角,提高光栅质量;该方法可应用于大面积机械刻划光栅刻线摆角的修正。     

光栅复制拼接光路中入射光角度对拼接误差的影响

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题,分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型,分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求,设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500mm×500mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。结果显示:入射光角度误差为1°,拼接光路中绕x轴,y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1μrad,0.003 3μrad和0.348 2nm时,引起波前差为2.590 1nm。根据这一计算结果,给出了干涉仪角度调节装置的设计指标,即设置角度调节分度为0.1°时,可满足大尺寸光栅复制拼接要求。     

数控机床精度分析与研究

分析了影响数控机床精度的因素,提出了采用软件误差补偿法来提高机床精度的措施,阐述了丝杆螺距误差补偿的具体方法。     

Temperature variable optimization for precision machine tool thermal error compensation on optimal threshold

Machine tool thermal error is an important reason for poor machining accuracy.Thermal error compensation is a primary technology in accuracy control.To build thermal error model,temperature variables are needed to be divided into several groups on an appropriate threshold.Currently,group threshold value is mainly determined by researchers experience.Few studies focus on group threshold in temperature variable grouping.Since the threshold is important in error compensation,this paper arms to find out an optimal threshold to realize temperature variable optimization in thermal error modeling.Firstly,correlation coefficient is used to express membership grade of temperature variables,and the theory of fuzzy transitive closure is applied to obtain relational matrix of temperature variables.Concepts as compact degree and separable degree are introduced.Then evaluation model of temperature variable clustering is built.The optimal threshold and the best temperature variable clustering can be obtained by setting the maximum value of evaluation model as the objective.Finally,correlation coefficients between temperature variables and thermal error are calculated in order to find out optimum temperature variables for thermal error modeling.An experiment is conducted on a precise horizontal machining center.In experiment,three displacement sensors are used to measure spindle thermal error and twenty-nine temperature sensors are utilized to detect the machining center temperature.Experimental result shows that the new method of temperature variable optimization on optimal threshold successfully worked out a best threshold value interval and chose seven temperature variables from twenty-nine temperature measuring points.The model residual of z direction is within 3 m.Obviously,the proposed new variable optimization method has simple computing process and good modeling accuracy,which is quite fit for thermal error compensation.