摘要：光栅刻划机工作台性能及其控制算法是直接影响大面积光栅刻划精度的重要原因。为了提高光栅刻划机运行精度,研制了采用压电陶瓷进行微定位控制的300mm行程宏微两级工作台,建立了微定位工作台数学模型,仿真分析了工作台参数对系统动态性能的影响。采用反向传播(BP)神经网络比例-积分-微分(PID)算法对微定位工作台进行闭环控制。仿真分析表明通过增大内外台连接刚度或内外台之间阻尼在总体趋势上均可改善与光栅质量密切相关的微定位工作台动态性能。工作台定位实验表明,在以双频激光干涉仪为纳米位移测量基准的情况下,进行刻线密度为35line/mm以上常用光栅空运刻划时,BP神经网络PID算法可实现宏微两级工作台定位误差3σ值不大于5.0nm。以上研究为大尺寸光栅刻划机宏微两级工作台结构设计及控制算法的选择提供了理论及技术指导。

摘要：设计了一套光栅刻划机刀架系统。该系统将刻划刀具部分安装于能绕鞍形滑块自由转动的安装板上,利用铰链机构来实现了刀架刻划部分与承重部分的分离,降低运动中鞍形滑块的变形、偏移等对金刚石刻刀的影响。分析了刀架运动中产生的误差以及该误差对金刚石刻刀的影响。提出了一种新型检测光路结构,该结构利用双频激光干涉仪测量运动中刀架相对于导向导轨的位移变化。结果显示,刀架单向行程约70mm时,刀架在光栅刻划阶段相对于导向导轨在分度方向的最大位移值约为60nm。由于在刻划阶段,膜层对金刚石刻刀存在约束作用,所以金刚石刻刀相对于导向导轨的实际位移会更小。利用新的刀架结构刻制了一块70mm×70mm,600gr/mm的衍射光栅,对比利用原刀架结构刻制的光栅,该光栅杂散光强度减弱,质量提高。

摘要：尝试在大型衍射光栅刻划机中使用气浮导轨承载金刚石刻划刀具系统运行。气浮导轨同时承担刀具系统的承重与导向任务,由于使用气体作为润滑剂而接近零摩擦状态,可以避免触点磨损及低速爬行现象。分析了气浮导轨工作过程中产生的误差及该误差对刻划刀具运动轨迹的影响,并使用双频激光干涉仪测量刻划过程中刻划刀具运动的直线度误差。测量结果表明,金刚石刀具系统单向行程400 mm时,该误差约为200 nm,小于使用石英导轨承载刀具系统时的误差,同时在高频振动方面有明显改善。刻制一段79 gr/mm,400 mm×500 mm的中阶梯光栅,观察其衍射光斑并使用照度计检测得其不同位置杂散光强度为0.2‰~5‰,实验结果表明使用气浮导轨承载刻划刀具可以满足光栅刻划精度要求。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：为了改善传统机械式光栅刻划机的刻划性能,提出了一种新型光栅刻划机金刚石刀具抬落机构。介绍了光栅刻划机及抬落刀机构结构组成,并根据需求分析选用压电陶瓷平台作为执行器件。搭建了一套抬落刀控制系统并完成硬件设计,针对光栅刻划工艺需求,设计抬落刀控制系统软件。系统采用总线通信方式,制定串口通信协议。结果表明,该新型机构机械结构简单、可实时控制、精度高、无振动和发热,提高了刻划光栅的质量和刻划效率。为了改善传统机械式光栅刻划机的刻划性能,提出了一种新型光栅刻划机金刚石刀具抬落机构。介绍了光栅刻划机及抬落刀机构结构组成,并根据需求分析选用压电陶瓷平台作为执行器件。搭建了一套抬落刀控制系统并完成硬件设计,针对光栅刻划工艺需求,设计抬落刀控制系统软件。系统采用总线通信方式,制定串口通信协议。结果表明,该新型机构机械结构简单、可实时控制、精度高、无振动和发热,提高了刻划光栅的质量和刻划效率。

摘要：运用有限元手段对刀桥导轨的刚度进行了有限元分析,得到了刚度方面的分析结果和模态分析结果,并在不同位置加40N载荷进行实验验证。在此基础上,对原有的结构进行一体式结构优化设计。有限元分析结果表明,刀桥底座刚度有了大幅度的提高,一阶频率由原来的690.26Hz提高到998.73Hz,一阶振型的方向也从直接影响刻划的水平方向变为对刻划不敏感的垂直方向。

摘要：针对大面积光栅刻划机实验室存在的复杂振动因素,可能对光栅刻划机运行的刻划精度造成不良影响,为光栅刻划机基座设计一个隔振系统,隔振系统采用被动隔振与主动隔振相结合的隔振方式。为了模拟隔振器隔振性能,建立隔振系统的动力学模型和动力学方程,在Matlab/simulink仿真软件中搭建仿真框图,并施加模拟的振动干扰信号进行光栅刻划机基座隔振仿真,根据仿真结果对比分析被动隔振和主被动复合隔振方法的隔振效果。仿真结果表明,采用空气弹簧的被动隔振系统对频率较高的振动干扰具有良好的隔离作用,然而对低频振动干扰几乎没有隔离效果,而采用PID主动控制隔振后的主被动复合隔振系统对低频振动干扰具有良好的隔离效果,大大提高了隔振系统的低频隔振性能。

摘要：在光栅刻划中，为了提高光栅的刻划精度，光栅刻划时的环境温度的稳定是非常重要的。运用PLC实现了中阶梯光栅刻划机工作环境温度的控制．并通过编程口实现了计算机对PLC控制过程的实时监控与数据采集，对系统的构成、功能作了介绍。较详细地讨论了系统中PLC的程序设计，编程口通信协议；给出了相应的PLC梯形图和实际监控曲线。