本文關(guān)鍵詞：大光柵刻劃機刻劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與刻線彎曲誤差機械修正

  更多相關(guān)文章： 大光柵刻劃機 刻劃系統(tǒng) 光柵刻線彎曲誤差 誤差分析 機械修正方法 氣浮導(dǎo)軌 雙頻激光干涉儀 雜散光

【摘要】：衍射光柵是一種極為重要的色散元件,大面積高精度的平面衍射光柵在軍事、天文、核能、航天航空及民用領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。衍射光柵的主要制造方法有機械刻劃法和全息刻蝕法兩種,其中對于某些特殊光柵如低刻線密度的紅外激光光柵和所有中階梯光柵等由于其刻線較深且對槽形要求非常嚴(yán)格,必須采用機械刻劃法制造。光柵刻劃是一種極為精密的技術(shù),光柵刻劃機被譽為“精密機械之王”。本論文受“十一五”國家重大科研裝備研制項目資助,進(jìn)行大型高精度衍射光柵刻劃機(以下簡稱大光柵刻劃機)刻劃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作,探索降低機械刻劃光柵刻線彎曲誤差,提高大面積機械刻劃光柵質(zhì)量的方法,對刻劃系統(tǒng)各部分的誤差進(jìn)行了理論分析與實驗驗證,根據(jù)實驗結(jié)果對刻劃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),并進(jìn)行了大面積光柵的刻劃實驗。首先介紹了光柵刻劃機的結(jié)構(gòu)組成及基本工作原理,分析了光柵刻劃機的誤差來源,介紹了刻線彎曲誤差的檢測方法并進(jìn)行了大光柵刻劃機的誤差分配。第二,設(shè)計刻劃系統(tǒng)石英導(dǎo)軌方案;確定導(dǎo)向?qū)к壍慕Y(jié)構(gòu)形式并對其進(jìn)行靜力學(xué)分析,計算其工作狀態(tài)下的變形對光柵刻線的影響;設(shè)計具備抬落刀、各方向自由度調(diào)整及在線換刃功能的金剛石刻刀刀架結(jié)構(gòu)并分析其誤差;驅(qū)動機構(gòu)采用等速凸輪推動上下兩級推桿的形式,通過改變其放大比可實現(xiàn)不同刻線長度,優(yōu)化計算等速凸輪的輪廓曲線并進(jìn)行了驅(qū)動機構(gòu)的受力分析。第三,分析刻劃系統(tǒng)工作過程中造成光柵刻線彎曲誤差的各項因素,進(jìn)行分段檢測并提出機械修正方案;針對等速凸輪驅(qū)動下出現(xiàn)的換向沖擊問題,設(shè)計用于間歇刻劃模式下的非等速驅(qū)動機構(gòu)即非等速凸輪/曲柄連桿驅(qū)動機構(gòu)降低該影響,在模擬光柵刻劃實驗中發(fā)現(xiàn)刻劃刀架受摩擦力影響出現(xiàn)爬行現(xiàn)象,導(dǎo)致刀架振動的譜密度增加,不利于進(jìn)行閉環(huán)控制。第四,為消除爬行現(xiàn)象,使用氣浮導(dǎo)軌取代石英導(dǎo)軌;介紹了氣浮導(dǎo)軌的基本工作原理,根據(jù)光柵刻劃要求及大光柵刻劃機整體結(jié)構(gòu)限制確定了氣浮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式,并設(shè)計了兼顧穩(wěn)定性與可調(diào)節(jié)性的支撐結(jié)構(gòu),采用雙氣浮導(dǎo)軌并聯(lián)的形式以提高氣浮導(dǎo)軌的剛度;對氣浮導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計算并對其導(dǎo)向面的變形進(jìn)行了有限元分析;根據(jù)氣浮導(dǎo)軌的主要工作參數(shù)即承載力及剛度的要求計算了其節(jié)流孔的排布。第五,嚴(yán)格控制氣浮導(dǎo)軌裝配中的各種誤差以提高其精度;分析并檢測了動導(dǎo)軌運動中的偏轉(zhuǎn)、氣浮導(dǎo)軌振動情況以及空氣擾動等因素對光柵刻劃的影響并進(jìn)行修正。第六,對光柵刻線誤差進(jìn)行補償使其刻線誤差能夠滿足誤差分配要求。進(jìn)行400mm×500mm大面積中階梯光柵刻劃實驗,其實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示刻線彎曲的重復(fù)性誤差RMS值不大于2.9nm,光柵初始段雜散光僅為0.02%,整體雜散光強度滿足研制目標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃本立,楊們原,王小如,袁東星;多道光譜儀發(fā)展的新動向——中階梯光柵光譜儀[J];光譜學(xué)與光譜分析;1991年02期

2 劉強;張從鵬;;直線電機驅(qū)動的H型氣浮導(dǎo)軌運動平臺[J];光學(xué)精密工程;2007年10期

3 葉樹亮;李東升;;應(yīng)用有限體積法研究空氣靜壓導(dǎo)軌力學(xué)特性[J];光學(xué)精密工程;2008年05期

4 陶家生;閉式雙排節(jié)流孔矩形氣浮導(dǎo)軌的計算方法（一）──有限元法對高壓區(qū)壓力的分析[J];光學(xué)精密工程;1996年02期

5 王煒,楊厚民;光電控制間歇運動衍射光柵機控制系統(tǒng)的改造升級[J];光學(xué)精密工程;1996年05期

6 時輪,馬春翔,胡德金,郝德阜;制作高密度衍射光柵的光電式刻劃控制的研究[J];光學(xué)技術(shù);2004年03期

7 梁浩明,莊夔,張慶英,楊厚民;衍射光柵刻劃機[J];光學(xué)學(xué)報;1981年01期

8 楊躍忠;曹文熙;孫兆華;王桂芬;;海洋高光譜輻射實時觀測系統(tǒng)的研制[J];光學(xué)學(xué)報;2009年01期

9 李剛;趙靜;李家星;林凌;張寶菊;;可見-近紅外反射光譜用于疾病快速篩查[J];光學(xué)學(xué)報;2011年03期

10 李曉天;巴音賀希格;齊向東;于海利;唐玉國;;刻線誤差與面型誤差對平面光柵光譜性能影響的二維快速傅里葉變換分析方法[J];光學(xué)學(xué)報;2012年11期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 于海利;基于雙頻激光干涉測量的大行程納米定位技術(shù)及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2011年

2 時輪;一種亞納米級柵距變化量的變柵距光柵分度控制方法的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2003年

3 葉q阽，

本文編號：1168366