發(fā)布時(shí)間：2017-09-29 06:14

  本文關(guān)鍵詞：大尺寸光柵刻槽誤差校正及在線監(jiān)測技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 刻劃光柵 光柵刻槽誤差 快速傅里葉變換 光柵基底面形誤差 實(shí)時(shí)監(jiān)測 光柵分辨本領(lǐng)

【摘要】：大尺寸高精度光柵尤其是高分辨率的中階梯光柵成為光譜技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的新熱點(diǎn),在軍事、天文、航天航空、核能以及各類民用領(lǐng)域的需求逐步提升。目前對于低刻槽密度的紅外激光光柵和所有中階梯光柵而言,由于光柵衍射效率較高以及對光柵刻槽的特殊要求,一般均采用機(jī)械刻劃法制作。光柵刻劃機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要由分度系統(tǒng)和刻劃系統(tǒng)組成。上述的兩個(gè)系統(tǒng)本身存在的誤差將導(dǎo)致光柵產(chǎn)生刻槽誤差,從而嚴(yán)重影響光柵光譜性能。鑒于此,本論文在國家重大科研裝備研制項(xiàng)目及國家973項(xiàng)目資助下,從光柵的刻槽誤差入手,探索提高大尺寸機(jī)械刻劃光柵質(zhì)量的方法。第一,采用菲涅耳-基爾霍夫衍射理論建立了存在刻槽位置誤差及刻槽彎曲誤差時(shí)的光柵衍射譜成像的數(shù)學(xué)模型,并分析上述誤差對光柵光譜性能的影響。分析結(jié)果表明,光柵子午方向的光譜性能主要取決于光柵刻槽位置誤差,光柵刻槽彎曲誤差對其影響較小,該結(jié)果可為機(jī)械刻劃光柵制作技術(shù)的研究重點(diǎn)提供理論指導(dǎo)。第二,通過對光柵刻劃系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析,最終將光柵刻劃系統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)由雙推拉桿修正為單推拉結(jié)構(gòu),從而減小了由于驅(qū)動結(jié)構(gòu)引起的側(cè)向力對石英導(dǎo)軌面形的影響;第三,根據(jù)杠桿原理,針對刻劃刀架系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定問題進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了刻劃刀架系統(tǒng)的機(jī)械改進(jìn)方案,即采用雙側(cè)柔性鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)代替原有的鞍型滑塊與刻劃刀架的固定連接方式,最后進(jìn)行刻劃刀架系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性測試和光柵刻劃實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)與理論分析結(jié)果在趨勢上具有較好的一致性。以上研究為提高機(jī)械刻劃光柵質(zhì)量提供了理論及技術(shù)保障。第四,采用Ansys、abaqus軟件對刻劃機(jī)工作臺機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作臺擺角性能關(guān)系進(jìn)行機(jī)械仿真及優(yōu)化分析,設(shè)計(jì)了一套具有擺角校正能力的雙壓電驅(qū)動器校正工作臺,并針對該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了擺角誤差實(shí)時(shí)測量光路,通過光柵模擬刻劃實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的擺角誤差校正的可行性;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,雙壓電驅(qū)動器校正光柵刻劃機(jī)工作臺擺角誤差,可以有效抑制光柵刻槽擺角誤差,提高光柵刻劃質(zhì)量。第五,建立光柵基底面形誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型,采用光柵刻槽主動控制技術(shù),根據(jù)預(yù)先設(shè)定的光柵基底面形誤差的補(bǔ)償模型實(shí)時(shí)校正光柵基底面形誤差,從而提高光柵波前質(zhì)量。第六,依據(jù)衍射光柵光譜成像理論,得到利用波前誤差求解衍射譜分布的歸一化計(jì)算式,以瑞利判據(jù)為基礎(chǔ)提出了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測光柵分辨本領(lǐng)的方法,并基于工作臺誤差校正前后狀態(tài)進(jìn)行光柵刻劃實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了光柵光譜性能實(shí)時(shí)監(jiān)測方法的可行性,該設(shè)計(jì)方法將光柵刻劃質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測引入到光柵刻劃機(jī)系統(tǒng)中,從而可明顯提高光柵刻劃機(jī)的刻劃效率。
【關(guān)鍵詞】：刻劃光柵 光柵刻槽誤差 快速傅里葉變換 光柵基底面形誤差 實(shí)時(shí)監(jiān)測 光柵分辨本領(lǐng)
【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(jī)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
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 課題研究背景及意義13-15
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀15-28
• 1.2.1 光柵刻劃機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-20
• 1.2.2 光柵刻劃機(jī)刻槽誤差補(bǔ)償方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-26
• 1.2.3 雙頻激光干涉儀發(fā)展現(xiàn)狀26-28
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排28-31
• 1.3.1 論文的主要研究內(nèi)容28-29
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)安排29-31
• 第2章 光柵刻劃機(jī)工作原理及誤差分析31-47
• 2.1 引言31
• 2.2 光柵刻劃機(jī)主要工作原理31-40
• 2.2.1 光柵刻劃機(jī)不同的運(yùn)行方式31-34
• 2.2.2 光柵刻劃機(jī)刻劃系統(tǒng)工作原理34-35
• 2.2.3 光柵刻劃機(jī)分度系統(tǒng)工作原理35-36
• 2.2.4 光柵刻劃機(jī)位移誤差測量方法36-40
• 2.3 光柵刻槽誤差的主要影響因素及分析方法40-45
• 2.3.1 光柵刻槽誤差的主要影響因素40-44
• 2.3.2 光柵刻劃機(jī)刻槽誤差分析方法44-45
• 2.4 本章小結(jié)45-47
• 第3章 光柵刻劃刀架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與運(yùn)行精度分析47-65
• 3.1 引言47-48
• 3.2 非理想平面光柵傅里葉變換的理論模型及分析48-52
• 3.2.1 理論模型48-50
• 3.2.2 刻槽彎曲和位置誤差對光柵光譜性能的影響分析50-52
• 3.3 刻劃刀架系統(tǒng)驅(qū)動方式的修正方法52-59
• 3.3.1 刻劃刀架系統(tǒng)驅(qū)動方式修正前結(jié)構(gòu)及誤差分析52-55
• 3.3.2 刻劃刀架系統(tǒng)修正后結(jié)構(gòu)及誤差分析55-57
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證57-59
• 3.4 刻劃刀架系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的機(jī)械修正方法59-61
• 3.4.1 刻劃刀架系統(tǒng)改進(jìn)前結(jié)構(gòu)59-60
• 3.4.2 刻劃刀架系統(tǒng)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)60-61
• 3.4.3 刻劃刀架系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的光學(xué)測量方法61
• 3.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證61-64
• 3.6 本章小結(jié)64-65
• 第4章 光柵刻劃機(jī)工作臺的擺角校正方法65-90
• 4.1 引言65-66
• 4.2 工作臺擺角誤差及其對光柵衍射波前質(zhì)量的影響分析66-70
• 4.2.1 工作臺擺角誤差來源66-68
• 4.2.2 工作臺擺角誤差對光柵波前質(zhì)量影響分析68-70
• 4.3 雙壓電驅(qū)動器式工作臺擺角校正原理及光路設(shè)計(jì)70-79
• 4.3.1 雙壓電驅(qū)動器式工作臺擺角校正原理70-71
• 4.3.2 雙壓電驅(qū)動器式工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)71-72
• 4.3.3 壓電驅(qū)動器的工作原理及型號選取72-77
• 4.3.4 工作臺擺角測量光路的設(shè)計(jì)77-79
• 4.4 工作臺擺角校正能力的有限元仿真分析及設(shè)計(jì)79-84
• 4.4.1 彈簧片的選擇79-80
• 4.4.2 拉簧封閉力選擇80-82
• 4.4.3 工作臺內(nèi)層臺封閉力設(shè)計(jì)82-84
• 4.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證84-88
• 4.6 本章小結(jié)88-90
• 第5章 光柵基底面形誤差補(bǔ)償技術(shù)90-103
• 5.1 引言90
• 5.2 機(jī)械刻劃光柵基底承載基座的設(shè)計(jì)及優(yōu)化90-93
• 5.3 機(jī)械刻劃光柵基底面形誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型93-96
• 5.3.1 光柵基底面形誤差數(shù)學(xué)模型的建立93-95
• 5.3.2 光柵刻劃誤差數(shù)學(xué)模型的建立95-96
• 5.3.3 建立光柵基底面形誤差補(bǔ)償模型96
• 5.4 光柵基底面形誤差補(bǔ)償方法96-99
• 5.4.1 光柵基底面形誤差的提取96-97
• 5.4.2 采用光柵刻槽主動控制技術(shù)實(shí)時(shí)校正光柵基底面形誤差97-99
• 5.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證99-101
• 5.6 本章小結(jié)101-103
• 第6章 光柵分辨本領(lǐng)實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)103-117
• 6.1 引言103-104
• 6.2 衍射光柵光譜成像理論104-110
• 6.2.1 Huygens原理的嚴(yán)格表達(dá)式104-105
• 6.2.2 Huygens原理的近似公式105-108
• 6.2.3 光柵光譜成像的傅里葉變換方法108-110
• 6.3 光柵分辨本領(lǐng)求解方法及仿真分析110-113
• 6.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證113-116
• 6.5 本章小結(jié)116-117
• 第7章 結(jié)論與展望117-120
• 7.1 結(jié)論117-118
• 7.2 展望118-120
• 參考文獻(xiàn)120-129
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況129-130
• 指導(dǎo)教師及作者簡介130-131
• 致謝131-13

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張勇,王選擇,郭桂珍;一種提高光柵尺測量精度的有效方法[J];湖北工學(xué)院學(xué)報(bào);2002年04期

2 ;雷尼紹先進(jìn)的光柵產(chǎn)品[J];新技術(shù)新工藝;2007年01期

3 王天朝;;“在線”擦拭數(shù)字光柵尺[J];設(shè)備管理與維修;2008年03期

4 王曉波;;直線光柵尺的安裝與維護(hù)[J];汽車實(shí)用技術(shù);2010年06期

5 龔仲華;;論絕對光柵尺[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2011年08期

6 韓旭東;徐新行;王兵;王恒坤;劉長順;;快速反射鏡系統(tǒng)用光柵測微儀[J];光電工程;2011年10期

7 楊世雄,顧慶祥,錢德林;絕對零位光柵——一種新型測量系統(tǒng)的檢測元件[J];重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1980年03期

8 劉祥文;毛國英;;每毫米25線光柵尺精度的動態(tài)測量[J];計(jì)量技術(shù);1981年03期

9 夏國鑫;;大面積高精度光柵定位系統(tǒng)[J];光學(xué)儀器;1981年03期

10 陳逸存;一種新的光柵儀器誤差修正方法[J];光學(xué)技術(shù);1985年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 錢華;肖霞;蘆利兵;;數(shù)控設(shè)備光柵尺及編碼器的故障與檢測[A];北京機(jī)械工程學(xué)會2012年優(yōu)秀論文評選論文集[C];2012年

2 黃文忠;尤永祿;成金秀;蔡玉琴;;平場光柵譜儀相對衍射效率測量[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（1998）[C];1998年

3 許良元;劉勇;朱靈;翟玉鋒;吳路生;;某儀表車床的光柵測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[A];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)理論與實(shí)踐——安徽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)博士科技論壇論文集[C];2007年

4 李志勇;梁瑞容;馬曉兵;郭書兵;李震杰;候靜強(qiáng);;線性光柵尺在軋輥磨床上的應(yīng)用及維修[A];2006年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2006年

5 鄧樹光;;硅光電池在數(shù)控機(jī)床的光柵檢測位移中的應(yīng)用[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第二屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2003年

6 徐從裕;余曉芬;;快速采樣法的高細(xì)分倍數(shù)光柵納米測量[A];2007'儀表，自動化及先進(jìn)集成技術(shù)大會論文集（二）[C];2007年

7 蘇美中;;海德漢LS704型光柵尺讀數(shù)頭故障分析[A];北京機(jī)械工程學(xué)會2008年優(yōu)秀論文集[C];2008年

8 蘇美中;;海德漢LS704型光柵尺讀數(shù)頭故障分析[A];第四屆十三省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會科技論壇暨2008海南機(jī)械科技論壇論文集[C];2008年

9 蘇美中;;海德漢LS704型光柵尺讀數(shù)頭故障分析[A];第八屆全國設(shè)備與維修工程學(xué)術(shù)會議、第十三屆全國設(shè)備監(jiān)測與診斷學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

10 鄭忠杰;陳德傳;;基于STM32的光柵尺速度位移檢測[A];浙江省電子學(xué)會2013學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 本報(bào)記者 何威　李泳溈;百尺竿頭更進(jìn)一步[N];吉林日報(bào);2011年

2 姜楠　遙遠(yuǎn);絕對式光柵尺研制獲重大突破[N];吉林日報(bào);2011年

3 本報(bào)記者 韓雪潔;行業(yè)龍頭“掌舵人”[N];吉林日報(bào);2008年

4 山東 申世忠;DRO-2M型數(shù)顯光柵尺X軸不計(jì)數(shù)的修理[N];電子報(bào);2009年

5 記者 李雙藝 通訊員 李蓉;JC系列絕對式光柵尺研制成功[N];吉林日報(bào);2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 喬棟;高精度絕對式光柵尺測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

2 樓俊;變間距光柵設(shè)計(jì)、制作及其在位移傳感器中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

3 陳火耀;軟X射線全息平焦場光柵的研制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

4 金一;機(jī)刻光柵制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性與精度控制研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

5 李朝陽;變線距光柵單色器設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

6 楊超;大尺寸光柵刻槽誤差校正及在線監(jiān)測技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2015年

7 譚鑫;13.9nm光柵分束器及相關(guān)問題研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

8 林慧;極紫外多層膜光柵的浮雕襯底制作及衍射效率測量與分析[D];清華大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣麗雁;基于FPGA的光柵信號處理電路研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

2 陳智超;基于雙光柵尺的高速高精度跨尺度位移測量方法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

3 邱葭華;高速光柵電學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及細(xì)分技術(shù)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

4 李金艷;基于幅值采樣技術(shù)的光柵信號細(xì)分的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2013年

5 崔改;基于FPGA的光柵納米級細(xì)分IP核設(shè)計(jì)[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2013年

6 趙冠宇;光柵相位補(bǔ)償技術(shù)的研究[D];長春理工大學(xué);2009年

7 李天文;光柵自動測試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2005年

8 彭瑯;一種光柵尺細(xì)分技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(西安光學(xué)精密機(jī)械研究所);2011年

9 金暢;編碼器光柵同軸度自動調(diào)整系統(tǒng)研制[D];哈爾濱理工大學(xué);2014年

10 葉柏林;數(shù)字顯微細(xì)分技術(shù)在光柵計(jì)量中的應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2006年

，

本文編號：940425