金刚石刀具的圆柱母光栅微加工基础研究

精密长光栅作为高档数控机床中的核心部件,其制造能力和精度直接影响着数控机床的制造水平.针对纳米滚压印技术制备长光栅中的核心部件即圆柱母光栅的制造开展了深入研究,探讨了母光栅刻划用金刚石刀具的聚焦离子束(FIB)制备技术,以及微刻划过程中切削参数对圆柱母光栅加工质量的影响规律.研究发现,聚焦离子束加工单晶金刚石材料时会存在沟道效应,影响所制备的金刚石刀具及其加工母光栅的形状精度.从改善离子束束流分布的均匀性、FIB加工参数优化等角度建立了有效克服FIB加工沟道效应的方法.通过DEFORM有限元模拟实验和超精密母光栅刻划实验,优化金刚石刀具刀尖角和微刻划加工速度,研究了抑制母光栅加工中微尺度毛刺的有效方法,最终获得了高精度母光栅刻划结果.     

SCARA型精密装配机器人零位误差的校正

研究了ＳＣＡＲＡ型精密装配机器人零位误差校正技术，开发了精密装配机器人零位误差校正的软件，并进行了零位误差校正的实验     

基于透反式二维绝对零位光栅的光刻对准技术

在二维零位光栅原理的基础上提出了一种透反式二维零位光栅系统,从理论上分析了系统的可行性,并进行了对准性能的试验.实验数据表明透反式光栅系统比一般的光刻对准技术的对比度更强,判别零位的性能更好.该系统作为一种新型的掩模-硅片对准技术,应用于光刻机中可获得优于20 nm的定位对准精度.     

圆光栅误差分析与补偿方法实验验证

圆光栅编码器是近代角度测控系统的重要传感元件,它是以圆光栅为核心,采用莫尔条纹技术,将角位移转换成电脉冲信号的一种传感器,广泛应用于各种高精度角位移检测和控制系统中.随着我国机电一体化精密量仪、加工中心、数显数控机床和各种精密测试定位技术的发展,对光栅测量系统的精度和性能提出了更高的要求.该文总结了编码器装调过程中出现的问题,分析了圆光栅误差产生的原因,实验验证了补偿方法的合理性,从单读数头的pv值20",rms值7",提高到了pv值2.1",rms值0.49".     

扫描探针显微镜漂移的定量测量方法

对扫描探针显微镜(SPM)仪器漂移的定量测量的几种方法进行探讨,提出应用二维零位标记进行漂移测量.分析比较使用普通样品、周期二维光栅、二维零位标记和原子光栅在测定仪器漂移中的优缺点.结果表明:应用二维零位标记的测量技术对探针与样品形貌耦合引起的图像误差不敏感,漂移测量范围不受光栅单元尺寸影响.该方法优于采用普通样品和规则周期的二维光栅样品的方法,而应用原子光栅可以预计达到亚原子量级的超高精度的SPM漂移测量.     

绝对零位光栅——一种新型测量系统的检测元件

本文在普通增量式光栅测量系统工作原理的基础上,分析了绝对零位光栅测量系统的特点及二者之间的区别。文中重点论述了: 1.绝对零位光栅尺的结构特点和工作原理。 2.零位光栅线纹编码的基本要求。设计零位光栅时,确定各主要参数的原则。 3.绝对零位光栅尺的工艺分析。文中提出了评定绝对零位光栅尺质量的主要指标,同时指出了动态光刻绝对零位光栅尺所必需解决的一些特殊问题。 最后,对主要技术指标进行测试的结果证明本成果达到了预定的设计要求。     

精密和超精密加工技术的发展

精密和超精密加工技术的发展,直接影响到一个国家尖端技术和国防工业的发展,故世界各国对此都极为重视,投入很大力量进行研究开发,同时实行技术保密,控制关键加工技术及设备出口。随着航空航天、高精密仪器仪表、惯导平台、光学和激光等技术的迅速发展和多领域的广泛应用,对各种高精度复杂零件、光学零件、高精度平面、曲面和复杂形状的加工需求日益迫切。     

精密平面定位技术

针对精密平面定位影响因素多、控制复杂及定位困难等问题,提出了一种新的精密平面定位方法,该方法采用激光莫尔技术,以上下2组100 μm的衍射光栅作为定位标记,通过微机闭环控制,可实现X-Y-θ三自由度的全自动精密平面定位.2组光栅相位相差180°,构成差动光栅技术,可有效提高位置检测信号灵敏度及定位精度.系统在软、硬件方面采取的一系列抗干扰措施,确保了较高的定位精度及工作可靠性.实验结果表明,基于激光莫尔信号的精密定位装置可获得亚微米级的平面定位精度,对精密加工工程等领域具有重要的实用价值.     

感应同步器测角系统误差测试及补偿

工程实用的高精度感应同步器测角系统因安装及校准等条件的限制,有时难以应用圆光栅进行误差密集测补来提高精度。针对该问题研究了一种稀疏误差采样及补偿方法。在分析感应同步器测角系统误差特性的基础上,提出先测补零位误差引起的细分误差成分,再处理剩余细分误差的方式,给出了由棱体获取全面、有效零位误差的方法及应用稀疏误差数据补偿的具体过程。实验表明:应用该方法后某测角系统精度由最大误差峰峰值11.7″提升至2.9″。该方法零位误差剔除充分,实现了稀疏采样条件下感应同步器测角系统误差的全范围有效补偿。     

一种新颖的三维零位标记

提出了一种新颖的三维零位对准标记.采用特殊编码的平面零位光栅通过分束棱镜成像在两个相互垂直的平面内,通过调节保证两平面在共有方向的零位重合,从而在三维空间内形成一个完善的X-Y-Z方向的原点重合的绝对坐标系,克服了现有技术只能进行一维或二维平面定位而不能实现在三维坐标系上进行绝对定位的缺点.这种三维零位标记系统简单,可以实现纳米级精度的三维绝对零位.     

数控机床床身热变形临界点确定方法及应用

文章分析了机床床身热变形与光栅测量误差之间的相关性,提出了机床床身光栅安装线上单向热变形临界点概念和利用热变形临界点安装光栅的方法,研究了基于有限元分析的热变形临界点理论确定方法,用于确定床身单向热变形临界点位置,进而建立高精度的光栅测量系统误差补偿模型;为了验证该模型的有效性,搭建了实验装置进行机床热变形临界点的实测实验。实验结果分析表明,利用该确定方法确定的热变形临界点位置与实验确定的位置相差2.5mm,对光栅零位误差预测值影响仅0.1μm,对光栅示值误差预测值影响仅0.2μm。因此该确定方法可以确定实际机床的床身热变形临界点,并为后续不同结构的数控机床床身单向热变形临界点的确定、床身热变形误差附加影响的消除提供了一定的参考。     

高频响、高精度直线电机运动平台的研究与设计

机械设备中完成直线进给传动功能的非常广泛,随着高速、高精密设备的发展高频响、高精度直线电机运动平台直接驱动精密运动系统是近年来发展起来的一种新型进给传动方式,它消除了机械传动所带来的不良影响,极大地提高了进给系统的快速反应能力和控制精度,推动了高速、精密加工设备的发展。该文介绍了直线运动平台的组成,从直线电机、光栅传感器、机械结构几个部分阐述了设计方法和研究过程。经调试实现直线运动平台的位移控制、速度控制和输出力的控制。     

计量光栅的制造和检测方法

计量光栅作为一种精密位移的测量及传感元件广泛应用于计量、数字显示、数字控制等领域，有很高的分辨力。本文介绍了计量光栅的种类，重点介绍了计量光栅制造的主要方法以及衡量计量光栅质量的基本指标和基本检测方法。     

高精度长光栅动态检测的新方法

根据双频激光干涉测量原理，针对进口设备HP5528激光干涉仪不能进行动态检测的缺点，提出了一种改进HP5528激光干涉仪并实现高精度长光栅动态检测的新方法，论述了长光栅长度误差的检测和长光栅莫尔纹信号质量的检测，其中包括激光信息处理、信号采集、计算机接口和算法。该方法不仅可以检测光栅尺的精度，还可以通过信号分析了解光栅尺制造过程中的误差源对光栅尺制造精度的影响，也可以实现对磁栅、线纹尺等长度计量元件进行高精度动态测量。     

广义衍射光栅位移测量技术的研究

广义衍射光栅位移测量技术的研究邾继贵陶国智（天津大学精密测试技术及仪器重点实验室３０００７２）衍射光栅可用于位移的精密测量，但对光栅的质量有严格的要求，从而限制了它的应用。本文从理论上研究了采用一般表面作为广义衍射元件进行位移测量的技术，分析表明：该...     

动态零位触发器设计研究

本文介绍了圆光栅动态角度测量中的瞄准指示装置--动态零位触发器,基于双光束干涉原理,采用了两个性能参数严格相同的道威棱镜镀膜胶合作为分光棱镜.介绍了动态零位触发器设计中应该注意的问题.并结合圆光栅测角仪进行了实验研究,对23面正多面棱体进行了角度测量,和中国计量科学研究院的检定结果进行比较,说明此系统具有良好的测量精度和测量的重复性,以及设计的合理性和可行性.     

高频光电探测器的信号处理电路设计

利用光学进行精密测试已经成为现代测试技术领域中的主要方法之一。20世纪七十年代以来国内外主要发展以激光为中心的精密测试技术,特别是激光与计算机结合的近代光学测试技术。本设计的光电探测器主要用于以激光为照射源的增量式光栅测量系统信号接收,目的是将高频光信号转换为电信号再送入数据采集卡中进行后续处理。该电路主要包括信号的放大、去噪、加减运算等处理,同时提出了一些设计过程中需要注意的问题。     

用压电陶瓷实现精密工件台的微定位控制

以压电陶瓷微位移原理为基础，对精密驱动技术在精密定位工件台上的应用作了实验研究。设计了一个包括高压精密可调电源、压电微位移驱动器、作为反馈元件的光栅干涉仪、以及由ＩＢＭＰＣ机和单片机组成的控制系统。     

圆分度刻划精度达到了新的水平

为了发展我国的高精度仪器,满足国家科研生产上的需要,以及摸清国内刻划水平,中国仪器仪表学会光学仪器专业委员会和中国光学学会工程光学专业委员会于1979年底组织了光学度盘、圆光栅、长标尺和长光栅四种基础元件的全国刻划评比。我院参加了前二项评比     

长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究

基于耦合模理论对长周期光纤光栅的光谱特性进行了理论分析,推导出传输率、谐振波长等公式;利用精密步进电机和高频CO2激光器,设计采用高频CO2激光脉冲三束对称逐点写入技术,在普通通信单模光纤中成功地进行了长周期光纤光栅的制备研究.