平面衍射光栅刻划机

目前,绝大部分使用的平面衍射光栅,是在光栅刻划机刻出的光栅上复制出来的复制光栅.因此,由光栅刻划机刻出的光栅叫原刻光栅或母光栅.光栅刻划机是制造光栅的最主要设备.由于衍射光栅有精度要求高(一般在0.01微米数量级),刻划周期长(一般约五昼夜)的特点,光栅刻划机以及机器所处的条件必需与之相适应.我们已设计制造成功四台平面衍射光栅刻划机,机器所需恒温、隔振条件也已解决,现正着手设计第五台光栅刻划机,下面谈几点体会.     

凹面衍射光栅刻划机

长春光机所于1979年研制了一台凹面光栅刻划机,可刻划光栅面积为70×90毫米²,每毫米可刻划600、1200、2400条线的凹面光栅。1980年末刻出半径为0.35米的Ⅰ型试用光栅,1981年刻出半径为1米的Ⅰ型试用光栅。     

国内衍射光栅刻划机概况

本文介绍了目前国内已制成的衍射光栅刻划机的概况,同时也介绍了它们所刻光栅的质量。国内刻机有机械型、光电型及间歇刻划、连续刻划方式。在正常刻划的刻机共有15台。所刻光栅最大面积到150×180mm²,刻线密度从50到2400线/mm。     

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。     

衍射光栅刻划机拉簧减振基础

本文介绍了北京第二光学仪器厂一台能刻宽100毫米的衍射光栅刻划机的减振基础的具体结构及其实用效果。该基础用拉力弹簧为弹性元件,其自振频率在垂直方向为1.5赫兹,在水平方向为0.77赫兹,阻尼衰减系数分别为0.18和0.09,该基础距厂内主干道仅约15米,机器可正常刻制30线/mm至1200线/mm的光     

衍射光栅刻划机的高精度开环定位系统

本文介绍以８０３１单片机为核心研制成的衍射光栅刻划机的开环控制的高精度定位系统。系统中采用了光栅干涉仪、程控放大器、干涉条纹细分和马达分级调速等方法,本系统既具有闭环控制的高精度特点,又具有开环控制简单、易操作等优点。实用表明：该系统控制的刻划机的定位精度σ＝３．６ｎｍ,最大定位误差为１４．６ｎｍ。     

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。     

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。     

衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。     

衍射光栅机械刻划成槽的预控试验

由于目前机械刻划衍射光栅加工仍依赖操作者经验,故存在成槽质量差、无法预控等问题.本文结合铝薄膜蒸镀工艺现状,采用X射线衍射法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)及纳米压痕实验揭示不同薄膜样本的微观结构与力学属性,提出了制作衍射光栅的“薄膜分类试刻法”.研究结果表明,光栅刻划过程可近似等效为楔体下压过程,对“低弹性模量类”薄膜,可采用滑移线场进行解析求解并一次试刻成槽;对“弹塑性类”薄膜,可采用有限元模拟实验进行成槽预控.该方法可预先对薄膜甄别分类,用不同的计算方法确定不同种类薄膜的工装参数,进而刻划出近乎完美的槽形;同时减少了试验刻划耗时与浪费,提高了成槽质量与刻划效率;为刻划更加精密的光栅奠定了基础.     

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。     

美国基特峰天文台的衍射光栅刻划机

美国基特峰国家天文台(Kitt Peak National ObserVatory)的衍射光栅刻划机是一台干涉控制连续刻划光栅刻划机,它是美国麻省理工学院(M. I. T)哈里逊教授(G. R. Harrison)的第三台机器,于1973年转到天文台.     

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。     

大型衍射光栅刻划机微定位系统控制器设计

针对衍射光栅刻划机开环控制的定位精度不能满足指标要求的问题,在刻划机已有的状态和结构下,设计了微定位系统的控制器。首先,介绍了衍射光栅刻划机,分析了微定位系统及其定位精度指标。然后,运用系统辨识的方法,设计了微定位系统的扫频实验,建立其数学模型。接着,提出了在已有数学模型的基础上,运用实际测量数据和MATLAB/Simulink软件仿真试凑来设计控制器的方法,并设计了满足精度指标要求的控制器。最后,将设计的控制器应用于微定位系统并进行模拟刻划实验,实验结果可知:所设计的微定位系统控制器定位精度基本满足指标要求,其中峰-峰值小于40 nm,RSM值总体略大于2.8 nm。     

衍射光栅机械刻划工艺理论分析与实验研究

目前,“试刻划”加工光栅的工艺模式耗时长、效率低,且机械刻划光栅的槽形无法准确预控。通过纳米压痕实验对光栅刻划铝薄膜的微观结构及力学性能进行了表征,采用DEFORM有限元分析软件并结合正交试验对成槽过程进行了研究,通过对数据进行极差分析和单因素影响规律实验分析,建立了槽底角数学工艺模型。研究结果表明,光栅刻划过程可转化为楔体下压过程,基于有限元模拟实验的槽底角数学工艺模型可用。     

衍射光栅机械刻划成槽过程中的应力拓扑分析

衍射光栅机械刻划属于超精密刻划,其刻划过程是利用金刚石刻刀对铝膜材料进行的多线顺序刻划。由于光栅槽面精度要求较高,而光栅槽面精度与其表面应力分布有很大关系,为此我们以衍射光栅为研究背景,通过CATIA对金刚石尖劈刀进行三维建模并利用缩小比例功能在DERORM-3D中建立衍射光栅机械刻划的有限元仿真模型,以更好地分析衍射光栅机械刻划过程中光栅槽面的应力分布情况,揭示衍射光栅机械刻划过程中槽面的弹塑性变形规律,为提高槽形质量提高依据。     

高精度径向光栅刻划机

利用照像法生产径向光栅的一种刻划机已按照Butch叙述的原理创造出来了。这种刻划机利用从一对已有的径向光栅获得的莫尔条纹信号来控制制造有相同刻度的,但精度被提高了的光栅。反复使用这种方法已生产出刻线误差小于0.2秒的第二代光栅。     

光栅刻划机高精度丝杠的研磨

多年来,我们已经研制出一批高精度丝杠,已分别安装在长春光机所和北京、上海、天津等地光学工厂的光栅刻划机上,这些光栅刻划机都刻制出了质量优秀的光栅。这些经仔细修研的高精度分距丝杠,其精度实测结果为:周期误差小于0.02微米;累积误差在200毫米内小于0.16微米;螺纹与两端轴颈的不同心度小于0.1微米;丝杠两端轴颈的不同心度小于0.15微米。制造这些高精度丝杠时,在分距丝杠的设计、丝杠材料的选择、丝杠的热处理、丝杠的机械加工、丝杠的研磨和丝杠的检验等     

我国大型高精度衍射光栅刻划系统项目实施

日前,由国家光栅制造与应用工程技术研究中心申请的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统”获得财政部批准,支持经费超过1亿元。     

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。