面向光柵制造的宏微超精密進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、大型光學(xué)系統(tǒng)及高端科學(xué)儀器對(duì)我國科學(xué)研究、國防安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)民生等各領(lǐng)域的進(jìn)步和發(fā)展具有極其重要的作用。大面積、高精度衍射光柵則廣泛應(yīng)用于光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡、慣性約束激光核聚變(ICF)裝置、大型光刻系統(tǒng)和高分辨率中階梯光柵全譜儀等場(chǎng)合。大面積、高精度光柵具有刻劃幅面寬、行程長、刻槽結(jié)構(gòu)復(fù)雜、槽形精度要求苛刻等特點(diǎn)，決定了機(jī)械刻劃的制造加工方式。光柵刻劃機(jī)要求在幾百毫米的行程范圍內(nèi)，完成每毫米內(nèi)幾千甚至上萬道刻線的刻劃，并且保證很高的

2、加工精度。同時(shí)，光柵質(zhì)量與光柵刻線形態(tài)密切相關(guān)，而光柵刻線是由毛坯位置和刻刀位置共同決定，這就需要一套性能良好的超精密進(jìn)給系統(tǒng)來完成對(duì)光柵毛坯在分度方向上的定位。
　　針對(duì)光柵刻劃的特殊需求，確定了宏微驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給方式。分度系統(tǒng)的位移進(jìn)給包括宏微驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、位移測(cè)量反饋系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)三個(gè)方面，針對(duì)分度系統(tǒng)的二級(jí)驅(qū)動(dòng)模式，分析了宏驅(qū)動(dòng)的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)和微致動(dòng)的壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響，并從狀態(tài)空間角度，分析了光柵

3、刻劃機(jī)二級(jí)傳動(dòng)控制模型的可控性和可觀性。由于宏微驅(qū)動(dòng)的長傳動(dòng)鏈造成的剛度不足和間隙等問題，分析了在系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的爬行現(xiàn)象與影響爬行的剛度、質(zhì)量、摩擦系統(tǒng)、阻尼之間的關(guān)系。
　　光柵刻劃機(jī)微致動(dòng)平臺(tái)承載光柵毛坯實(shí)現(xiàn)分度方向上的位移進(jìn)給，其定位精度直接影響著光柵的加工質(zhì)量。微致動(dòng)系統(tǒng)是基于柔性鉸鏈的柔性機(jī)構(gòu)，論文中對(duì)不同形狀柔性鉸鏈進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)柔性簧片進(jìn)行了理論建模，基于半梁模型對(duì)微致動(dòng)系統(tǒng)的剛度進(jìn)行了分析，研究了鉸鏈參數(shù)

4、以及光柵毛坯質(zhì)量對(duì)平臺(tái)剛度的影響;同時(shí)，對(duì)微致動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，分析系統(tǒng)主要參數(shù)對(duì)模態(tài)的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)微致動(dòng)平臺(tái)關(guān)鍵零件柔性鉸鏈的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。
　　高定位精度要求的微致動(dòng)平臺(tái)，需要相應(yīng)的控制系統(tǒng)。為了得到更適于光柵刻劃進(jìn)給系統(tǒng)的控制策略，就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)，從而獲得相關(guān)參數(shù)。根據(jù)辨識(shí)模型的復(fù)雜性，和微致動(dòng)平臺(tái)本身的非線性和時(shí)變性等因素，需要控制算法在運(yùn)行過程中具備一定的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)特性。因此文中分析了基于單神經(jīng)元