二元光学激光直写设备传动系统结构设计与分析

摘要

激光直写是衍射光学元件的一种先进制作技术,激光直写设备是采用激光直写技术制作衍射光学元件并开展其研究的物质基础.本文基于中科院长春光机所研制的四轴激光直写设备开展了对其Y轴传动系统的分析研究,可以为相关高精度传动系统的设计和检测提供重要的依据.本文以二元光学激光直写设备Y轴功能要求和设计指标为基础,提出了该传动系统的总体结构设计方案,并与其它高精度传动方案进行了比较.该传动系统设计方案可以满足长行程、定位精度为亚微米级精度的传动指标要求.同时,对传动系统各个传动环节也提出了具体的结构设计方案,解释了滚珠丝杠副、空气静压导轨、丝杠导轨连接等多个传动环节结构设计的具体思路.对于开展类似结构设计工作,有实际借鉴意义.对于所提出的传动系统的具体结构,本文也简单地进行了结构性能指标分析.对于该传动系统的最小位移灵敏度、定位精度的影响因素、系统刚度及固有频率都进行了细致的计算,肯定了所提出的结构设计方案.精度检测环节对于评价设计的优劣是至关重要的,本文也对该传动系统的精度检测过程作了详尽的陈述.介绍了HP5528A双频激光干涉仪、高精度电感测微仪、标准平晶等检测工作中使用的主要检测仪器.重点阐述了传动系统位移灵敏度、导轨直线度、传动系统定位精度的检测过程和检测结果.并简单地评价了检测结果.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1本课题的来源

1.2开展二元光学激光直写设备传动系统研究的意义

1.3激光直接写入设备发展概况

1.4本文的主要研究内容

第二章传动系统总体结构方案分析

2.1二元光学激光直写设备总体结构介绍

2.1.1机械系统

2.1.2电控系统

2.1.3光学系统

2.2传动系统性能指标要求

2.3传动系统总体方案的确定

2.3.1传动系统的机械结构

2.3.2传动系统的运动控制

2.4总结

第三章传动系统结构设计

3.1滚珠丝杠传动机构设计

3.1.1滚珠丝杠副的选取

3.1.2滚珠丝杠的安装方式

3.1.3滚珠丝杠的支承

3.1.4滚珠丝杠副的预紧

3.1.5丝杠导轨连接结构设计

3.2空气静压导轨结构设计

3.2.1导轨受力分析

3.2.2导轨结构形式的选择

3.2.3其他提高导轨刚度的措施

3.2.4导轨材料的选择

3.3联轴节设计

3.4柔性铰链机构设计

3.5其他辅助结构设计

3.6小结

第四章传动系统性能指标分析

4.1传动系统最小位移分辨力分析

4.2传动系统开环定位误差分析

4.2.1由丝杠螺母机构综合拉压刚度变化所引起的定位误差

4.2.2由丝杠导轨安装平行误差引起的定位误差

4.2.3由止推轴承轴向跳动引起的定位误差

4.3光栅尺安装误差对系统闭环定位精度的影响

4.4传动系统动态特性分析

4.4.1丝杠—工作台纵振系统的最低固有频率计算

4.4.2传动系统最低扭振频率的计算

4.4.3空气静压导轨的固有频率计算

4.5小结

第五章传动系统精度检测

5.1传动系统最小位移分辨力的检测

5.1.1 HP5528A双频激光干涉仪简介

5.1.2检测过程及结果

5.2.1检测工具

5.2.2测量过程及结果

5.3传动系统定位精度的检测

5.4小结

第六章总结

参考文献

在读期间发表和待发表的论文

致谢

长春光学精密机械与物理研究所硕士学位论文原创性声明