衍射光栅刻划机机械结构优化与定位控制研究

摘要

机械刻划方式是目前制造某些大面积高精度衍射光栅母板的唯一方式,光栅刻划机的机械结构与控制技术决定了光栅刻划机刻划出的光栅的尺寸与精度。因此,光栅刻划机机械结构优化和控制系统研究是提高光栅性能的关键技术问题。光栅刻划机的定位精度和刻划系统运动特性是影响光栅性能的主要因素。本文运用CAE技术研究了刻划系统的机构及结构优化和分度系统的结构优化和控制方法,具体工作和结果如下:
　　(1)分析了曲柄滑块式和圆弧过渡等速凸轮两种刻划机构的刀架的运动学特性。针对其缺陷,提出了两种实现刀架刻划过程中匀速且全程速度和加速度连续方案:设计了五次多项式作为过渡曲线的凸轮、一种电子凸轮。从理论计算和CAE技术验证了优化设计效果。
　　(2)分析了分度系统蜗轮转动惯量对其传动效果的影响,以蜗轮结构刚度和转动惯量为目标函数,蜗轮结构尺寸为设计变量,运用Pro/E参数化建模技术、ANSYS有限元分析软件和正交试验法进行了多目标优化设计。对优化结果进行了再建模分析,结果显示蜗轮刚度增加、转动惯量下降。
　　(3)对刀桥进行了CAE模态分析,以提高固有频率和降低振型最大位移为目标对其结构作了修改,使刀桥抑制振动的能力得以提高。
　　(4)建立了宏定位系统的拉杆-定位平台、微定位系统的动力学模型,分析了其响应特性。针对拉杆-定位平台系统超调严重、调整时间长和微定位系统振荡激烈问题提出了参数修改方案,并设计了微定位系统 PID闭环控制,仿真结果显示两系统响应特性得以改善。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状和发展趋势

1.4 本论文的主要研究内容及结构安排

第二章 光栅刻划机机械结构与控制优化方法研究

2.1 引言

2.2 光栅刻划机工作原理

2.3 光栅刻划机结构优化设计综述

2.4 大面积高精度光栅刻划机定位系统的控制策略

2.5 光栅刻划机机械结构优化与定位控制拟研究问题

2.6 本章小结

第三章 光栅刻划机传动系统优化设计

3.1 引言

3.2 刻划系统的优化设计

3.3 分度系统之蜗轮结构多目标优化

3.4 本章小结

第四章 光栅刻划机刀桥结构的改进

4.1 引言

4.2 刀桥模态分析

4.3 刀桥结构改进

4.4 本章小结

第五章 光栅刻划机定位系统建模与控制研究

5.1 引言

5.2 宏定位系统的建模

5.3 微定位系统的建模

5.4 微定位系统PID控制器设计

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要研究工作

6.2 后续工作展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况