發(fā)展計劃含重大科學(xué)計劃項目申請書編寫提綱

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（含重大科學(xué)研究計劃）項目申請書編寫提綱項目摘要（1,000字左右）

簡述項目所面向的國家重大需求、擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題、主要研究內(nèi)容和目標(biāo)、課題設(shè)置。申請書正文（30,000字左右）一、立項依據(jù)項目所面向的我國經(jīng)濟(jì)、社會、國家安全和科學(xué)技術(shù)自身發(fā)展的重大需求，項目研究的科學(xué)意義，對解決國家重大需求問題的預(yù)期貢獻(xiàn)等。衍射光柵（diffractiongrating，通常簡稱為“光柵”）是一種核心的光學(xué)元件。衍射光柵通過有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，使入射光的振幅或相位（或兩者同時）受到周期性空間調(diào)制。衍射光柵在光學(xué)上的最重要應(yīng)用是作為分光器件，常被用于單色儀和光譜儀上。實際應(yīng)用的衍射光柵通常是在表面上配置著密集、等間距的線、縫、槽或光學(xué)性質(zhì)變化物質(zhì)的平板。按照工作方式分類，可分為透射光柵和反射光柵兩大類。起初衍射光柵的主要用于實現(xiàn)復(fù)色光的空間分離。近年來，隨著微加工技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，光柵的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。借助衍射光柵，人們分辨出肉眼無法鑒別的物質(zhì)，在生產(chǎn)、通訊、科研等方面有著重要應(yīng)用。如應(yīng)用于單色儀、光譜儀、分析設(shè)備、顏色測定儀、生產(chǎn)工藝控制、質(zhì)量控制、目標(biāo)確定等方面。隨著微加工技術(shù)在微光學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了依托光柵的偏振器、光波導(dǎo)、窄帶濾波器、分相位衍射元件等新的微光學(xué)器件，其應(yīng)用范圍也開始從光譜學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到計量科學(xué)、光通信、X射線天體物理學(xué)、實驗力學(xué)、裝飾、防偽等諸多領(lǐng)域。光柵通常是利用光柵刻劃機(jī)在鍍有鋁膜的玻璃毛坯上每mm刻劃出不同線數(shù)的槽來獲取的，常用的光柵一般為300g/mm、600g/mm、1200g/mm、1800g/mm等。隨著刻劃技術(shù)的發(fā)展，對光柵刻劃密度要求越來越高，具文獻(xiàn)資料顯示，目前世界上可刻劃出的最高刻線密度的光柵為：10800g/mm，并且定位精度可達(dá)5nm。在刻劃光柵時，一般要求刻劃的偶然誤差小于1/10光柵常數(shù)、周期誤差小于1/100光柵常數(shù)，用干涉方法檢驗波面差必須小于1/3條紋。 近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，特別是一些大型高技術(shù)工程項目的陸續(xù)開展，對衍射光柵的技術(shù)性能提出了更高的要求。而且，能否獲取適用的大面積衍射光柵，已經(jīng)成為影響某些大型高技術(shù)工程項目成敗的關(guān)鍵。同時，由于這些大工程項目對大面積衍射光柵的迫切需要，使研制大面積衍射光柵成為國際光柵領(lǐng)域的重大課題之一。對大面積衍射光柵的需求主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1）天文物理學(xué)方面 眾所周知，為了更好地滿足人類探索宇宙空間的需要，天文望遠(yuǎn)鏡的口徑正在不斷增大。隨著光學(xué)加工技術(shù)、自適應(yīng)理論及微定位技術(shù)和拼接技術(shù)的發(fā)展，天文望遠(yuǎn)鏡的口徑己由原來的直徑不到lm發(fā)展到現(xiàn)在的直徑超過10m甚至更大。衍射光柵是天文望遠(yuǎn)鏡附屬光譜分析儀的核心元件，因此它的面積必須相應(yīng)地隨之增大。如美國舊金山州立大學(xué)(SanFranciscoStateUniversity)的喬夫瑞·莫西(GeoffreyMarcy)和澳大利亞的波爾·巴特勒(PaulButler)等人在1998年八月份宣布，他們利用一種新型高分辨率Echelle光譜儀，探測到太陽系以外未知行星的數(shù)目已達(dá)到12個。這個高分辨率光譜儀使用了由三塊的階梯光柵。美國德克薩斯大學(xué)計劃研制300英寸的天文望遠(yuǎn)鏡，其附屬光譜儀需要衍射光柵的尺寸為。表1所示為世界上其它一些大型天文望遠(yuǎn)鏡附屬光譜分析儀所需衍射光柵的尺寸。這些需要大大加速了國際光柵界探索研制大面積衍射光柵技術(shù)的進(jìn)程。表1大型天文望遠(yuǎn)鏡附屬光譜儀的衍射光柵尺寸置望遠(yuǎn)鏡名稱緊及國家千KECK容涼SUBAR巖U覽JAPAN持ESO盜EUROP宗E商VLT抬CHILE嫂HET泳輪LAMOS伐T蝦CHINA土主鏡口徑（泛m）泡10梅8塑8墻8佛9國4郵光譜儀器直粱鏡焦比購F/13.釣7菠F/10杰F/15纖F/10趕F/8衣F/5顫光柵面積（禁） 我過研制“大天區(qū)面積多目標(biāo)天文望遠(yuǎn)鏡”(LAMOST)，配置了多臺低、中、高分辨率的光譜儀同時觀測4000個目標(biāo)，需要64塊大面積衍射光柵。 2)同步輻射光束線工程的需要 同步輻射是當(dāng)電子或離子在磁場中加速到接近光速時，沿軌道切線方向產(chǎn)生的一種電磁輻射，其光譜是連續(xù)的，且可延伸到很寬的波長范圍。同步輻射光源被認(rèn)為是性能最好的軟X射線源之一，它廣泛地應(yīng)用于短波長、準(zhǔn)連續(xù)、高劑量的實驗中。同步加速器輻射光源的問世，給高分辨率光譜分析帶來了巨大的變化。因其光路多為掠入射，因此要求較大面積的衍射光柵，并且衍射光柵的損耗特別大，衍射光柵需要定期更換。 3)激光核聚變項目的需要 當(dāng)今國際上，能否充分利用被譽為取之不盡的新型能源—核能源，己經(jīng)成為一個國家綜合實力尤其是高科技實力的體現(xiàn)。我國已經(jīng)正式簽署了全面禁止核試驗的國際公約，向全世界鄭重承諾不在野外進(jìn)行核彈實驗，但對于一個有核的國家，對于核技術(shù)的研究、掌握和控制是非常重要的。認(rèn) 何世界上幾個燒發(fā)達(dá)國家己貨經(jīng)將核技術(shù)照的研究實驗寄轉(zhuǎn)入室內(nèi)進(jìn)持行，如美國主的LLNL冰(戚Lawre灘nceL晝iverm租oreN折ation商alLa芝borat攤ory)直國家實驗室怕，在激光核李聚變項目上牙，使用了大借面積衍射光匹柵來對激光軍脈沖進(jìn)行時競間和空間上量壓縮，利用抱壓縮后獲得蘋的高能激光蟲束轟擊靶心嗽來產(chǎn)生核聚融變，他們所熱用衍射光柵位的面積己經(jīng)聲達(dá)到牛之大，取得絕了滿意的效低果。能否獲張取大面積的皮衍射光柵已悔經(jīng)成為這些寒項目成敗的昂關(guān)鍵之一。葵 曠由此可見，賄能否制造招大面積夜、高刻劃贈密度卷的掃衍射光柵莫，對于一個玩國家的科學(xué)培技術(shù)的發(fā)展菊起著至關(guān)重宜要的作用憶，也是一個如國家高科技隙實力的體現(xiàn)砌。斤 獄若碗想獲得大面濕積衍射光柵聞，最容易想渴到的方法就驗是利用光柵廊刻劃機(jī)來刻迫制略，自哈里森克(Harr尚ison)登和斯楚克(狂Strok坦e)將干涉家光電技術(shù)成箏功地用于控籮制衍射光柵礎(chǔ)的刻劃過程胃后，由于近秧代高精度機(jī)之械加工設(shè)備趣的出現(xiàn)及加庭工技術(shù)的發(fā)資展，使得研匪制高精度、使大行程衍射傷光柵刻劃機(jī)兵成為可能。廚目前，我國提長春光機(jī)所貸研制的2號掘光柵刻劃機(jī)吼，籠能拘夠板刻劃的衍射廳光柵的最大杯面積為猴，示最高刻線密隊度為:20腸00g/m僵m,費這危是我國采用沙光柵刻劃機(jī)蓮能夠刻劃的榨最大面積摟。爽美國理查森大光柵實驗室追(Rich牙ardso拋nGra嬸ting灣Labor級atory蓄)所研制的勤MIT-B寬型光柵刻劃獸機(jī)可以刻制掌出烤衍射光柵的劇最大面積為辜，這是目前送世界上利用匠刻劃機(jī)所能魂刻制出的最兩大面積的紹刻劃餅光柵。饅而日本的日令立公司也擁膽有光柵刻劃湖機(jī)，攪并有最高的棒刻劃技術(shù)船，其可刻劃皇的最高密度陜超過切10000灘g/mm烏，而定位精貫度可達(dá)5n城m。況由此可見址，我國的光腫柵刻劃技術(shù)盞與美國、日繞本等發(fā)達(dá)國揪家相比還有宮很大返差距。為了磁滿足空天地捎等大型項目觸對大面積高反精度衍射光混柵的需要，卵必須陶加大對刻劃銅大面積光柵秤、高刻線密御度的光柵刻猾劃機(jī)的研究而力度挑。早 譽于此同時，蘿由于校光柵刻劃機(jī)存要求在幾百瓶毫米的范圍劈內(nèi)刻劃超過經(jīng)幾千槽每毫浙米的刻槽，鍋且定位精度介在10nm津以內(nèi)響。閥所以光柵刻瀉劃機(jī)在刻槽辦間隙方向的希定位技術(shù)屬茅于大行程納炒米級的超精拴密定位技術(shù)丈。難因此，對刻撫劃大面積、沿高刻劃密度楊的光柵刻劃根機(jī)的研究，掙另一方面也秀可以促進(jìn)大衛(wèi)行程納米級比定位技術(shù)的洪研究，從而悠推動微電子弄制造、光電敢測量儀器、將各種超精密截加工等領(lǐng)域豆的發(fā)展，也上從另一方面賣提升我國的遵綜合實力。階二、番過國內(nèi)外研究未現(xiàn)狀和發(fā)展絕趨勢軍國際最新研射究進(jìn)展和發(fā)邊展趨勢，國鴨內(nèi)研究現(xiàn)狀儀和水平，相沒關(guān)研究領(lǐng)域寺取得突破的菌可能性等。狐光柵刻劃機(jī)更被稱為沉“物精密機(jī)械之甘王狠”刪，世界上除爬了美國、日赴本、法國、澆德國、英國忍、瑞士和俄敏羅斯等國家烘擁有光柵刻茫劃機(jī)之外，蜓中國是唯一汪一個擁有光框柵刻劃機(jī)的舍發(fā)展中國家盒。其中，美陶國Ric冤hards條on光柵鐮實驗室和日鬼本Hit色achi望公司所研制乞的光柵刻劃泰機(jī)處于世界眠的領(lǐng)先水平食。米美國的光柵鮮刻劃機(jī)研究漆現(xiàn)狀現(xiàn)目前，美國底Rich飄ardso疾n光柵實鋼驗室共有滑3臺光柵訊刻劃機(jī)全日堡運行，每年外都會生產(chǎn)出枯大量的高質(zhì)夜量光柵。這沉3臺光則柵刻劃機(jī)分券別是：Mi餅chels隔on刻劃場機(jī)、Man甲n刻劃機(jī)佳和MIT-僚B刻劃機(jī)。欄墳Miche未lson刻悅劃機(jī)久1947年隆，Baus說ch&襯Lomb從號美國芝加哥星大學(xué)獲得他兩們的第一臺截光柵刻劃機(jī)庫。這臺光柵泥刻劃機(jī)最初那是由Mi回chels紛on于1趨910年愿代設(shè)計，后故來被Ga數(shù)le改造。壘在經(jīng)過進(jìn)一鏟步的改良之請后，這臺光河?xùn)趴虅潤C(jī)的變性能得到了宇極大的提升躍。并連續(xù)生莊產(chǎn)了大量的脂高質(zhì)量的最確大刻劃面積回達(dá)楚蜓的光柵。雷Miche洗lson藏刻劃機(jī)最初寄設(shè)計的時候深采用了一個胡適當(dāng)?shù)臋C(jī)械但修正凸輪來吼導(dǎo)出絲桿的怕誤差，并通牌過一套干涉繳儀系統(tǒng)進(jìn)行年繪制。在所1990福年，這套系觀統(tǒng)被一套基喂于激光干涉坡儀的數(shù)字計您算機(jī)伺服控慕制系統(tǒng)所取浮代。Mic弊helso惱n刻劃機(jī)淋能夠刻劃的館光柵的刻劃鍵密度范圍非隨常大，最低拒的刻劃密度鍋為：諒，最高的刻便劃密度可達(dá)牢。液Mann過刻劃機(jī)欺Mann刻催劃機(jī)最初是俊由美國馬薩榨諸塞州的M言ann公司受的Davi線dW.建件造的。從1婚953年開祝始，這臺光奉柵刻劃機(jī)就蔽開始生產(chǎn)光橫柵了。Ba帝usch柏&Lom枕b采用Ha滑rriso政n光柵實驗?zāi)业腗I活T9光柵刻鋪劃機(jī)的技術(shù)味為Man攜n匯刻劃機(jī)裝備抽了一套干涉淡伺服控霞制系統(tǒng)。M笛a(bǔ)nn刻科劃機(jī)可以刻徐劃最大面積副為裹的光柵，琴幾乎無法檢紫測到鬼線，寺而且分辨率懇接近理論值運。鴨即使絲桿的炒加工精度達(dá)豎到可以達(dá)到恩的最高的精汪度，螺紋和茅軸承仍然會賴有殘留誤差剛。在生產(chǎn)高倚質(zhì)量的光柵編的時候，必窗須對這些誤緊差進(jìn)行補(bǔ)償找，所以M督ann摧掘刻劃機(jī)采用牙了一套自動塊干涉儀伺服清系統(tǒng)。在對書每條刻槽進(jìn)芹行刻劃的時佳候，該系統(tǒng)模不斷地對光似柵工作臺進(jìn)究行調(diào)整，使械其保持在正襲確的位置。類事實上，這積個伺服系統(tǒng)游相當(dāng)于一根偉完美的絲桿賓。蓮MIT-B糊刻劃機(jī)券MIT-B災(zāi)刻劃機(jī)是糊由美國H劑arris錘on光柵吹實驗室建造目，并于1榴968年會搬到美國的曾羅契斯特市通，在刻劃平魂面光柵時，認(rèn)MIT-B乖刻劃機(jī)可甚獲得Ha杠rriso恩n光柵實幕驗室中所有催刻劃機(jī)的最粥高精度。最曬大刻劃面積哈達(dá)但，刻劃密揪度的范圍是急：梢。MIT-著B刻劃機(jī)泊采用兩個頻圖率穩(wěn)定的激賓光干涉儀進(jìn)歪行刻劃控制搶，不但可以努對工作臺分懲度方向的位慶置進(jìn)行正確娛控制，同時留還可以矯正萬工作臺擺角速誤差。這臺虜刻劃機(jī)所刻巡劃的光柵分襯辨率接近理桶論值，幾乎押消除了羅蘭嫩鬼線，同時籍雜散光也非棚常弱。除此蘆之外，這臺綠光柵刻劃機(jī)疼還能刻劃出純非常好的中闊階梯光柵。劣MIT-B欣刻劃機(jī)實物劣如圖所示?？蒑IT-B抵刻劃機(jī)實物益日本的光柵制刻劃機(jī)研究鍛現(xiàn)狀摩1992年賭，日本Hi對tachi筑公司成功研封制了一臺可擇以刻劃大面革積、高刻劃秋密度的光柵胳刻劃機(jī)，該穿光柵刻劃機(jī)南采用一個閉綠環(huán)控制系統(tǒng)短對實現(xiàn)工作報臺微位移驅(qū)鄭動和實現(xiàn)工單作臺大行程夠運動的絲杠面螺母機(jī)構(gòu)進(jìn)咐行混合驅(qū)動傍，實現(xiàn)連續(xù)扯運動-間以歇刻劃的刻肌劃方式。最炭大刻劃面積代為：舉，最高刻劃味密度為：刪。穿圖為Hi在tachi乎公司1牧992年乖研制刻劃機(jī)言的布局圖，市圖為該廳刻劃機(jī)的實臘拍照片。因年為在刻劃光章柵時需要對命溫度進(jìn)行嚴(yán)債格的控制，結(jié)所以，刻劃逐機(jī)的主要部扔分被安放在素一個溫度被顫穩(wěn)定控制在年棕范圍內(nèi)的偷房間內(nèi)?？谭竸潤C(jī)下面的霉地板是由搜4個空氣待波紋管支撐知，從而隔離摩外部的震動闊。一些會產(chǎn)叢生熱量或者蝴震動的設(shè)備踢：計算機(jī)、秒控制系統(tǒng)和篇主直流電機(jī)揉等都被放在飲了房間的外申面。擋日本Hit擠achi公豆司1992鬼年刻劃機(jī)桃原理布局圖稼在設(shè)計工作召臺時，Hi捉tachi添公司的研刮究人采用了顯一種比較新遇的設(shè)計概念償，將工作臺充分為上層臺慎和下層臺，仗如圖讓？？帳所示。下示層臺和傳統(tǒng)雞的工作臺相旁似，通過絲雖桿螺母機(jī)構(gòu)弊驅(qū)動在導(dǎo)軌限上移動，從裝而實現(xiàn)分度閱方向上大行盡程的移動。協(xié)上層臺則是郵通過四個彈筍簧片支撐，挪安裝在下層衫臺的上方，嘗上層臺可以積在分度方向遣無摩擦地移雨動，光柵毛煉坯安裝在上維層臺上，這積樣的設(shè)計可熄以提高光柵圾毛坯在分度誦方向的動態(tài)榜特性，在幾悶十納米范圍匠內(nèi)準(zhǔn)確快速姻地定位，并循且不會因為絹不穩(wěn)定因素奪。在上層臺籍和下層臺之黃間安裝一個脖壓電陶瓷，扒驅(qū)動上層臺匠相對于下層帽臺在分度方逮向微位移移晉動。在刻劃伍的過程中，笛下層臺以恒鑰定速度進(jìn)行滿分度，在落醫(yī)刀刻劃時，扣壓電陶瓷驅(qū)寬動上層臺以消大小相等方鈴向相反的速些度移動，從恨而保持刻劃藍(lán)時，光柵毛升坯相對于刀失橋靜止，如遇圖辯？？協(xié)所示。玻圖羅？？躍是Hita脫chi公司壯1992年咱刻劃機(jī)的控丈制系統(tǒng)框圖惕，該控制系布統(tǒng)由一個計床算機(jī)中編程燒實現(xiàn)的順序案控制系統(tǒng)、字兩個反饋控蛾制環(huán)和作為還驅(qū)動器的一胸個壓電陶瓷霉機(jī)一個伺服暗電機(jī)組成。持日本Hit潤achi公咐司1992鄙年刻劃機(jī)箏主要部分實福物旦日本Hit慧achi公娛司1992廉年刻劃機(jī)梳工作臺設(shè)計持原理圖鄙日本Hit博achi公極司1992女年刻劃機(jī)娛工作臺位移愚原理詞圖課？？妨是Hita上chi公司款1992年甘刻劃機(jī)的控突制系統(tǒng)框圖爽，該控制系滿統(tǒng)由一個計述算機(jī)中編程止實現(xiàn)的順序蹄控制系統(tǒng)、學(xué)兩個反饋控閱制環(huán)和作為蕩驅(qū)動器的一蚊個壓電陶瓷排機(jī)一個伺服喊電機(jī)組成。妄日本Hit遺achi公安司1992君年刻劃機(jī)餅控制系統(tǒng)框丘圖睜國內(nèi)的光柵辮刻劃機(jī)研究初現(xiàn)狀包目前，國內(nèi)臭只有長春光膚機(jī)所一家研柏究機(jī)構(gòu)仍在肌進(jìn)行衍射光繭柵刻劃機(jī)的灣研究。長春描光機(jī)所目前撇共有攜自行河研制的5吵臺機(jī)械式蹈和光電控制卡式光柵刻劃好機(jī)在正常運防轉(zhuǎn)。些長春光機(jī)所嚼2號光柵刻覺劃機(jī)慌圖雁？？特是長春光婆機(jī)所2彎號光柵刻劃啟機(jī)，它建造怪于196景5年。當(dāng)阿時的最大刻這劃面積為：肉，在19匯92年進(jìn)希行擴(kuò)程改造古后，其刻劃皺面積達(dá)到場。該機(jī)曾為美南京天文儀采器研究所刻騾制過關(guān);體的天文光柵代。為LA能MOST過望遠(yuǎn)鏡刻制膠過共;貢削的實驗用拉透射光柵。擺在199批9年，長奪春光機(jī)所對巷2號光摧柵刻劃機(jī)進(jìn)你行了光電控渣制改造。由期于對光柵刻崖劃精度和刻浪劃質(zhì)量要求乓的提高，長該光所于2鍵009年錢開始再次對哲2號光告柵刻劃機(jī)進(jìn)吐行了改造，偷圖口？？？頑即為經(jīng)過改石造后，2號交光柵刻劃機(jī)圓的實物圖。壩長春光機(jī)所祝2號光柵刻脂劃機(jī)實物好2號光柵翼刻劃機(jī)采用象羅蘭型的刻癥劃方式，改胸造后，工作別臺采用雙層鼠臺的結(jié)構(gòu)，瘋分為外工作矮臺和內(nèi)工作乘臺，內(nèi)工作顆臺通過四個戶彈簧鋼片懸首掛在外工作陡臺的內(nèi)部。遮外工作臺安避裝在兩個平妻行滑動導(dǎo)軌畜上，通過一諷個絲桿螺母如副帶動外工煙作臺和內(nèi)工汗作臺在分度角方向?qū)崿F(xiàn)大批行程的運動豆。在外工作徐臺和內(nèi)工作亭臺之間安裝滿了一個壓電地陶瓷驅(qū)動裝饒置，通過壓烈電陶瓷的伸雅縮驅(qū)動內(nèi)工樂作臺相對于滲外工作臺實抱現(xiàn)微位移狗。床長春光機(jī)所渾大光柵刻劃質(zhì)機(jī)（在研）辛長春光機(jī)所峽正在研制一緊臺要達(dá)到國蹲際領(lǐng)先水平佛的大型高精夕度衍射光柵峰刻劃機(jī)及其臟運動系統(tǒng)，激這臺刻劃機(jī)霧的研制目標(biāo)仁是：刻劃面墳積為摟；最高刻劃柱密度達(dá)杜；周期誤差婦需要小于擦；連續(xù)無故閱障運行時間配不小于3靠0晝夜；給光柵衍射波時前誤差小于申（齊范圍，負(fù)）。如圖逼？？？斧為大光柵刻太劃機(jī)的整體辱結(jié)構(gòu)三維設(shè)陶計立體圖。燕長春光機(jī)所蔽大光柵刻劃宰機(jī)整體結(jié)構(gòu)猶三維設(shè)計立鞠體圖衣這臺光柵刻洗劃機(jī)總體設(shè)遇計方式采用療羅蘭方式，須，即工作臺似承載待刻光孕柵做單方向壘分度運動，惜光柵刻刀做繁往復(fù)運動，任運動方向與非分度方向垂?fàn)C直。每運行甜一個周期刻從劃一條柵線驅(qū)。刻劃機(jī)由秧動力系統(tǒng)、歷分度系統(tǒng)、仰刻劃系統(tǒng)、碑控制系統(tǒng)以億及監(jiān)視系統(tǒng)疊等5個飲部分組成。括其中分度系義統(tǒng)、刻劃系貓統(tǒng)和控制系算統(tǒng)是刻劃機(jī)據(jù)最為關(guān)鍵的換部分。這臺稿刻劃機(jī)也是斃將工作臺分獲為內(nèi)外兩層齊臺結(jié)構(gòu)，內(nèi)施臺通過四個委彈簧鋼片懸隸掛在外臺內(nèi)鎮(zhèn)部，待刻光菌柵毛坯則放注置于內(nèi)臺上貸，并在內(nèi)外乒臺之間安裝限兩個壓電陶濁瓷驅(qū)動器（倆分別置于內(nèi)毒臺兩側(cè)），閱實現(xiàn)內(nèi)臺相鉆對于外臺的詞微位移驅(qū)動絨。采用兩路頂雙頻激光干乖涉儀進(jìn)行測竄量定位，通路過兩個壓電旺陶瓷驅(qū)動器琴對內(nèi)臺進(jìn)行費精確定位并踢對擺角進(jìn)行屠校正。淘三、油園擬解決的關(guān)識鍵科學(xué)問題多和主要研究呈內(nèi)容酬詳細(xì)闡述圍燙繞國家重大的需求所要解澇決的關(guān)鍵科舊學(xué)問題的內(nèi)所涵。主要研林究內(nèi)容要圍快繞關(guān)鍵科學(xué)誠問題，系統(tǒng)艦、有機(jī)地形抗成一個整體攀來詳細(xì)闡述膠，重點要突路出，避免分佳散或拼盤現(xiàn)睛象。朽光柵制造技館術(shù)是當(dāng)今最暗為精密的技渴術(shù)之一，光勺柵刻劃機(jī)則同被稱為燥“態(tài)精密機(jī)械之兔王級”桃。信光柵刻劃機(jī)洞作為一項精饑密工程，膀涉及到微電婆子制造、光路電測量儀器生、各種超精富密加工等領(lǐng)針域，記擁有高精度叼光柵刻劃機(jī)青既體現(xiàn)了一觀個國家科學(xué)付技術(shù)的發(fā)展睛程度，又是柴科學(xué)研究和皆經(jīng)濟(jì)建設(shè)不黨可缺少的手遞段。塑精密定位技蟻術(shù)頃更是光柵刻數(shù)劃機(jī)中的關(guān)酒鍵技術(shù)之一犧，定位系統(tǒng)即在各種光柵脫刻劃機(jī)導(dǎo)中都到關(guān)鍵座性的作用跨。精密定位歐是一個交叉的性的綜合研閥究領(lǐng)域，需乒要精密機(jī)械蟲、控制、計戲算機(jī)、微電掃子技術(shù)和光道學(xué)工程等多猾學(xué)科的支撐至，如果考慮掃到定位系統(tǒng)趁之外周圍環(huán)行境對它的影偶響，如振動落、溫度、濕雨度、氣流等各，則涉及到絕更多的數(shù)學(xué)馳、物理、化棵學(xué)、光學(xué)、碑力學(xué)等方面菌的知識。由趁于精密定位臉技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)獸域的廣泛性料、對高科技廊發(fā)展影響的報重要性，因緒而一直是各埋個發(fā)達(dá)國家女的科研機(jī)構(gòu)壞、高等院校鉆和大型企業(yè)該研究的重點善。戶精密定位技取術(shù)在不同領(lǐng)首域的應(yīng)用中羅有不同的類劫型，以下根矩?fù)?jù)運動行程芹和運動方式沈來對精密定儲位技術(shù)進(jìn)行禽分類。薄從工作行程欄來說，精密恐定位的應(yīng)用勻分為兩個領(lǐng)抵域。一個是壁微行程領(lǐng)域濱，定位行程肯從物幾微米訊到冬幾十微米，耀相應(yīng)的定位臟機(jī)構(gòu)稱為微挑動臺、微位歡移器及微進(jìn)捆給機(jī)構(gòu)等；蠶另一個是幾音毫米至幾百肢毫米的領(lǐng)域蓄，稱為大行孩程精密定位貫，是應(yīng)用更汽為廣泛的精踩密定位方式檔，如在精密披測量領(lǐng)域，告為了加大掃獻(xiàn)描隧道顯微革鏡(STM界)財?shù)臏y量范圍伸，要求其工萄作臺與測頭廉一起實現(xiàn)大疏范圍的超精羅密定位陡；在集成電描路的各種制眉造設(shè)備中，瑞根據(jù)晶圓的訓(xùn)直徑，要求晶工作臺能在健幾十毫米內(nèi)兩進(jìn)行兩維或宏多維的納米進(jìn)級精度定位瞞。嶄精密定位的宿概念在不同附時期有著不鐮同的理解和鼻數(shù)量界定，擦但并沒有一底致或權(quán)威的拘規(guī)定。一般但都是將精密婚定位細(xì)分為承精密級和超哈精密級。當(dāng)織前，亞微米咽定位精度是紗精密定位的蠟最低限度，四而納米級的盒定位精度則執(zhí)代表著精密題定位技術(shù)的他最高水平。健而作為爛“勝精密機(jī)械之雕王聯(lián)”童的古光柵刻劃機(jī)割，要求的自協(xié)由度更多、趕定位行程更層大、定位精曬度更高。其熄研制難度不災(zāi)僅在于要實跡現(xiàn)大行程，浴還要保證在討行程內(nèi)的刻充線周期誤差伐。琴定位的范圍侍從幾微米、下幾十微米擴(kuò)部大到幾毫米庸、幾十毫米復(fù)甚至幾百毫域米，并不是退一個簡單的遷數(shù)值放大問垃題，乓還要在總體厘方案中綜合裝考慮及其各彼個關(guān)鍵部件濁的丈精度分配、免加工精度、鎮(zhèn)裝調(diào)精度、冬檢測方式、訊運行部件的當(dāng)精度傳遞、傷摩擦、變形梅、熱膨脹、伴電子學(xué)控制卷精度以及環(huán)延境等對光柵衡刻劃所帶來皮的影響匹，工作臺的面機(jī)械結(jié)構(gòu)、男位置反饋檢呆測方法和定池位控制策略蕉等整個系統(tǒng)林的軟硬件都艦要發(fā)生很大途變化。喘因此在刻劃皆機(jī)的設(shè)計和舊研制中，要籌充分考慮以顛下和大行程蘇納米定位技染術(shù)有關(guān)的研享究內(nèi)容：辜工作臺的結(jié)頓構(gòu)和驅(qū)動：增眾所周知，哥要實現(xiàn)反超精密跟定位，首先粉要有能實現(xiàn)收納米量級驅(qū)摩動分辨率的首微位移機(jī)構(gòu)頸。實現(xiàn)微位志移的機(jī)械傳型動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)允軌支承形式曾和驅(qū)動方法致具有多樣性各，從機(jī)械結(jié)倆構(gòu)上來說大撇行程納米定散位有多種可歡選的方案，霜綜合目前世登界上的主要裙納米級陵超精密將定位機(jī)構(gòu)，睛工作臺可分稍為兩種類型暗：一種是單臺層工作臺，待采用一次定筐位或步進(jìn)定遠(yuǎn)位的形式；館另一種是采叉用疊加式(相雙層)工作水臺，采用雙智驅(qū)動或混合療驅(qū)動的方法命，將定位分奴為兩個過程花：即粗定位獎和精定位，?；蚝甓ㄎ缓褪畚⒍ㄎ弧嵙黼H上，微定峽位的過程就支是誤差補(bǔ)償觸或精度補(bǔ)償迷的過程?？v單層工作臺負(fù)的大行程定幫位削系統(tǒng)多采用鍵的是靜壓驅(qū)稍動技術(shù)的氣戰(zhàn)浮導(dǎo)軌定位辟工作臺悼，縮盡管這種定脈位方式存在淺系統(tǒng)復(fù)雜、夕附屬設(shè)備多村等缺點，但胸仍有很多學(xué)么者致力于對欣其進(jìn)行研究韻，并取得了叫一定的研究嘗成果，獲得攀了許多成功自的應(yīng)用；宏桑微兩級定位帆是目前研究贊和應(yīng)用得更勾為廣泛的大藏行程納米定證位方法，這蝴得益于微位般移技術(shù)和計挎算機(jī)控制技衰術(shù)的迅速發(fā)植展，特別是削壓電陶瓷和柜柔性鉸鏈兩專者的結(jié)合，爛極大地推動認(rèn)了納米定位路技術(shù)的實用治化。懂而近年來舌，以壓電陶電瓷為驅(qū)動器酒、結(jié)合各種諸新型柔性鉸白鏈結(jié)構(gòu)的微漠動工作冠臺一直是超捐精密餐定位研究的豎熱點之一；低大行程納米泄傳感器：躺在工作臺定潮位時的位移廣檢測方面，蠻盡管目前用愁于納米位移趟測量的方法弄很多，如各蔥種掃描顯微酷鏡類儀器(紫掃描隧道顯滔微鏡STM咬、原子力顯燕微鏡AFM淘、掃描電子湖顯微鏡SE額M、掃描電蹲容顯微鏡S快CM等)，血電容、電感陷測微儀，X非射線干涉儀躁以及激光干洞涉儀和精密腫光柵尺等，在但受到測量違范圍和測量哥速度的限制塌，只有最后俊兩種裝置在銀大行程納米敘定位系統(tǒng)中企得到了廣泛多的應(yīng)用。猴由于分辨率鳳的限制，跨光柵竿尺場多用于微米迫和亞微米級欄的位移測量汁。而雙頻激京光干涉儀具度有非常高的繼分辨率、高激精度、應(yīng)用坡范圍廣、環(huán)順境適應(yīng)能力任強(qiáng)、實時動榨態(tài)測速高等蹄一系列無可餅比擬的優(yōu)勢孕，以其良好隔的性能，在壘很多場合，療特別是大長弓度和大位移屬的精密測量胞中得到廣泛醋的應(yīng)用。絹定位控制方乳法故：有對微米級的條運動定位，太普通的PI漂D控制一般泄能夠滿足精鋒度要求，但邪對亞微米至吃納米級的定鐘位精度，系惡統(tǒng)模型的不坑準(zhǔn)確，系統(tǒng)躲中飽和、死僵區(qū)、遲滯等裹非線性因素宗以及振動、婆溫度、濕度小、氣流等干數(shù)擾對定位誤注差的影響異菜常突出，系眠統(tǒng)的不確定燙性和時變性穩(wěn)加劇，傳統(tǒng)骨的PID控檢制往往難以景勝任。澇以工作臺固葬有特性、動鹿態(tài)特性和驅(qū)劑動方式為基料礎(chǔ)，設(shè)計一妙種新的有效沈的控制算法掉，實現(xiàn)工作旨臺快速、穩(wěn)揭定、大行程保的納米級精設(shè)密定位；描同時，鈔綜合運用宏快觀和微觀力數(shù)學(xué)的分析方止法，針對超耗精密定位工偵作臺的剛性妖、柔性和非垃線性特性展涼開分析，并益綜合利用解斜析與仿真的最虛實混合的銀仿真建模分妥析方法，建菜立一個新型鼓的考慮微觀妨效應(yīng)的納米僅級超精密定送位工作臺的協(xié)建模和仿真嘆方法；并在補(bǔ)此基礎(chǔ)上對參工作臺進(jìn)行爪深入的機(jī)構(gòu)親分析和運動蟲分析，并分頓析機(jī)械系統(tǒng)那中各項參數(shù)溝對工作臺定捉位精度的影玉響，以進(jìn)一削步輔助調(diào)整喂和設(shè)計機(jī)械缺結(jié)構(gòu)；摩擦模型羨摩擦是一種擠非常復(fù)雜的沈現(xiàn)象，具有姐非線性特性養(yǎng)，摩擦表面涉在不同的表柿面質(zhì)量、負(fù)蛋載和潤滑條狗件下具有不裙同的特性和病摩擦模型。哥精密定位系璃統(tǒng)中摩擦的擊存在會產(chǎn)生只低速爬行和育極限環(huán)振蕩偷，同時造成呈穩(wěn)態(tài)誤差和尚跟蹤誤差，惕此外它還使江定位控制策棍略復(fù)雜化。業(yè)目前，傳統(tǒng)緊的摩擦模型訴基本上只能貨使定位精度病達(dá)到微米級鼠，對亞微米特級定位精度迷已難以勝任糠，因此眾多雹學(xué)者正致力繁于研究各種郊新的摩擦模正型，以便于篇在控制時實炊施預(yù)測補(bǔ)償朵；誤差補(bǔ)償：腦定位系統(tǒng)中綱的各個環(huán)節(jié)零都存在誤差肆，通過分析藏各項誤差及姐其來源，而肆后提高關(guān)鍵匠零部件的制團(tuán)造、安裝精杠度以及對誤閘差實施補(bǔ)償鋼是提高定位虧精度的兩種嗓常用方法。才目前，誤差繭補(bǔ)償方法已腹從系統(tǒng)誤差磁補(bǔ)償向隨機(jī)言誤差補(bǔ)償、慘單項誤差補(bǔ)倦償向全誤差貓補(bǔ)償、靜態(tài)覺誤差補(bǔ)償向瑞動態(tài)誤差補(bǔ)民償?shù)姆较虬l(fā)熊展，在補(bǔ)償茅的方法上軟床件補(bǔ)償十分幫有效，發(fā)展察勢頭強(qiáng)勁，神逐漸成為主婚要的補(bǔ)償方鉛法；振動控制：夏影響定位精奶度的振動可燦以分為兩個負(fù)方面，一個袍是環(huán)境振動鳥造成定位系桿統(tǒng)中部件的澡振動，另一但個是定位系蹤統(tǒng)內(nèi)部的振辟動。解決限前局一個問題常最用的方法是青隔振，如地典基隔振和支扣承定位系統(tǒng)童的氣浮平臺盞隔振等，近弟些年來隨著鏡隔振技術(shù)的留發(fā)展，還出減現(xiàn)了對隔振問平臺實施主口動隔振技術(shù)喜的方法。對奴定位系統(tǒng)內(nèi)犯部振動的研章究，已經(jīng)從跌將振動當(dāng)作考故障源進(jìn)行悼研究，發(fā)展扣到將它與定間位控制合起尾來，研究怎鍋樣提高鞭系統(tǒng)的控制壺精度題。著四、置權(quán)總體目標(biāo)、錘五年預(yù)期目殺標(biāo)裙總體目標(biāo)和夢五年預(yù)期目激標(biāo)應(yīng)從對解須決國家重大適需求的預(yù)期留貢獻(xiàn)，在理柄論、方法等共方面預(yù)期取示得的進(jìn)展、云突破及其科觸學(xué)價值，優(yōu)均秀人才培養(yǎng)帳等方面分別曠論述。五年屢預(yù)期目標(biāo)要敗求有具體的止考核指標(biāo)和存人才培養(yǎng)計請劃。碎五、謊惱總體研究方偽案細(xì)結(jié)合主要研增究內(nèi)容闡述型學(xué)術(shù)思路、炊技術(shù)途徑及鋒其創(chuàng)新性，仇與國內(nèi)外同候類研究相比煤的特色和取渣得重大突破汁的可行性分門析等。機(jī)械機(jī)構(gòu)歉超精密衍射續(xù)光柵刻劃機(jī)決工作方式及夢系統(tǒng)組成壽光柵刻劃機(jī)仗根據(jù)工作方仁式的不同一睜般有如下四宵種工作方式晉：從1）羅蘭型渠：光柵刻刀紛在刻劃方向漫上往復(fù)運動扎，工作臺垂慶直于刻劃方航向作單方向俯運動，通過兄兩個方向的冰運動合成，留實現(xiàn)光柵刻頃劃。這種么形式符合運伶動學(xué)的觀點鄉(xiāng)，較重的工余作臺緩慢移靜動，較輕的歲刻劃系統(tǒng)快笨速往返運動汪，刻劃過程湯比較平穩(wěn)。汗其缺點是容叫易引起光柵候的扇形誤差酒。第羅蘭型的具舉體示意圖見貝圖2.1。統(tǒng)膨家讀侮柿圖2.1問羅蘭型加示意圖紗2）斯特朗甜型：工作臺萄往復(fù)運動，巖光柵刻刀在注垂直于工作校臺運動方向與上做單方向槐進(jìn)給運動，丙通過兩個方紐向的運動合捕成，實現(xiàn)光娘柵刻劃。這粒種運動方式蔽能自動消除棚扇形誤差，棄但較重的工杏作臺快速往肉返運動，較貢輕的刀橋緩臭慢移動，運踢動不平穩(wěn)。露具體示意圖圍見圖2.2對所示。平圖2.2邁斯特朗型事示意圖沫3）斯托洛研克型：工作墳臺不動，由留刀橋進(jìn)行單立方向進(jìn)給和數(shù)刻刀往復(fù)運副動實現(xiàn)刻劃仇，具體見圖賄2.3所示里。這種刻劃濤機(jī)的設(shè)計及利制造很復(fù)雜半。清圖2.3縮斯托洛克顯型示意圖她4）反斯托栽洛克型：即平刀橋靜止，寬工作臺進(jìn)行高單方向進(jìn)給股和在刻劃方雹向往復(fù)運動客實現(xiàn)光柵刻季劃。這種方寸式由于缺點底較多，很少年采用。邀氏貞咱筆圖2.4蘿反斯托洛澆克型運動示刷意圖旗國際上比較產(chǎn)著名的光柵突刻劃機(jī)的工競作方式都采封用羅蘭方式壇，這種運行陵方式的邀優(yōu)點是爽運行精度易雞于保證，結(jié)宣構(gòu)相對簡單膠。截表2.1驕國內(nèi)鞋外典型光柵誠機(jī)的對比匆國別別裝備名稱典工作方式慧特點半刻劃面積及芹刻線密度允美國屋MIT-B曠羅蘭式洞連續(xù)刻劃方框式，有雙層求工作臺及擺叫角校正功能御250租×烏425mm垮2培5880g挖/mm輛美國懂MIT-C淋羅蘭式汁連續(xù)刻劃方變式，有雙層欄工作臺及擺妨角校正功能隱450洞×郊635mm得2布（名義值）誦紫外-近紅課外中階梯自日本劫Hitac別hi膜羅蘭式讀激光干涉儀課測量定位，腸雙層工作臺叉，采用呼“游連續(xù)運動、套間歇刻劃妄”尺。彩200站×舞300mm濕2鞏6000g乳/mm秋中國五CIOMP任-4賢羅蘭式友單層工作臺圾，光柵干涉費儀測量定位滿，有減重措趣施頑150招×圈150m網(wǎng)m述2物2400g日/mm忙中國堆CG-50猴0綿羅蘭式肝可實現(xiàn)間歇猜式和連續(xù)式紫刻劃，雙層貝工作臺，雙斜頻激光干涉缺儀測量定位酬，有擺角校乎正功能，有近卸荷措施。衰400嶼×劇500m葉m吸2朋6000g負(fù)/mm軌中階梯光柵原該方式又滾可近細(xì)分為間歇補(bǔ)式刻劃、連累續(xù)式刻劃和茄連續(xù)運動間僅歇刻劃。其羽中間歇式刻趁劃機(jī)是較早貧期的機(jī)器形死式，最早刻怎劃機(jī)工作臺顧的分度精度軍完全依靠機(jī)步械系統(tǒng)的加橡工精度和裝柜調(diào)精度來保縣證，屬于純踢機(jī)械式刻劃無機(jī)。這種機(jī)準(zhǔn)器的運行精茄度已經(jīng)不能考滿足現(xiàn)代光贊譜儀器對光姻柵制作的技踢術(shù)要求。茫后來衛(wèi)又出現(xiàn)了采剝用簡易光電截開環(huán)控制的且間歇式光柵奉刻劃機(jī)，運浮行精度有所段提高。在上勤世紀(jì)70年鉛代，連續(xù)式酒光柵刻劃機(jī)坐逐步成為光撥柵機(jī)的主流仿產(chǎn)品，并通監(jiān)過這些刻劃籍機(jī)制做出許銀多高質(zhì)量的富平面光柵和病凹面光柵。殘以上刻劃機(jī)開的工作臺都酷是單層臺結(jié)逝構(gòu)。對于中悅小型光柵刻依劃機(jī)，這種止形式的工作禽臺是可以勝增任的。但對慌于巷大型光柵刻獨劃機(jī)，由大榨質(zhì)量工作臺絕帶來的微觀午非線性誤差便成為制約工涼作臺定位精好度的主要因咽素報，不利于精欺度的進(jìn)一步踩提高。笑另外工作臺記的大行程所箏帶來的測量乘誤差也對定銅位精度產(chǎn)生狀一定的不利敬影響。薪到冒上世紀(jì)90椒年代日本H留ITACH痰I公司開發(fā)母出翻的鞋使用雙層工悄作臺進(jìn)行精齡密定位飽，陳刻劃方式為付連續(xù)運動敵、出間歇刻劃的毅光柵刻劃機(jī)承，伴實現(xiàn)了辨運行精度為峰5nm譜、載盼刻線密度倆10000顯線/mm光澆柵的制作精株度要求，弓從定位精度碗上講，這臺極刻劃機(jī)剃代表了當(dāng)今揭世界的頂級構(gòu)水平。題光柵刻劃機(jī)脈關(guān)鍵證結(jié)構(gòu)棗部件柔光柵機(jī)的整辮機(jī)結(jié)構(gòu)三維砍立體示意圖射本項目中光擱柵刻劃機(jī)的滲總體運行方全式采用羅蘭送方式，即工魄作臺承載待唯刻光柵做彼單外方向分度運擋動，光柵刻眉刀做往復(fù)運區(qū)動，加運動方向與黨分度塌方向垂直箏。接每運行一個曲周期刻劃一數(shù)條柵線。臭基于這種工蹦作方式，須刻劃機(jī)主要愛工作單元按彈典型的犬T型結(jié)構(gòu)配聾置于基座上株工作臺表面使。該布置方察式可簡化系培統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有竟利于提高系辦統(tǒng)工作的穩(wěn)量定性，提高頸導(dǎo)軌的制造強(qiáng)精度和運動扒精度。此外疼檢測Z、X促向運動位置蔬的雙頻激光浙測量系統(tǒng)可焦以裝在固定歐不動的床身橋上，僅將測疤量位置用的押反射鏡裝在伯Z、X方向莖的移動部件臣上。這樣不城僅使測量系舞統(tǒng)安裝簡單測很多，而且泰可以大大提幟高測量精度艦。刻劃機(jī)的共結(jié)構(gòu)主要由背分度系統(tǒng)和富刻劃系統(tǒng)組朋成。刻劃機(jī)袖的整體結(jié)構(gòu)畏布局如圖所蓮示。分度系煉統(tǒng)主要包括彩直線電機(jī)、排氣浮導(dǎo)軌副僵、工作臺、鑒壓電驅(qū)動柔沉性鉸鏈機(jī)構(gòu)拼。工作臺由猜直線電機(jī)拉啟動在Y方向粒沿導(dǎo)軌做單投向運動?？虓鋭澫到y(tǒng)主要伸包括郵刀架摩擦驅(qū)刑動機(jī)構(gòu)餐、刀架氣浮背導(dǎo)軌副、刻早刀微位移機(jī)營構(gòu)色。伙由溜刀架摩擦驅(qū)被動機(jī)構(gòu)乖帶動刀架在盛x方向沿刀裹架央氣浮壽導(dǎo)軌做往復(fù)哲等速運動岸，刻刀微位徑移機(jī)構(gòu)的作悠用是實現(xiàn)光賓柵刻刀的抬嘉落和刀刃的打切換耍。習(xí)設(shè)計、制造屋這臺高精度贏衍射量光柵刻劃機(jī)蟻，在技術(shù)上文遵循的基本棕原則是：從道原理出發(fā)，慨充分考慮拔“套阿貝原則賞”航、鍵“擺運動學(xué)設(shè)計川原理蓄”負(fù)、潤窄“給彈性平衡原速則證”勝及趁“益熱平衡原則足”批等各種有利臘于提高精度筐的黑機(jī)械設(shè)計禍原理導(dǎo)，參考現(xiàn)有賢光柵刻劃機(jī)且的制造基礎(chǔ)觸及關(guān)鍵部件絕，如精密工杏作臺的現(xiàn)代戀發(fā)展成果，神融入原始創(chuàng)扔新設(shè)計思想戴，設(shè)計建造隙一臺國際領(lǐng)童先水平的阿衍射善光柵刻劃機(jī)制。餃1.廳分度系統(tǒng)要分度腰系統(tǒng)主要功泄能是實現(xiàn)工居作臺的超精但密定位。工活作臺的定位量精度直接影雙響光柵光譜偶質(zhì)量、雜散佩光和鬼線強(qiáng)絨度，是光柵鍛刻劃機(jī)機(jī)構(gòu)果設(shè)計中最為偏關(guān)鍵的部分旨。蓮目前大行程棵超精密工作喊臺設(shè)計的方餡案主要有兩辟種設(shè)計思路盆：1)單級補(bǔ)進(jìn)給方式，只采用直線電敘機(jī)非接觸進(jìn)茶給或利用靜響摩擦驅(qū)動進(jìn)吊給等；2)派兩級進(jìn)給方捕式，即淹將定位分為瘡兩個過程：薄粗定位和精合定位那，姐或宏定位和覆微定位醒，骨以達(dá)到高的華定位精度和單分辨率。脖實際上，微孫定位的過程手就是誤差補(bǔ)姥償或精度補(bǔ)使償?shù)倪^程。代兩級進(jìn)給的陡方案與單級決進(jìn)給相比，西優(yōu)點是可以膏結(jié)合目前成金熟的大行程更工作臺技術(shù)及與壓電陶瓷遼驅(qū)動器的優(yōu)即點，降低技番術(shù)難度和研狠制風(fēng)險，但貫是不可避免居地使工作臺飛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜華化并增加了彼控制系統(tǒng)的沿控制難度。擴(kuò)本項目采用赤一級工作臺嘗兩級進(jìn)給的岡工作方式。更優(yōu)點是單級淡工作臺結(jié)構(gòu)杜簡單，理論只建模及控制退系統(tǒng)設(shè)計方回便；兩級進(jìn)比給驅(qū)動可以倉充分利用壓桐電陶瓷的高飼精度定位功雀能。敗分度展系統(tǒng)由直線御電機(jī)粗定位著機(jī)構(gòu)、工作添臺氣浮導(dǎo)軌豎和壓電陶瓷碑微位移精定川位機(jī)構(gòu)組成油，刻劃機(jī)的何基本分度動像作即工作臺黃的粗定位，雄由直線電機(jī)言完成。拌直線電機(jī)伙粗定位機(jī)構(gòu)豈：疤傳統(tǒng)的光柵愈刻劃機(jī)粗定警位機(jī)構(gòu)由蝸親輪蝸桿副和涼絲杠螺母副味組成。謀傳統(tǒng)刻劃機(jī)吉粗定位機(jī)構(gòu)脂蝸輪蝸桿副煎位移分度系取統(tǒng)傳動鏈的甩前端，因為右周期誤差會說影響光柵刻但線的周期誤鑒差，所以減喬小周期誤差燦是蝸輪蝸桿哪副的關(guān)鍵。脾機(jī)構(gòu)定位精喉度對蝸輪蝸泥桿的機(jī)械加門工精度有所博依賴。而絲字杠螺母副是瓶傳統(tǒng)大刻劃篩機(jī)的抓“集心臟塑”碎，是直接產(chǎn)趣生周期誤差春的最為關(guān)鍵抬的部件。饑該種傳動的題特點是冰具有較長的葉運動范圍，喉可以滿足大灰行程的需求掀；猾降速比大，顧在轉(zhuǎn)角很大敢的情況下，秩可得到很小磚的直線位移刑量；可獲得鐮較高的定位此精度，空回畝誤差可以消僚除或控制刊得待很?。痪哂猩咴隽ψ饔?，謝主動件上轉(zhuǎn)車矩很小時，耍從動件能產(chǎn)幟生很大的軸恭向力。坦缺點是獸絲杠的安裝悲誤差、絲桿歉本身的彎曲扭、滾珠的跳浩動及制造上熊的誤差、螺柔母的預(yù)緊程農(nóng)度等都會給宣導(dǎo)軌運動精閘度帶來影嶼響，由位移分辨率輪較低，其運穗動剛度決定濁于設(shè)計參數(shù)粉。該類裝置城的自動控制蟻進(jìn)給過程比有較復(fù)雜，響堤應(yīng)速度低，艘難以用于特賀別精密的微億進(jìn)給驅(qū)動。桂與傳統(tǒng)蘿進(jìn)給驅(qū)動相樸比，直線電形機(jī)驅(qū)動具有永以下優(yōu)點：啦省略了中間坐轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，劈減少了機(jī)械債磨損，系統(tǒng)畫運行時可以利保持高增益除，實現(xiàn)精確梅的進(jìn)給前饋妙，對給定的鍬加工路徑可亭以用高速進(jìn)涉行準(zhǔn)確跟蹤蓬，從而保證天了機(jī)床的高并精度和使用添壽命。運行謠時，直線電角機(jī)不像旋轉(zhuǎn)顯電機(jī)那樣會劉受到離心力蠅作用，因此欄其直線速度巨不受限制。孫直線驅(qū)動的怠慣性主要存角在于滑臺，餅因此加工時膀可以有很高獅的加速度。江直線電機(jī)靠促電磁推力驅(qū)亭動，故系統(tǒng)賊噪聲很小，禮改善了工況出環(huán)境。番直線電機(jī)可眠以認(rèn)為是旋稈轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)柜構(gòu)方面的一潑種變形，它揚可以看作是禾一臺旋轉(zhuǎn)電算機(jī)沿其徑向陡剖開，然后泛拉平演變而咽成。追如圖所示：朱直線電機(jī)示罰意圖遺該結(jié)構(gòu)電機(jī)姓特點為：(彩1)直線電紗機(jī)位移裝置庸由三部分組常成：力與運連動發(fā)生裝置伶、刀架及運真動導(dǎo)軌副、奮力與運動控劈制系統(tǒng)。(策2)用直線宿型電磁裝置綿來產(chǎn)生所需劫的驅(qū)動力和賽直線運動。豪(3)x但、z方向的質(zhì)驅(qū)動力通過筋徑向支承結(jié)錫構(gòu)和導(dǎo)軌副都來承受。(露4)霉驅(qū)動力與位郵移精度均由丘控制系統(tǒng)調(diào)墊節(jié)。啄由于直線電曉機(jī)驅(qū)動的高除速超精密氣絨浮平臺，其耍直線進(jìn)給單赤元加速度變符化的不連續(xù)櫻性以及缺少匠中間彈性阻賽尼環(huán)節(jié)，易泡產(chǎn)生超調(diào)和毯振蕩，限制憐了恩直線進(jìn)給精迅度，難以滿枯足超精密穗的要求；并斯且直線氣浮捎系統(tǒng)傳動阻芬尼小，抗干漫擾能力較差尚，并隨驅(qū)動獸功率的增大摘而變得更差塊。因為干擾步力和負(fù)載變釘化直接影響盲其動態(tài)性能施，最終極大悔地影響了高巖定位穩(wěn)定性楚和動態(tài)精度藏的實現(xiàn)。倒所以需要對區(qū)直線電機(jī)的半驅(qū)動技術(shù)進(jìn)據(jù)行研究，對輛其進(jìn)行進(jìn)給臺結(jié)構(gòu)設(shè)計，樸利用有限元釘法對其進(jìn)行楚電磁倚—番流牌—西固耦合分析跡，驗證電機(jī)浪推力，分析闖直線電機(jī)進(jìn)忠給機(jī)構(gòu)的動醬態(tài)特性。工作臺：賺刻劃機(jī)的工皂作臺為單層目臺結(jié)構(gòu)，優(yōu)慎化設(shè)計使其嫌滿足大剛度畝和輕質(zhì)量基卷本要求，還棍使導(dǎo)軌的移憤動副和光柵楊毛胚刻劃面玻處于同一平素面上，即符粘合阿貝原則萌。勇工作臺氣浮支導(dǎo)軌：害工作臺皺導(dǎo)軌滋起承載和導(dǎo)驅(qū)向作用虜，僅是大光柵刻擁劃機(jī)最重要騰的組成元件蠟之一，其直緒線性精度直凱接決定了光帶柵的刻劃精仁度，有嚴(yán)格傍的要求。傳遞統(tǒng)的光柵刻質(zhì)劃機(jī)多采用覆滑動導(dǎo)軌或竊滾柱式導(dǎo)軌浩。驕滑動導(dǎo)軌撞具有機(jī)構(gòu)簡條單、緊湊、功剛度高，停塊止時的穩(wěn)定修性高、熱穩(wěn)積定性高及價靠格低等優(yōu)點才，作為超精孩密加工用的恢元部件可以預(yù)充分利用其倚優(yōu)點。但是漆滑動導(dǎo)軌也突有缺點，即吳動摩擦系數(shù)俊和靜摩擦系敗數(shù)的差值較閃大，有爬行返，定位精度唯有限，低速弓時運動的平加滑度比其他艷導(dǎo)軌差。骨滾柱導(dǎo)軌的冶優(yōu)點是剛度菌大、抗干擾拖能力強(qiáng)、結(jié)強(qiáng)構(gòu)簡單、維擴(kuò)護(hù)方便害，也便于后黃續(xù)的精研磨太處理督；缺點是雖蒸然摩擦系數(shù)敘較小，但還濱是在一定程達(dá)度上存在動她、泥靜摩擦系數(shù)倒的差異，在窯極低速運行杰的情況下（與工作臺的運鐘動速度范圍男為5.56料nm/s~塵8333.詠33nm/諸s揉）還會有一午些不確定的捷非線性位移起狀態(tài)的存在差。肅另外蕩由于滾動體色與導(dǎo)軌之間纖的接觸為點承接觸或線接縫觸，其抗振杜性與滑動導(dǎo)甜軌相比較差刺。階而氣浮導(dǎo)軌胸的優(yōu)點是導(dǎo)霜軌副的摩擦碗力幾乎為零領(lǐng)，系統(tǒng)的隨狼動性能極好棗，可以從根妨本上解決“每爬行”問題英，氣體支承膏可在最清潔炸的狀態(tài)下工肚作，具有冷富態(tài)工作的特諷點，運動精閘度高，壽命準(zhǔn)長，可以在擦很寬的溫度秩范圍和惡劣紹環(huán)境中工作朋，能夠保持宅很小的間隙作。榜但缺點是剛堵度低、抗干家擾能力差、筆結(jié)構(gòu)復(fù)雜，蔑維護(hù)不方便財，而且由于骨有外來氣體侵向恒溫室內(nèi)屈的泄漏，會摸對恒溫精度瞧和激光干涉永儀的測量精銜度產(chǎn)生不利心影響。南解決的措施似是完采取一些主話、被動措施丑來降低該影訪響的程度，躍如將外泄的簡氣體回收并扣導(dǎo)出恒溫室禮，并將激光剛干涉儀的光肯路利用伸縮帳筒封閉起來蜘等篇。城從精度的角挖度考慮，并濟(jì)參考國際上貫現(xiàn)有的超精霸密定位平臺玻，本項目擬樹采用氣浮導(dǎo)豆軌，導(dǎo)軌的辜示意圖如下緩圖所示。按氣浮導(dǎo)軌結(jié)懂構(gòu)圖傍針對氣浮決導(dǎo)軌的缺點桑，對導(dǎo)軌承鞠載能力、剛剝度特性進(jìn)行下分析岔壓電陶瓷微爛位移精定位漲機(jī)構(gòu)：艘壓電陶瓷微援進(jìn)給機(jī)構(gòu)是利目前應(yīng)用最倒廣的微進(jìn)給浸機(jī)構(gòu)，靈壓電陶瓷具苗有出力大，厭響應(yīng)速度快么，無發(fā)熱，牌位移分辨率毛高的優(yōu)點，頌是微位移機(jī)怨構(gòu)的理想驅(qū)除動元件。此蒸外，壓電陶勾瓷驅(qū)動的柔麥性并行機(jī)構(gòu)憂不僅具有更漸高的精度、相剛度，還包在括無間隙、貌幾乎無摩擦務(wù)、無潤滑、抬無熱量產(chǎn)生勿的優(yōu)點襖。暴根據(jù)刻劃精昌度要求，分高度精度應(yīng)該財優(yōu)于10n稠m，首先躺需要丘確定執(zhí)行機(jī)臘構(gòu)壓電驅(qū)動阻器的分辨力隨要高于這個鄭分度精度如。擬養(yǎng)選用欣PI公司的海P-841恒.20鞭壓電驅(qū)動器膠元件，它的疑分辨力是0等.3nm，瘦在10KH壁z信號頻率損時最大響應(yīng)播幅度約為0蘆.9μm傘，可以怎滿足拘使用符需求。求2.醬刻劃系統(tǒng)護(hù)刻劃系統(tǒng)來由刀架摩擦躺驅(qū)動機(jī)構(gòu)、披刀架氣浮導(dǎo)石軌、刻刀微線位移機(jī)構(gòu)組躲成，該系統(tǒng)浪的功能是實藝現(xiàn)金剛石刀盾具的等速往旱復(fù)運動并完功成光柵的刻舞劃。其中刀要架氣浮導(dǎo)軌駁同時對刀架慣承重和導(dǎo)向煎。刻刀微位輪移機(jī)構(gòu)的功覆能是實現(xiàn)金楊剛石刀具的皺抬落和刀刃異的切換。工淺作時伺服電幻機(jī)帶動驅(qū)動潔輪，由摩擦?xí)灹ν苿拥都芫I機(jī)構(gòu)等速往服復(fù)運動；由區(qū)壓電驅(qū)動器折控制金剛石紙刀具的抬落默，并在待刻汪光柵上刻一前條刻槽。大刀架摩擦驅(qū)折動機(jī)構(gòu)：膏傳統(tǒng)的刻劃貸系統(tǒng)是通過惠偏心連桿機(jī)透構(gòu)作往復(fù)直揮線運動，連浸桿帶動中間惕滑塊，中間荒滑塊牽引刻行橋運動。高賠精度的刻劃殃常設(shè)計刀架燥等速機(jī)構(gòu)，愈其作用是使散刻刀在刻劃牢過程中棒保持勻速運鉤動，以確保斃光柵刻線的污刻劃質(zhì)量。芬在單一刻線帳的刻劃過程鐵中，績?nèi)绻痰锻诉^刻線上各宗點的速度不餐同，鋁膜的后被擦光程度鳥和被擠壓程歡度都不相同總，這會影響范光柵的整體俗質(zhì)量。供采用等速機(jī)農(nóng)構(gòu)可以解決鋒這個問題。廊另外，搶在刻劃方式蚊上如果采用握連續(xù)式刻劃桂，刻刀的不拒等速會造成照刻槽直線的障彎曲，必須拿采用等速刻隸劃襪。但這樣的夸刻劃系統(tǒng)傳腳動鏈較長，鞋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沙傳動精度對珍裝配精度要概求較高，在擴(kuò)刻劃不同面養(yǎng)積的光柵時旅，等速機(jī)構(gòu)粗?jǐn)[桿調(diào)節(jié)較杜麻煩。拾本項目擬采蜓用摩擦驅(qū)動送作為刀架往脈復(fù)等速驅(qū)動斬機(jī)構(gòu)。惕摩擦驅(qū)動可巖以實現(xiàn)無反煉向間隙止、噪聲小金的際等速傳動。牙由于結(jié)構(gòu)上擋比較簡單，珍因而彈性變召形因素大為亦減少，所以底一直被認(rèn)為鞠是一種非常射適合超精密靈加碑工論的傳動系統(tǒng)聽。一般的摩價擦驅(qū)動機(jī)構(gòu)繪的結(jié)構(gòu)和齒騙輪齒由條相似，可縫以把電機(jī)的灑勻速回轉(zhuǎn)運徒動直接轉(zhuǎn)換網(wǎng)為勻速直線繭運動。通摩擦驅(qū)動機(jī)位構(gòu)為其工作原理軟如下：與導(dǎo)泉軌運動體相肝連的驅(qū)動桿伸夾在兩個摩款擦輪之間，羨用彈簧壓板碗壓緊，使驅(qū)漆動桿無滑動島。兩個摩擦粒輪均有靜壓脫軸承支承，貢可以自由轉(zhuǎn)政動。下摩擦戚輪有電機(jī)驅(qū)荷動，靠摩擦示力帶動導(dǎo)軌駱作非常平穩(wěn)滅的直線運動喝。艇采用摩擦傳躬動恩機(jī)構(gòu)，機(jī)床婆導(dǎo)軌的直線某運動非常平高穩(wěn)，并且達(dá)烏到極高的直鬼線運動精度英。最典型的祖應(yīng)用即才美國LOD辱TM大型超揪精密機(jī)床采吸用的就是摩溜擦驅(qū)動。渴刀架氣體靜墻壓導(dǎo)軌：蘋刻槽的直線包性由刀架導(dǎo)腔軌的平面度脫保證，導(dǎo)軌境的平面度為吩1/私8材λ斬。另外，在響系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)濤軸上安裝有勸21位光電侍軸角編碼器促，作為系統(tǒng)六的抬落刀時楚間基準(zhǔn)和連賄續(xù)工作模式兆的基準(zhǔn)位置緞信號享，涉落刀時間與嶼分度系統(tǒng)的彼配合由計算喂機(jī)控制。釀目前國內(nèi)現(xiàn)沸有烏刻劃機(jī)潑刀橋的運行道方式是再刀橋帶著刀損架叨在曲柄連桿方驅(qū)動下造作往復(fù)遵直線喬運動孟，刀橋攜導(dǎo)軌分別放乞在工呆作茅臺的兩迷側(cè)，刀橋橫牢跨工作臺，他質(zhì)量和尺寸血都較大。由漏于刀橋刀架釣一起運動，日運動質(zhì)量比予較大，慣性薪大，換向時阿容易產(chǎn)生振消動和沖擊。攪國外的一些戒刻劃機(jī)甩，即如日立機(jī)禿以及聽MIT-C桂機(jī)等裳，重都采用兩根夏導(dǎo)軌，其中婚一根高精度唐平面導(dǎo)軌為哲小刀架導(dǎo)向筋，另一根圓干導(dǎo)軌承載刀旋橋及小刀架測的全部重量皮。儀本方案考慮春到需要進(jìn)行覆金剛石刻刀殲的換刃問題點，設(shè)計了刀半架微位移機(jī)絞構(gòu)，導(dǎo)致刀吵架系統(tǒng)的重割量增加，因店而不能沿用漏已有的導(dǎo)軌歇形式。設(shè)計尖采用閉式氣鏟體靜壓導(dǎo)軌羅，導(dǎo)軌的上王平面為承重瞎面，垂直的壁一個側(cè)平面燒為導(dǎo)向面畢。圖2.1旨3為刀架導(dǎo)歸軌的示意圖據(jù)，中間為刀遷架微位移機(jī)哪構(gòu)。竹刀架氣體靜曬壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)植圖臘采用球面與震V型支座組聾合形成的鉸竄接支撐結(jié)構(gòu)筋，可極大地悼降低裝配工李藝難度，減雪少由于裝配啦過程引起的抱導(dǎo)軌扭曲變駐形肺。普右端壓電微查驅(qū)動機(jī)構(gòu)實妄現(xiàn)水平微位科移，左端柔室性鉸接彈性狐變形實現(xiàn)X螺、Y導(dǎo)軌別直線誤差的伙精度補(bǔ)償。園這樣禁刀架導(dǎo)軌微嚼位移精度補(bǔ)傭償機(jī)構(gòu)與左思端柔性交接石組合，通過攜鉸接處的彈抹性變形，為明刀架導(dǎo)軌提馳供橫向微量揭角位移與精泛細(xì)定位什。宗在微位移補(bǔ)將償運動過程炕中，支撐鋼假球并不產(chǎn)生駐實際的滾動代，各支撐鋼價球以彈性元殲件形式對導(dǎo)殺軌的形成彈焦性支承，不療會對微位移籃過程產(chǎn)生遲軍滯或爬行等修不利的影響喝。因刻刀微位移櫻機(jī)構(gòu)：慧刻刀微位移蛋機(jī)構(gòu)趴包括金剛石洽刀具的抬落乒機(jī)構(gòu)和刀刃孟的切換機(jī)構(gòu)犬。因光柵的勞最大刻劃面船積為問300蛙×弓300烘mm，漏當(dāng)親刻劃渾79敬線／mm的語中階梯壇光柵瘡時續(xù)，刻刀在鋁棄膜拖表面上運行舟的距離達(dá)2憑3.7節(jié)k裹m撇，并且刻劃貫力很大；當(dāng)蛇刻劃300式線／mm描的天文光柵攤時，行程更削高達(dá)90k賀m，會引起懷刀具的明顯膽磨損績。腥為了解決刀能具在刻劃過訴程中的磨損鞭，延長刀具碰的使用壽命貿(mào)，設(shè)計了兩燈種金剛石刀杠具：一種是他四面體刀，舞這種刀由四外個平面交于帳一點，兩邊錫的棱決定刻蒼線的輪廓、幫刻劃時前刃鋪和后刃近于榆一條直線（泉通常為17公8戴°補(bǔ)）。后槽是公很鈍的二面市角，類似于垃圓弧型刻刀坊。這種刻刀唇，擠壓作用梅由鈍的二面鞠角完成，代足替了普通刻粒刀銳的棱尖賴，相比較而俱言強(qiáng)度更高雄、耐磨性更寬好，延長了擱刀具的壽命兼。缺點是前抱刃和后刃的艦直線性不容椒易保證，需物要進(jìn)行工藝剛上的探索。誼另一個方案幼是瓦研制一種具豆有圓弧形結(jié)浸構(gòu)的刻刀，層利用筒復(fù)合式刀架襪的高精度轉(zhuǎn)匯刃機(jī)構(gòu)壞實現(xiàn)刀刃的肅切換。該方纏案的優(yōu)點是譯刀刃的定位該精度相對容請易保證，刀拘架結(jié)構(gòu)相對倦簡單。缺點債是每一把刀濤只能刻劃一錫種角度的光析柵，不具備溜互換性；撫因制作刀具蝴的金剛石為茅單晶結(jié)構(gòu)，靜每個方向的產(chǎn)硬度各異，幣刻劃工藝和閃刻刀的制作靜工藝不成熟東，蠟并踢需要重新設(shè)冶計制作一臺籠高精度崇磨刀機(jī)。承圖為不同金趣剛石刻刀的惰示意圖，圖盯為刻刀微位熱移機(jī)構(gòu)的機(jī)者構(gòu)圖。警池焦雜訊謎撤備燕a:常用刻糕刀歐耐葛b:克圓弧刻刀校論刃塘c:四面體夫刀禽圖2.14借金剛超石刻刀圖藏圖2.15精復(fù)合錫式刀架結(jié)構(gòu)窗圖逃刻劃機(jī)工作鋸臺的運動方約式間歇式運動臂這里所說的棒工作臺伏間歇航式運動撒，是指光柵莖機(jī)工作臺運悠行一個光柵錢常數(shù)后停止奏，然后由刻標(biāo)劃系統(tǒng)完成起一條刻線的刮刻劃。松下圖為工作絕臺間歇式運萌動時刻劃過割程的原理框摘圖。姥工作臺稍間歇靠運動時聽刻劃露過程的原理死框圖嬌具體工作過財程如下：次首先由濫直線橫電機(jī)驅(qū)動工幣作臺在夾氣浮微導(dǎo)軌上運行呢一個光柵常故數(shù)師名義值亭，柱完成工作臺友的粗定位。穴該過程屬于該開環(huán)控制你。獲工作臺導(dǎo)軌面帶來的運行蛙誤差個，需做進(jìn)一捉步的補(bǔ)償。燈工作臺上汪放置待刻光蘭柵，并安裝神測長干涉儀皺和測角干涉紀(jì)儀的測量鏡絮，由這撕兩臺干涉儀鳥分別測出掉工作陽臺的定位誤懇差和擺角誤經(jīng)差別。工作臺與偵底部的直線墻電機(jī)通過柔個性機(jī)座相連弄，蒸通過壓電驅(qū)吵動器驅(qū)動脂工作披臺做微量衛(wèi)調(diào)整訊，以補(bǔ)償鈔粗定位陳的定位誤差秧和擺角誤差江，待工作旨臺精確定位歇后討，即可由刻捕劃系統(tǒng)完成披一次刻劃，糟該過程為閉須環(huán)控制。供2.浸連續(xù)式運動它所謂羽工作臺斃連續(xù)夏式運動撲，是指光柵囑工作臺以恒株定的速度在瓶一個方向連宣續(xù)運行，刻捧劃系統(tǒng)在工擾作臺運動狀淺態(tài)中完成一團(tuán)次刻劃。該霉方式的機(jī)械烘結(jié)構(gòu)與間歇姓式運動時清完全相同，予只是在刻劃殲系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)認(rèn)軸上增加塵了餡一個口21位寨角位移編碼剝器泊。下圖為工枕作臺連續(xù)式芬運動時刻劃斯過程的原理屆框圖。仆工作臺連續(xù)姑運動時腎刻劃女過程的原理敲框圖志具體工作過趟程如下：首穿先根據(jù)待刻煤光柵的具體邀刻線參數(shù)，肌通過計算機(jī)肺確定刻劃系混統(tǒng)和分度系鼓統(tǒng)的運動速腸度，并根據(jù)雁該速度分別些設(shè)定驅(qū)動分丙度系統(tǒng)和刻敗劃系統(tǒng)的電量機(jī)寇速施度悼。該工作方匯式為連續(xù)刻涌劃（也可以腎理解為動態(tài)疾刻劃），實漠際上就是通緊過光柵工作括臺運動速度綠與刀架運動徹速度饑（或位置）棕的精確匹配野，完成光柵負(fù)的刻劃并保庫證光柵的刻國線間距精度雪和刻線的直兔線性。工作能臺同樣采用伏粗精兩級調(diào)鹿速，由刻劃纏系統(tǒng)的光電碗軸角編碼器猾發(fā)出一系列罩在時間上均蔬勻分布的交龍流信號，并完以該信號作糟為控制純工作臺運動療的時間基準(zhǔn)茅。驅(qū)動分度臣系統(tǒng)的眾直線械電機(jī)的今速度甚是根據(jù)待刻睬光柵的具體秩參數(shù)事先設(shè)射定的，并由輛它本身的控餓制系統(tǒng)加以毀控制，可以升達(dá)到較高的撫直線艙精度，黑但由奇工作臺導(dǎo)軌目帶來的誤差事，必然會引所起工作臺的旅運行誤差，過該誤差需經(jīng)錦做進(jìn)一步的菜補(bǔ)償。補(bǔ)償拴的過程為首帆先由激光干寫涉儀測量上卻臺的運動速別度，并實時帝輸出運動信尿號的信息（占周期或頻率煙），該信號阻經(jīng)處理后與紙編碼器輸出沸信號的相位獅相比較，并跡通過壓電驅(qū)固動器控制二救者的相位同叮步精度，實日現(xiàn)光柵的高銷精度刻劃。竹從技術(shù)角度膀分析，間歇姑刻劃的最大恩缺點是工作態(tài)臺在分度過數(shù)程中處于一護(hù)種循環(huán)式的座“走-?！比\動狀態(tài)，隆采用靜壓式酸氣浮導(dǎo)軌庭，因工作臺陳加上待刻光敵柵的質(zhì)量較倚大，凍存在因慣性丘力而引起的突諸多不確定陽因素。這種巧方式的優(yōu)點灰是光柵的刻掀線間距精度傍和刻線直線淚性精度分別扮由分度系統(tǒng)扮和刻劃系統(tǒng)突單獨印保證，二者句之間相互獨鏈立，沒有互前相干擾的問齒題。而連續(xù)絡(luò)刻劃的缺點油在于，作為丑時序基準(zhǔn)的嚴(yán)光電編碼器析的輸出存在耗誤差，會導(dǎo)充致光柵刻線寶出現(xiàn)彎曲。飄刀架機(jī)構(gòu)的訂等速誤差也祖會產(chǎn)生刻線惑彎曲等等。叢同時，光柵移的刻線間距什精度和刻線肆直線性精度粱由分度系統(tǒng)看和刻劃系統(tǒng)丈運行速度的脂配合來保證五，控制難度錯相對增大。河優(yōu)點是工作批臺在分度過優(yōu)程中處于連琴續(xù)運動狀態(tài)會，慣性力的前問題可以在紋很大程度上多可以解決。菊因此可以在神機(jī)械結(jié)構(gòu)不語變的條件下門，極采取奔以間歇刻劃砌為主同時兼姿顧連續(xù)刻劃趁的控制方式瓜更為穩(wěn)妥可朵靠。立光柵刻劃機(jī)娛結(jié)構(gòu)關(guān)鍵零擔(dān)部件研究內(nèi)魔容飼精密工作臺防的結(jié)構(gòu)優(yōu)化稍為了滿足光矮柵刻劃符合愈阿貝原則，撓工作臺外臺聞采用了兩端婆懸臂的特殊死結(jié)構(gòu)。工作煉臺面的尺寸躲為350凝×透350睡（mm粉2愚）欄。工作臺加鋪光柵毛坯總堤質(zhì)量約90細(xì)kg。仍對于工作臺匯，我們拼首先乘關(guān)心在承載隊光柵毛坯情昨況下疾毛坯刻劃面扮面型的變形毀是否滿足使釀用要求；其獻(xiàn)次關(guān)心工作糊臺懸臂控處受力情況倆以及驅(qū)動方釋向的剛度能納否滿足使用鍋要求。直重力作用下且工作臺臺面啄與光柵毛坯鑼的接觸表面蔬可能發(fā)生變案形導(dǎo)致毛坯腐的支撐方式瘦發(fā)生了變化變，由原來的直底面全接觸助變成了只有飲兩端局部面韻接觸，必然略會引起毛坯揀刻劃面的面物型變形。所亞以需要通過啄有限元分析驗了解工作臺析和光柵毛胚做的接觸變形夾，并對工作暫臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行村優(yōu)化設(shè)計，夫使其達(dá)到最罵佳使用條件張。軌精密氣浮導(dǎo)棒軌的研制收氣浮導(dǎo)軌布梅置圖潔針對工作臺疼氣浮導(dǎo)軌的路缺點，鞋為了保證和竿提高軸承的訓(xùn)承載能力與應(yīng)剛度特性是，需要對吳節(jié)流器部分御關(guān)鍵尺寸進(jìn)趕行研究，分乘析節(jié)流孔直鐘徑、節(jié)流孔向長度、氣腔糊直徑和氣腔渾深度對矩形剪導(dǎo)軌承載能袍力與剛度的膨影響奸，進(jìn)行多參王數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)臭化設(shè)計，獲早得符合要求蜓的承載能力色和剛度特性核。帶由于誕系統(tǒng)所采用頑的氣浮潔導(dǎo)軌郊，會導(dǎo)致系災(zāi)統(tǒng)發(fā)生振幅買為納米級的駕微幅振動，淡進(jìn)而影響系漁統(tǒng)精度。熊微振動發(fā)生品時其振幅通彈常在幾納米提到幾十納米寄，頻率從幾豆十赫茲到幾折千赫茲。這慰種振動的一秀個顯著特點文是只有給氣視浮軸承通氣趣時才出現(xiàn)，潤因此顯然是擦一種流體引喪發(fā)的振動。鏈這種振動對蒸于一個精度返要求達(dá)到納陷米級的運動罪定位系統(tǒng)極儀為有害。首敘先，這種振蠅動沿運動方芽向的分量直仙接影響定位代精度；其次宗，這種振動袍的頻率如果恢落在控制帶貿(mào)寬之內(nèi)，由胞于屬于一種印閉環(huán)之外的京擾動，控制棚系統(tǒng)對它的梅抑制作用很底小，且系統(tǒng)農(nóng)一旦加上使脖能，這種振果動將會被放斤大，從而大我大降低系統(tǒng)角的控制精度耕。度因此必須農(nóng)對導(dǎo)軌進(jìn)行室流固耦合分脈析，壁采取相應(yīng)的收抑制措施，歉保障超精密鏈氣浮工件臺崇系統(tǒng)的精度姜實現(xiàn)至。丑壓電陶瓷微顧位移進(jìn)給機(jī)熟構(gòu)匪壓電陶瓷驅(qū)玉動的鉸鏈微呆位移機(jī)構(gòu)可百以使精定位歐達(dá)到很高的駱精度和分辨挺率。不同的點彈性鉸鏈其頂力學(xué)性能相松差較大，所衣以需要對鉸革鏈微位移機(jī)栽構(gòu)優(yōu)化設(shè)計利，使得其滿枯足性能要求桑。揮柔性鉸鏈的過基本性能包崖括剛度、精心度、應(yīng)力特脹性等多方面礙，不同性能禾直接關(guān)系到和微進(jìn)給系統(tǒng)憑的功能實現(xiàn)充。屆需要通過有季限元分析得濱到壓電陶瓷朗微進(jìn)給機(jī)構(gòu)感的可控性；遍機(jī)構(gòu)動、靜確態(tài)負(fù)載特性陰；機(jī)構(gòu)精度柏傳遞特性及茫其穩(wěn)定性；復(fù)壓電晶體溫豆度特性；微誠位移機(jī)構(gòu)的短響應(yīng)特性等油性能指標(biāo)。筆摩擦傳動村機(jī)構(gòu)鄉(xiāng)摩擦輪傳動冬是利用主動誕輪與從動搶弱在直接接觸環(huán)處所產(chǎn)生的鉗摩擦力來傳落遞運動和轉(zhuǎn)尺矩。從傳動嚷的工作原理塊來看，摩擦醉輪傳動工作廉時，在兩個災(zāi)摩擦輪的接吵觸面之間可磨能產(chǎn)生下列譯不同性質(zhì)的木滑動，即彈揚性滑動、打旱滑及幾何滑灣動。段在設(shè)計時只豈要適當(dāng)增大倆壓緊力，則機(jī)打滑是完全田可避免的。脹但是在起動申和劇烈變速善等短時間內(nèi)午，出現(xiàn)過載深而引起短時寇間的打滑是君很難免的。狐摩擦輪傳動啊在正常工作疼時，除去打粗滑失效之外晌，當(dāng)兩輪都震是金屬材料雀時，在潤滑忍良好的條件踢下，傳動還圖可能由于表年面接觸強(qiáng)度巨不夠而產(chǎn)生臉疲勞點蝕破耽壞。潔為了防止疲現(xiàn)勞點蝕，應(yīng)適進(jìn)行表面接灣觸疲勞強(qiáng)度貓計算多為了其防止磨損。偏計算機(jī)輔助漏制造（CA多E）痰起始于上個依世紀(jì)50年促代中期的計鴉算機(jī)輔助工抖程（CAE徐，Comp巴uter伯Aided蛋Engi辯neeri預(yù)ng），在涂計算機(jī)技術(shù)臂和數(shù)值分析溉方法的發(fā)展膊及緊密結(jié)合讓的情況下得迅到了快速的嫂發(fā)展，染為整個工業(yè)壯的發(fā)展起了壘巨大的推動浸作用。機(jī)械添行業(yè)大中型蹤企業(yè)的眾多針工程技術(shù)人炮員也在CA陡D（Com蠶puter躺Aide拜dDes川ign）普昏及的條件下屬，將主要精距力投入到如箏何優(yōu)化設(shè)計少中，以此來損提高產(chǎn)品與小工程的質(zhì)量裝以及生產(chǎn)效味率。萌以ANSY谷S、LS-索DYNA等粒為代表的高住端CAE軟姿件早已活躍閘在全球各行趁各業(yè)中，將唱“皺基于物理樣泄機(jī)試驗的傳寧統(tǒng)設(shè)計方法舟”協(xié)帶入基于郊“累虛擬樣機(jī)仿泳真的現(xiàn)代設(shè)右計方法啞”氏，大幅縮短凝產(chǎn)品開發(fā)周慚期，降低成總本，提高企奮業(yè)競爭力。歷本項目銀擬講采用理論分第析計算與力雕學(xué)建模相結(jié)頭合、計算機(jī)殃有限元模擬程計算和試驗雕研究相結(jié)合街的方法，通餃過利用大型累有限元分析疑軟件Pro籍/E、Ad附ams、A希baqus督等對其進(jìn)行貢數(shù)值分析計尖算，并應(yīng)用諒協(xié)同優(yōu)化設(shè)模計平臺iS樂ight-散FD對其進(jìn)汪行多目標(biāo)優(yōu)黃化設(shè)計。勝機(jī)械結(jié)構(gòu)C常AE優(yōu)化流湊程圖制 柱以下面的刀惑架導(dǎo)軌靜力勁學(xué)分析為例管：陡刀架導(dǎo)軌采就用的是閉式激氣體靜壓導(dǎo)供軌，脹采用球面與扛V型支座組倍合形成的鉸惑接支撐結(jié)構(gòu)型，可極大地床降低裝配工慣藝難度，減隱少由于裝配遙過程引起的雷導(dǎo)軌扭曲變綿形。玉刀架導(dǎo)軌在用自重及載荷融狀態(tài)下沿鉛暮垂方向會產(chǎn)狂生較為嚴(yán)重互的撓曲變形浪，且導(dǎo)軌形縣變曲線隨載黑荷位置變換客而改變。關(guān)刀架導(dǎo)軌模功型圖理論分析絮討論由于施令加載荷而彎降曲變形時，臣以變形前的示梁軸線為x執(zhí)軸，垂直向僻上的軸為y肉軸，xy謹(jǐn)平面為梁的兇縱向?qū)ΨQ面刺。在對稱彎賠曲的情況下桌，變形后的易梁的軸線將拔成為xy尤平面的一條洞曲線，成為芽撓曲線。撓允曲線上橫坐艦標(biāo)為x竄的任意點的會縱坐標(biāo)，用ω貍表示，它代粥表坐標(biāo)為x咽的橫坐標(biāo)的絞形心沿y沉方向的位移漿，稱為撓度熟。井 假彎曲變形宋中，梁的橫貨截面對其原勇來位置轉(zhuǎn)過霉的角度θ才稱為截面轉(zhuǎn)鞏角。根據(jù)平衛(wèi)面假設(shè)，彎淋曲變形前垂酸直于軸線的患橫截面，變害形后仍垂直肯于撓曲線。叛所以，截面辟轉(zhuǎn)角θ盈就是y英軸與撓曲線剛法線的夾角嘗。它應(yīng)等于令撓曲線的傾授角，即等于x梅軸與撓曲線最切線夾角。意所以有：羨撒抽渾誕叔侮后懇篩（1-1應(yīng)）怠在純彎曲情掛況下，彎矩憲和曲率之間販的關(guān)系為：刷口分爬反赴園檢箏慈仁五行待其中：瘋--撓曲線快的曲率半徑至；答 宰--材料的餐彈性模量；品 燙--彎矩；怒 引--梁截面后的慣性矩。飼 柜橫力彎曲時灑，梁截面上廚又彎矩也有墊剪力。通常教情況下，剪映力對彎曲的欣影響可以忽代略不計。則斑上式可看做喪是橫力彎曲策變形的基本討方程。攔由上圖，顯辟然有逼途供中碼則（1-1荒）式化為：激蓬培濫息嗓忽攔陜匹府（1-壤2）由公式1，累因為刺，上式成為干將（1-2題）式代入，絹即得撓曲線福的微分方程錘：槍扒司羊隆賢衡頂（1埋-3）峰該方程適用往于彎曲變形塌的任意情況弟，是非線性落的。室 勢在我們的實壩際工程中，吳梁的撓度一免般都遠(yuǎn)小于仍跨度，所以飛在小變形的開情況下，可罪將方程式（棕1-3）線劇性化。由于械實際情況中權(quán)撓曲線較平拴坦，陣很小，在（勾4）式中尚和1相比就劇可以省略，市于是得到撓襖曲線的近似勸微分方程為頓：瞧琴杰綱誠司（1擾-4）透簡支梁的計謝算織 作如上圖，梁贊的質(zhì)量可以之看做均布載安荷q，計算喪簡支梁的反頓力，得出彎砍矩方程。利曬用上面所得權(quán)的（1-4的）式，兩次咽進(jìn)行積分，港可得出：手支座上的撓側(cè)度為0，則仔當(dāng)x=0時安，w=0欲。

烈因為梁上的妄外力和邊界夏條件都對跨遞度中點對稱痰，所以在跨督度中點，撓引曲線切線的普斜率和截面叨的轉(zhuǎn)角都等別于零，即火把以上兩個容邊界條件分墾別代入，則甩可以求得：含于是得轉(zhuǎn)角疑方程和撓曲扮線方程為：蜻即：贊軍意從而將刀架壁導(dǎo)軌設(shè)為簡泉支梁，將其幣自重考慮為蠟均布載荷，虎分析其撓度站變化。在里考慮刀架導(dǎo)怠軌的變形時仗，由于刀架食的存在及其滴所處位置的澇不同，則需催考慮刀架的遞重量對導(dǎo)軌專變形的影響設(shè)，這就要將烤刀架的質(zhì)量榮和導(dǎo)軌的質(zhì)乓量綜合考慮治，不同位置燈的載荷不同雅，則需將其校考慮為不同續(xù)位置施加的慎大小不同的搜均布在和，罵施加于理想果梁上，分析活其不同位置凝的撓度變化監(jiān)。CAE分析扎根據(jù)刀架導(dǎo)泄軌設(shè)計圖，戒在理論分析狐完成之后，掉采用CAE填軟件建立其桐虛擬樣機(jī)，逃然后對其進(jìn)始行靜態(tài)和模番態(tài)分析，得舒出的結(jié)果同盛理論計算相兩對比，以得臺到其變化趨聚勢及敏感因猶子，從而對夸機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)搏行優(yōu)化。傾刀架導(dǎo)軌模障型示意圖們復(fù)合刀架位避于導(dǎo)軌不同拉位置處變形陸圖廈當(dāng)復(fù)合刀架占位于導(dǎo)軌的癢不同位置時充，導(dǎo)軌的形夫變也不同，絨同過CAE憂分析可以較鋒直觀的認(rèn)識只到導(dǎo)軌的變償化趨勢，從辯而針對變化話對導(dǎo)軌采取割相應(yīng)修改，尼以減少因形鏡變對精度產(chǎn)遙生的影響。打建模與控制蔬方案總體介紹輔光柵制造技厚術(shù)是當(dāng)今最飲為精密的技栗術(shù)之一，大既型光柵刻劃免機(jī)更是因其貪極高的運行們精度而被稱顯為竿“勵精密機(jī)械之誰王刑”撞。隨著高精屑度刻劃光柵太尤其是高分刮辨率中階梯鞏光柵應(yīng)用領(lǐng)絞域的不斷擴(kuò)期大，所要求居的光柵尺寸患和刻劃精度窗、分辨率也炒在不斷的提蒙高。然而，揚光柵質(zhì)量的邁決定性因素專在于光柵制充造過程中的則定位精度，總而超精密定破位工作臺則敗是實現(xiàn)光柵轎毛坯的定位女的主要運動亭部件，其定光位精度直接吹影響光柵的給光譜雜散光瞇和鬼線強(qiáng)度劍，是光柵刻三劃機(jī)中至關(guān)狹重要的部分羨。欣超精密定位芒工作臺的定免位精度受到換多個環(huán)節(jié)的碌影響效—們機(jī)械設(shè)計與繡加工精度、切裝配精度、尚驅(qū)動方式和梯控制方案。昨其中，控制節(jié)方案是建立謙在機(jī)械系統(tǒng)對環(huán)節(jié)基礎(chǔ)之鑼上，進(jìn)一步型顯著提高工貞作臺穩(wěn)定性貓和定位精度壺的一個環(huán)節(jié)蛛，不僅較易螺實現(xiàn)，而且宰代價較低。付同時，為了窄更好的設(shè)計熄和實現(xiàn)控制唱方案，必須露對定位工作輸臺機(jī)構(gòu)的機(jī)牙械特性、動副力學(xué)特性等挺進(jìn)行深入的卸分析。伐本部分主要距內(nèi)容分析所出設(shè)計的光柵臣刻劃機(jī)中超涂精密定位工怨作臺，運用陶多種手段和勝理論指導(dǎo)，逝建立能夠充耽分反映其各棟種特性的物及理模型和仿箭真方法，并太以此為基礎(chǔ)促，設(shè)計有效他的控制方案賴，最終實現(xiàn)范工作臺納米腐級的定位精川度。門擬解決的關(guān)腦鍵問題和主倒要研究內(nèi)容奔擬解決的關(guān)液鍵問題葡綜合運用宏幼觀和微觀力刃學(xué)的分析方巴法，針對超錦精密定位工禾作臺的剛性爸、柔性和非態(tài)線性特性展言開分析，并郊綜合利用解畜析與仿真的輩虛實混合的缺仿真建模分濟(jì)析方法，建集立一個新型叨的考慮微觀去效應(yīng)的納米節(jié)級超精密定纏位工作臺的論建模和仿真魔方法；核對工作臺進(jìn)愿行深入的機(jī)迫構(gòu)分析和運嬸動分析，并糊分析機(jī)械系耕統(tǒng)中各項參面數(shù)對工作臺旋定位精度的藏影響，以進(jìn)挨一步輔助調(diào)丈整和設(shè)計機(jī)養(yǎng)械結(jié)構(gòu)；雷以工作臺固錘有特性、動滿態(tài)特性和驅(qū)長動方式為基續(xù)礎(chǔ)，設(shè)計一委種新的有效嫩的控制算法腿，實現(xiàn)工作式臺快速、穩(wěn)努定、大行程乎的納米級精姿密定位；塌總體研究方禿案踏超精密定位狼工作臺要求蜓行程大（3搏00mm）跑，定位精度鉛高（nm）裝，為此我們展采用了內(nèi)外弓雙層臺定位蠟機(jī)構(gòu)。首先擠，直線電機(jī)果驅(qū)動外層臺倍完成大行程未的運動，達(dá)絮到微米級的裝定位精度；免然后，安裝轟于內(nèi)外臺之枯間的壓電陶液瓷驅(qū)動由柔市性鉸鏈支撐員的內(nèi)層臺完饒成小行程運外動，并實現(xiàn)挑納米級的定早位精度。為皆了實現(xiàn)該工月作臺的定位嘗精度，僅僅盆依靠機(jī)械其惜組件的機(jī)械敵加工精度和銹裝配精度等硬傳統(tǒng)的方式刑是達(dá)不到的倡，必須配合暴一定的控制蝶方案。針對鍛大型復(fù)雜機(jī)鑄構(gòu)的定位精無度控制，有煎很多學(xué)者進(jìn)還行了研究，戚提出了很多稠控制方法。豬其中，發(fā)展累最早也最為老經(jīng)典的是P航ID控制，率這種控制算暢法以其簡單烤性和廣泛的臺適用性著稱糠。然而，P額ID控制算東法只能實現(xiàn)吼微米級的定謎位精度。為程了提高控制盒算法的控制怕精度，后續(xù)編發(fā)展了基于撈現(xiàn)代控制理針論的模型參倦考自適應(yīng)控若制、內(nèi)?？匦种啤Ⅳ敯艨厝糁啤⒒Ｗ儨Y(jié)構(gòu)控制和啞預(yù)見控制等珠。近年來，翁隨著計算機(jī)顫的發(fā)展，近埋年來發(fā)展了章智能控制，術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拉和模糊控制堪理論。接然而，為超挨精密定位工輪作臺選擇和凍設(shè)計控制方量案，不僅要贏充分掌握經(jīng)燈典和現(xiàn)代的惠一些控制理灶論，更重要泰的是對機(jī)械浮系統(tǒng)的動態(tài)壺特性進(jìn)行深坐入了解，以緩判斷影響控滿制方案的機(jī)律械特性。這問其中包括該充機(jī)械系統(tǒng)：為啟動運動時煮刻的運動特樸性；似停止運動時荒刻的運動特全性。命因此，我們尼將從超精密畜定位工作臺泉的機(jī)械結(jié)構(gòu)載入手，深入皂分析并建立權(quán)其模型，為劑設(shè)計控制方銀案提供基礎(chǔ)照。由于超精梳密定位工作陸臺中既含有鉤會發(fā)生彈性菠變形的柔性拋鉸鏈，又含噴有剛度極大昆的工作臺、皆直線電機(jī)，易因此它是一厲個剛?cè)狁詈险淼亩囿w機(jī)械獵結(jié)構(gòu)。同時之，該系統(tǒng)采濱用壓電陶瓷蓬作為驅(qū)動機(jī)劇構(gòu)，而壓電全陶瓷有明顯坑的非線性遲作滯現(xiàn)象，所既以該系統(tǒng)也跳具有非線性支遲滯特性。族除此之外，寬工作臺中的本各個組件在戶大行程、高泳精度的工作肚過程中，不綁可避免的存錄在摩擦，摩挪擦的存在也橡會對工作臺統(tǒng)的運動，尤磁其是運動的窮啟動、停止鑼等產(chǎn)生很大診的影響。所礎(chǔ)以，針對該奮機(jī)械系統(tǒng)模藍(lán)型分析，我坊們將主要從蛙下面三個方選面進(jìn)行建模饞研究。牽宏觀剛-柔禾耦合動力學(xué)須模型蠟本課題中，奪超精密定位涂工作臺的大莖行程高精度丈定位通過宏卵動和微動兩匹種運動方式樣配合實現(xiàn)。蟻宏動階段由如直線電機(jī)驅(qū)窯動外層臺，棍剛度很大，罪幾乎不存在劈彈性變形，妙屬于典型的棄剛體運動。槐微動階段由鄰壓電陶瓷驅(qū)甩動柔性鉸鏈陽發(fā)生納米級堆的彈性變形冠而實現(xiàn)微動騰，屬于典型繳的小行程柔溫性鉸鏈變形轉(zhuǎn)運動。因此慎，在工作臺兵整體運行過典程中，剛體閃運動和柔性灘體彈性變形白相互耦合。槐對剛體運動游，我們擬采于用Newt苦on-Eu經(jīng)ler方程肌、Lagr迫ange方滋程等宏觀運稱動學(xué)方法建慕立受力分析們、運動方程末，求解其運貨動規(guī)律。而租對小行程柔濕性鉸鏈變形福，假設(shè)材料兔是彈性的，開采用有限元般法對柔性鉸屈鏈進(jìn)行細(xì)分?jǐn)U，分析其載黨荷-位移曲屑線和運動特蜘性。有然后，將剛宰-柔體的聯(lián)閣結(jié)耦合起來親，形成一個切統(tǒng)一的剛-庸柔耦合動力游學(xué)模型。葡壓電陶瓷非罰線性遲滯模虧型給在超精密定勸位工作臺的肆各個組件中派，壓電陶瓷遵是實現(xiàn)納米呼級定位精度驗的關(guān)鍵驅(qū)動瞎元件，其具乳有分辨率高穩(wěn)、產(chǎn)生的推宜力大、響應(yīng)勸速度快、能庫耗低、不受貞磁場干擾、供沒有磨損以福及不需潤滑腥等優(yōu)點。然濫而，它同時焦具有蠕變、夢遲滯非線性浸等缺點，也罪成為引起系解統(tǒng)非線性和民遲滯性的一信個重要因素五。由于其機(jī)煎理非常復(fù)雜洞，是壓電材積料在電場和果微位移之間敲固有的非線太性現(xiàn)象，電呢壓強(qiáng)度越強(qiáng)萬，遲滯現(xiàn)象享越嚴(yán)重，它潮可能導(dǎo)致壓危電系統(tǒng)魯棒倒性差，穩(wěn)態(tài)或誤差變大等梁難以預(yù)測的幻影響。為減歪小遲滯非線隙性的影響，倍必須對其進(jìn)逮行合理建?？?，從而實現(xiàn)俗有效控制，碼提高壓電陶胸瓷的輸出位芬移精度和改煮善動態(tài)性能躬。對此，國常內(nèi)外學(xué)者提杰出很多技術(shù)且方案，建立踢了多項式擬車合模型、M扎axwel年l模型、B驅(qū)oue-W必en模型、斷Dahl模房型、Pre杠isaeh祝模型以及一危些智能模型狗。帆其中，多項宗式擬合法較階簡單，但是煮無法描述遲材滯性。Ma黑xwell梢模型是靜態(tài)飲模型，無法憂分析在變化啞的環(huán)境作用違下，壓電陶塵瓷驅(qū)動器遲袋滯非線性的桂變化。Bo揀uc-We曾n模型可以何較為準(zhǔn)確的摩描述遲滯非尺線性，但是洲其參數(shù)設(shè)計擺必須依賴于涌其初始值，薯因此模型的小準(zhǔn)確性依賴犧于參數(shù)識別層。Dahl腳模型用來描帳述壓電陶瓷柴遲滯非線性坐時需要在頻臉域中對其進(jìn)項行研究，并膀且模型參數(shù)牧較多，參數(shù)鏈整定較為困糊難。Pre脫isach閱模型從壓電羨陶瓷產(chǎn)生非冒線性遲滯的拼內(nèi)部機(jī)理進(jìn)句行分析建模透，能夠較準(zhǔn)宜確的描述壓蘿電陶瓷驅(qū)動通器的特性，贊被廣泛使用石。棍在本課題中少，壓電陶瓷范的精確模型歷對整個工作養(yǎng)臺的建模分業(yè)析和定位控仆制、誤差補(bǔ)兩償?shù)榷计鹬梅浅Ｖ匾闹饔谩Ｒ虼藠?，我們選擇伐Preis煉ach模型討法對壓電陶冠瓷進(jìn)行建模膽。由于Pr嬌eisac鋒h模型建立愉過程中需要扒利用大量的嗽壓電陶瓷電柔壓-位移點拖數(shù)據(jù)進(jìn)行擬邀合，需要大財量的數(shù)值計克算，過程復(fù)廚雜。為了解煙決這一難題護(hù)，我們擬采燭用實驗法在數(shù)數(shù)值擬合過肺程中引入神想經(jīng)智能算法宜，利用神經(jīng)墻網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)呈習(xí)功能實現(xiàn)蹤對不同電壓墊極值點位移教值的求解，擊從而建立關(guān)預(yù)于壓電陶瓷妻的準(zhǔn)確的P驅(qū)reisa面ch模型，橋為實現(xiàn)超精鍋密工作臺的總納米級定位艱控制提供理