大光栅刻划机刻划系统结构设计与刻线弯曲误差机械修正

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1、c密级:中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文Ij划机刻划系统结构设计与刻线弯曲_误差机械‘iSiBji作者姓名：指导教师：学位类别：学科专业：培养单位：中国科学••:1:20丨5年5月：.••独创，声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本又在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果。对本人的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。N学位论文作者签名：W榻日期:她-口学位论文使用授

2、权书本学位论文作者完全了解中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研宄所有关保留、使用学位论文的规定，即：中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研宄所有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：免释指导教师签名：日期：她.曰期：丄6T学位论文作者毕业后去向:电邮is:工作单位：.€通讯地址

3、：_密级:博士学位论文大光栅刻划机刻划系统结构设计与刻线弯曲误差机械修正作者姓名:宋楠指导教师:唐玉国研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:工学博士学科专业:光学工程培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2015年5月TheDesignoftheRulingSystemoftheLargeDiffractionGratingRulingEngineandtheMechanicalCorrectionofGrating-lineCurveErrorBySongNanADissertationSubmittedtoUniversityofChi

4、neseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceinEngineeringChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciencesMay,2015摘要大光栅刻划机刻划系统结构设计与刻线弯曲误差机械修正宋楠（光学工程）导师：唐玉国研究员摘要衍射光栅是一种极为重要的色散元件，大面积高精度的平面衍射光栅在军事、天文、核能、航天航空及民用领域的应用十分广泛。衍

5、射光栅的主要制造方法有机械刻划法和全息刻蚀法两种，其中对于某些特殊光栅如低刻线密度的红外激光光栅和所有中阶梯光栅等由于其刻线较深且对槽形要求非常严格，必须采用机械刻划法制造。光栅刻划是一种极为精密的技术，光栅刻划机被誉为“精密机械之王”。本论文受“十一五”国家重大科研装备研制项目资助，进行大型高精度衍射光栅刻划机（以下简称大光栅刻划机）刻划系统结构的设计工作，探索降低机械刻划光栅刻线弯曲误差，提高大面积机械刻划光栅质量的方法，对刻划系统各部分的误差进行了理论分析与实验验证，根据实验结果对刻划系统的结构进行改进，并进行了大面积光栅的刻划实验。首先介绍了光栅刻划机的结构

6、组成及基本工作原理，分析了光栅刻划机的误差来源，介绍了刻线弯曲误差的检测方法并进行了大光栅刻划机的误差分配。第二，设计刻划系统石英导轨方案；确定导向导轨的结构形式并对其进行静力学分析，计算其工作状态下的变形对光栅刻线的影响；设计具备抬落刀、各方向自由度调整及在线换刃功能的金刚石刻刀刀架结构并分析其误差；驱动机构采用等速凸轮推动上下两级推杆的形式，通过改变其放大比可实现不同刻线长度，优化计算等速凸轮的轮廓曲线并进行了驱动机构的受力分析。第三，分析刻划系统工作过程中造成光栅刻线弯曲误差的各项因素，进行分段检测并提出机械修正方案；针对等速凸轮驱动下出现的换向冲击问题，设计

7、用于间歇刻划模式下的非等速驱动I中国科学院大学博士学位论文：大光栅刻划机刻划系统结构设计与刻线弯曲误差机械修正机构即非等速凸轮/曲柄连杆驱动机构降低该影响，在模拟光栅刻划实验中发现刻划刀架受摩擦力影响出现爬行现象，导致刀架振动的谱密度增加，不利于进行闭环控制。第四，为消除爬行现象，使用气浮导轨取代石英导轨；介绍了气浮导轨的基本工作原理，根据光栅刻划要求及大光栅刻划机整体结构限制确定了气浮导轨的结构形式，并设计了兼顾稳定性与可调节性的支撑结构，采用双气浮导轨并联的形式以提高气浮导轨的刚度；对气浮导轨结构尺寸参数进行了优化计算并对其导向面的变形进行了有限元分析；根据