您的位置: turnitin查重官网> 工程 >> 工业设计 >探究光栅大面积高精度衍射光栅刻划机结构优化和制约小结

探究光栅大面积高精度衍射光栅刻划机结构优化和制约小结

收藏本文 2024-01-23 点赞:20668 浏览:86540 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:大面积高精度衍射光栅是大型空天地观测仪器的核心光学器件,由于其大尺寸高精度的要求,机械式刻划是其唯一的制造方式。光栅刻划机的整体精度要求极高,而机械结构和制约技术是其精度的决定性因素,二者联系紧密,不可分割,由此机械结构和制约技术也就成为了光栅刻划机探讨的核心,进行光栅刻划机结构优化论述和制约论述的探讨也是提升光栅刻划机制造技术水平的关键。随着各项大型天文物理项目的不断开展,对大面积高精度的衍射光栅制造精度提出了更高的要求。光栅刻线密度、刻线质量(直线度、槽型)由光栅刻划机定位精度和刀尖轨迹直接决定。由此,定位精度和刀尖轨迹是影响光栅光学性能的主要因素。本论文以衍射光栅刻划机作为实验和运用对象,对影响其精度的核心——刻划系统和分度系统两方面进行结构优化和制约探讨。由于光栅刻划机的零部件的加工精度要求高、制造难度大、周期长且造价昂贵,无法在结构优化历程中反复进行样机的试制,因而需要采取基于CAD/CAE集成技术的优化设计手段进行光栅刻划机结构优化的探讨。首先探讨了基于Parasopd的CAD参数化设计策略、CAE技术特点,同时探讨CAD/CAE集成技术和设计方式,结合以上论述提出一个开发效率高,可移植性和可扩展性很强的通用CAD/CAE集成软件框架系统。同时为了进行机械结构CAE浅析以及优化工作,着重浅析光栅刻划机的刻划系统和分度系统机械结构,基于CAD参数化建模技术建立了光栅刻划机整体虚拟样机模型,并进行了光栅刻划的运动学仿真探讨。光栅划机机作为典型的超精密光机电一体化机械系统,其设计与优化需要一个综合的性能浅析作为指导,本论文中探讨了光栅成像论述、计算傅里叶光学论述以及有限元模态浅析,将其结合用于光栅刻划机刻划系统的振动不足浅析,找出了刻划系统造成刻线误差的主要因素——刀架导轨的振动,并提出结构的改善和优化案例,取得了良好的优化效果。考虑到分度系统定位工作台的结构特点和精度要求,开展了基于遗传算法的多目标优化论述探讨工作,为了提升多目标优化的准确性,提出了基于Pro/E-Matlab集成优化技术的集成优化平台,运用Pro/E平台进行精确的实体模型CAE浅析,基于浅析结果在Matlab平台进行多目标最优解搜索,以光栅刻划机分度系统定位工作台为实例进行了多目标结构优化,通过仿真实验验证了优化平台的正确性。最后进行了光栅刻划机分度系统的制约探讨以及刻线误差浅析,以状态空间角度浅析了光栅刻划机制约模型可控性和可观性,提出将基于BP神经网络的PID制约策略用于光栅刻划机定位系统制约,并进行制约实验调试,最终获得了5nm以下的制约定位精度,而且刻线的质量取得了较大的改善。经过对采集的大量测试数据进行批量的数据统计浅析,进行刻线的误差浅析,验证了光栅刻划机机械结构优化以及制约算法的有效性。关键词:衍射光栅刻划机论文CAD/CAE集成论文光栅成像浅析论文计算傅里叶光学论文遗传算法论文多目标优化论文BP神经网络PID制约论文

    摘要5-7

    ABSTRACT7-9

    目录9-12

    插图目录12-16

    表格目录16-17

    第1章 绪论17-25

    1.1 引言17

    1.2 探讨背景与近况17-22

    1.2.1 探讨背景17-19

    1.2.2 国内外探讨近况19-22

    1.3 主要探讨内容22-25

    1.3.1 论文选题22

    1.3.2 主要探讨内容与论文结构22-25

    第2章 CAD/CAE集成系统设计探讨25-49

    2.1 引言25

    2.2 CAD图形系统设计25-34

    2.2.1 Parasopd实体建模内核26-28

    2.2.2 OpenGL关键技术28-31

    2.2.3 基于Parasopd内核和OPENGL技术的CAD图形系统设计31-34

    2.3 基于命令流的消息管理器34-39

    2.3.1 面向CAE并行开发的消息管理器设计35-37

    2.3.2 基于COMMAND方式的命令处理器设计37-39

    2.4 CAD/CAE集成平台设计39-47

    2.4.1 CAD/CAE集成技术40-41

    2.4.2 CAD/CAE集成数据库设计41-44

    2.4.3 CAD/CAE集成平台整体设计44-47

    2.5 本章小结47-49

    第3章 基于CAD参数化技术的光栅刻划机虚拟样机模型探讨49-65

    3.1 引言49-50

    3.2 CAD参数化建模技术50-51

    3.3 光栅刻划机参数化虚拟样机建立51-62

    3.3.1 总体结构浅析51-53

    3.3.2 光栅刻划机分度系统参数化虚拟样机模型建立53-58

    3.3.3 光栅刻划机刻划系统参数化虚拟样机模型建立58-62

    3.4 虚拟样机刻划运动仿真62-64

    3.4.1 刻划运动方式62-63

    3.4.2 刻划运动仿真63-64

    3.5 本章小结64-65

    第4章 基于CAE技术和光栅成像浅析的光栅刻划机刻划系统结构优化探讨65-91

    4.0 引言65

    4.1 光栅刻线的光学浅析65-72

    4.1.1 衍射光栅成像原理66-67

    4.1.2 光栅成像与机械加工误差关联浅析67-69

    4.1.3 基于计算傅里叶光学的光谱浅析策略探讨69-72

    4.2 刻划系统CAE浅析探讨72-83

    4.2.1 CAE概述及其关键技术73-75

    4.2.2 曲柄滑块机构动力学浅析75-78

    4.2.3 刀架导轨CAE模态浅析78-83

    4.3 刀架导轨实验探讨83-85

    4.4 刻划系统结构优化探讨85-90

    4.4.1 刀架导轨结构优化86-88

    4.4.2 刀架导轨结构参数优化88-90

    4.5 本章小结90-91

    第5章 基于遗传算法的光栅刻划机分度系统多目标优化探讨91-115

    5.1 引言91

    5.2 基于遗传算法的多目标优化策略91-96

    5.2.1 多目标优化不足91-93

    5.2.2 遗传算法93-95

    5.2.3 基于遗传算法的多目标优化策略95-96

    5.3 基于Pro/E-Matlab集成优化平台96-101

    5.3.1 集成优化平台结构及优化机制97-98

    5.3.2 集成优化平台子系统98-101

    5.4 光栅刻划机定位工作台多目标优化探讨101-113

    5.4.1 光栅刻划机定位工作台优化不足浅析101-108

    5.4.2 基于遗传算法的工作台多目标优化108-113

    5.5 本章小结113-115

    第6章 光栅刻划机制约实验以及刻线误差探讨115-133

    6.1 引言115

    6.2 光栅刻划机分度系统制约模型探讨115-122

    6.2.1 定位工作台制约模型浅析探讨115-119

    6.2.2 定位工作台系统制约模型辨识119-122

    6.3 基于BP神经网络的分度系统制约探讨122-128

    6.3.1 BP神经网络122-125

    6.3.2 基于BP神经网络的PID制约策略125-128

    6.4 光栅刻划机刻划实验以及刻线误差浅析128-131

    6.4.1 光栅刻划机刻划实验128-129

    6.4.2 光栅刻线浅析129-131

    6.5 本章小结131-133

    第7章 总结与展望133-137

    7.1 主要探讨工作133-134

    7.2 主要革新点134

    7.3 后续工作展望134-137

copyright 2003-2024 Copyright©2020 Powered by 网络信息技术有限公司 备案号: 粤2017400971号