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第一章 精密仪器设计概论1

§1-1 概述1

一、精密仪器是仪器仪表学科的重要组成部分1

二、我国精密仪器发展的状况1

三、仪器仪表行业的任务2

四、本课程的目的与要求2

§1-2 仪器的分类2

§1-3 仪器的基本组成4

一、设计指导思想6

§1-4 精密仪器设计的指导思想、原则与程序6

二、设计原则7

三、设计程序8

§1-5 精密仪器发展的特点和趋势8

第二章 精密仪器设计的精度理论10

§2-1 仪器精度理论中的若干基本概念10

一、误差10

二、精度11

三、精密仪器的精度指标13

§2-2 仪器误差的来源与分析22

一、原理误差22

二、制造误差23

三、运行误差24

§2-3 仪器误差的计算分析方法27

一、误差独立作用原理27

二、微分法28

三、几何法29

四、逐步投影法29

五、作用线与瞬时臂法30

§2-4 仪器误差的综合33

一、随机误差的合成33

二、系统误差的合成34

三、不同性质误差的合成35

四、误差合成举例35

§2-5 仪器精度设计与误差分配38

一、仪器精度指标的制定38

二、仪器精度分配步骤与依据38

三、误差的分配方法39

§2-6 仪器的动态精度40

一、临界频率特性41

二、被测量件的临界送进速度41

三、极限动态误差41

四、精度幅频特性42

五、精度过渡函数43

第三章 精密机械系统的设计46

§3-1 基座与支承件46

一、基座与支承件的结构特点及主要技术要求46

二、基座与支承件的结构设计50

三、基座与支承件的材料选择65

§3-2 精密X-Y工作台66

一、X-Y工作台的性能要求、型式及组成66

二、导轨的基本要求68

三、滑动摩擦导轨77

四、滚动摩擦导轨80

五、液体静压导轨86

六、空气静压导轨98

§3-3 伺月艮机械系统设计108

一、伺服系统的分类109

二、机械传动装置的主要参数确定原则110

三、机械传动装置的特性分析和计算113

四、开环系统的误差分析与校正114

五、开环系统的力Ⅱ减速控制电路121

六、闭环伺月艮系统123

一、主轴系统设计的基本要求139

§3-4 主轴系统139

二、滚动摩擦轴系146

三、滑动摩擦轴系152

四、主轴设计182

第四章 微位移技术184

§4-1 概述184

一、微位移机构的分类及应用185

二、几种常用的微动工作台简介187

§4-2 压电、电致伸缩器件193

一、压电与电致伸缩效应——机电耦合效应193

二、材料194

三、压电、电致伸缩器件196

§4-3 电磁控制的微动工作台199

一、电磁驱动原理199

二、位置控制范围200

三、设计中考虑的几个问题201

四、应用实例202

§4-4 柔性铰链203

一、柔性铰链的类型203

二、柔性铰链的设计203

二、精密微动工作台设计中的几个问题211

一、微动工作台的设计要求211

§4-5 精密微动工作台的设计及其特性分析211

三、精密微动工作台的设计215

四、微动工作台的特性分析217

§4-6 其它类型的微位移机构221

一、电热式微位移机构221

二、机械式微位移机构222

三、机械组合式微位移机构223

§4-7 调焦与调平225

一、气动调焦227

二、斜光束自动调焦233

三、象散法自动调焦236

四、比相法自动调焦237

五、图象处理法自动调焦239

六、偏心光束法自动调焦242

七、其它自动调焦方法简介244

第五章 定位与测量系统248

§5-1 概述248

§5-2 光电编码技术249

一、编码器的种类249

二、透射式光电编码器中的几个基本问题253

一、莫尔条纹定位测量原理255

§5-3 光栅定位测量系统255

二、莫尔条纹读数系统259

三、光栅副的设计262

四、影响莫尔条纹信号的因素262

五、莫尔条纹信号的细分265

六、圆光栅莫尔条纹270

七、三光栅系统275

八、零位光栅277

§5-4 其它编码器283

一、线纹尺与度盘283

二、码尺与码盘285

三、感应同步器与旋转变压器287

四、磁栅290

§5-5 激光干涉定位测量系统293

一、干涉仪的原理293

二、干涉仪设计中的几个问题294

三、双频激光干涉仪319

§5-6 微小尺寸测量系统323

一、微位移的测量324

二、微细图形尺寸的测量324

三、膜层厚度测量330

第六章 瞄准与对准系统340

§6-1 接触式瞄准方法341

一、机械测头341

二、光电测头345

三、电学测头345

§6-2 非接触式瞄准方法350

一、光学法350

二、光电显微镜352

三、光电准直仪359

§6-3 光电自动对准系统360

一、光度式光电自动对准361

二、扫瞄式光电自动对准364

三、光栅衍射式光电自动对准370

四、波带片式光电自动对准374

五、x射线、电子束自动对准376

第七章 总体设计378

§7-1 设计方法概述378

一、新产品设计试制过程378

二、设计方法概述380

§7-2 设计任务分析384

一、主要参数与技术指标的内容385

§7-3 主要参数与技术指标385

二、确定主要参数和技术指标的方法386

§7-4 总体方案的制定393

一、基本设计原则393

二、总体方案制定的内容404

第八章 典型精密仪器设计411

§8-1 概述411

一、集成电路发展简况411

二、大规模集成电路制作技术411

三、国内外图形发生器简况414

§8-2 光学图形发生器总体设计419

一、光学图形发生器制版的基本原理及图形发生器的基本功能420

二、主机总体方案421

三、精密定位工作台426

四、计算机控制方式427

五、光学系统与成象质量428

§8-3 TF-2型光学图形发生器的设计简介432

一、TF-2型光学图形发生器设计技术指标432

二、设计任务分析及总体方案432

三、整机结构原理434

四、误差分配与精度分析439

主要参考文献442