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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