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