哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
设计了一种精密电动反射镜架的机械结构,通过微驱动装置的设计调试以及并联驱动机构的解耦运算,使设计的电动反射镜架达到±7.5 mrad的运动行程、0.3 μrad的单步分辨率。对反射镜架进行了有限元模态分析,得到了其固有频率及所对应的模态振型;在此基础上,对电动反射镜架的动态特性进行了实验测试,根据模态分析与动态特性测试的结果,对反射镜架进行了随机振动分析,验证了反射镜架在地脉振动影响下的稳定性指标优于0.5 μrad。
激光光学 反射镜架 柔性并联驱动机构 有限元 模态分析 动态特性测试 随机振动分析
哈尔滨工业大学机电工程学院精密工程研究所, 黑龙江 哈尔滨 150001
研究了激光诱导微粒的三维空间传播规律。实验结果表明:光斑面积为0.8 mm
2、激光分光比为25.4、能量平均值为8 mJ的单脉冲激光与融石英作用产生的微粒的直径为0.3~10.0 μm;这些微粒大多沿中性面喷出,散射角大,浓度呈上高下低的分布形式;微粒在水平面上的沉降占比沿纵向(入射光线反方向)和横向(垂直入射光线方向)单调递减,但在纵向120 mm和360 mm处出现了局部高峰。微粒的运动距离与其直径成反比,直径为0.3 μm的微粒的最远出射距离不大于622 mm。
激光光学 激光诱导微粒 融石英 微粒传播 污染物分布 损伤
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
光栅拼接技术是获得拍瓦激光系统中大口径光栅的一种有效技术途径。通过设计五自由度并联拼接机构, 采用滚珠丝杠+压电陶瓷的宏/微双重驱动技术实现毫米工作范围内纳米精度的定位。通过基于有限元法的位移耦合特性分析表明, 该机构具有较高的线性度, 位移耦合所产生的误差为纳米级, 光栅拼接的相对角度偏差小于0.2 μrad, 位移偏差小于20 nm。将两块200 mm×400 mm的光栅安装在该拼接机构上进行实验研究, 获得了清晰的远场焦斑图像, 证明该机构可以满足大口径拼接光栅系统的精度要求。
测量 拼接光栅 柔性并联机构 宏/微双重驱动 有限元法
哈尔滨工业大学 机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
非临界相位匹配条件下, 为保证大口径倍频晶体具有较高的温度稳定性与一致性, 在全口径范围内实现最优的倍频转换效率, 设计了一种采用电加热方法进行高精度温度控制的装置。在装置设计中, 充分考虑倍频晶体导热系数小、形状薄而大的特点, 通过热传导加热倍频晶体, 并同时加热装置其他部分, 形成自然对流, 均衡晶体温度。通过仿真和实验得到该装置温度分布的整体规律, 得到在不同加热长度下, 晶体稳定温度及稳定所需时长随晶体材料导热系数变化的规律。实验和仿真均表明: 该装置能加热Φ80 mm口径的倍频晶体至目标温度, 并将其温度一致性控制在±0.15°C范围内。
激光器 ADP晶体 温度控制 非临界相位匹配 惯性约束聚变 lasers ADP crystal temperature control noncritical phase matching inertial confinement fusion 红外与激光工程
2017, 46(4): 0420001
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
在惯性约束核聚变装置中，为了实现高精度光束焦点位置调整的目的，采用了基于高精度自动调整反射镜进行光束准直引导的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了不同驱动方式下电动反射镜的调整精度数据.结果表明：柔性铰链连接直线微位移驱动机构和旋转轴框，能够有效地消除摩擦和间隙等对精度的影响，该电动反射镜能够在±15 mrad 的运动范围内实现1 μrad 激光光束指向调整分辨率，满足了神光-Ⅲ装置的技术要求。这一结果对大型激光器中高精度光束调整系统的设计是有帮助的。
激光器 惯性约束核聚变 精密定位 电动反射镜
1 哈尔滨工业大学 精密工程研究所， 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 机电学院， 哈尔滨 150001
针对高洁净的真空环境下终端光学组件内运动机构的润滑问题，采用等离子体浸没离子注入(PIII)技术对复杂形状的零件进行表面改性，通过轴承内外圈表面改性前后的对比实验分析，结果表明，通过对注入元素、剂量和能量的选择，可以大幅度提高材料表面的硬度及耐磨性，并且零件的尺寸精度及表面粗糙度保持性好，充分证明了PIII技术可以在满足颗粒洁净度和有机物洁净度的双重要求条件下，提高运动部件抗摩擦磨损性能，延长微驱动机构的运动精度寿命，是解决终端光学组件中润滑问题的有效途径。
等离子体浸没离子注入 高真空 摩擦磨损 PIII技术 plasma immersion ion implantation high vacuum frictional wear PIII technology 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2371
1 哈尔滨工业大学,精密工程研究所,黑龙江,哈尔滨,150001
2 东京工业大学,精密工学研究所,日本,横滨,2268503
建立了高增益PID闭环控制系统,在"直流伺服电机+滚珠丝杠"驱动机构上实现了大范围的纳米定位.对于"伺服电机+滚珠丝杠"驱动系统来说,摩擦是实现纳米定位精度的主要障碍,它影响着系统微动特性并导致稳态误差.针对这种驱动系统,在根据标定参数计算得到的线性传递函数的基础上,设计高增益不完全微分、比例反馈PID控制器,配置闭环控制系统的极点为负实轴上的多重极点,避免了摩擦力建模和补偿.实验结果表明,该高增益闭环控制系统有效地抑制了摩擦等非线性因素的影响,在系统的宏动和微动特性阶段都可以实现单步的纳米定位并取得了一致的响应,10 nm～10 mm阶跃响应的稳态误差不超过±2 nm.
滚珠丝杠 PID控制器 纳米定位 摩擦
