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Abstract
P.N. Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow119991, Russia
Nowadays, inertial confinement fusion (ICF) research related to noncontact positioning and transport of free-standing cryogenic targets is playing an increasingly important role in this field. The operational principle behind these technologies is the magnetic acceleration of the levitating target carrier (or sabot) made from Type-II, high-temperature superconductors (HTSCs). The physics of interaction among levitation, guidance and propulsion systems is based on a quantum levitation of high-pinning HTSCs in the mutually normal magnetic fields. This paper discusses current target delivery strategies and future perspectives to create different permanent magnet guideway (PMG) systems for ICF target transport with levitation. In particular, several PMG building options for optimizing both suspension and levitation of ICF targets using an HTSC-sabot will be analyzed. Credible solutions have been demonstrated for both linear and round PMGs, including the ones with a cyclotron acceleration process to realize high-running velocities of the HTSC-sabot for a limited magnetic track. Focusing on physics, we describe in detail the main aspects of the PMG building and the results obtained from computations and proof of principle experiments. High-pinning HTSC magnetic levitation promises a stable and self-controlled levitation to accelerate the ICF targets placed in the HTSC-sabots up to the required injection velocities of 200 m/s and beyond.
high-temperature superconductor-sabot inertial confinement fusion permanent magnet guideway system stability target delivery with levitation Type-II superconductivity High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(2): 02000e11
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130022
考虑采用静态三步拼接曝光法的扫描干涉场曝光系统的性能与工作台的定位精度及稳定性相关, 设计了一种大行程、高精度二维工作台以提高其定位精度。采用摩擦驱动和压电陶瓷微位移机构组合的方式构成宏、微进给机构, 由闭式气体静压导轨带动工作台实现沿X、Y两个方向的光栅分度与扫描运动。优化设计了摩擦驱动机构和气体静压导轨结构, 并对工作台整体结构固有频率进行了有限元分析。使用自准直仪检测了导轨在X、Y方向的直线性, 结果显示其两方向偏航和俯仰精度均在±0.04 μm以内。使用激光干涉仪检测了导轨在X方向的定位精度和定位噪声, 结果表明, 对X向行程为220 mm、Y向行程为300 mm的工作台, 其X方向的定位精度优于±5 nm, 定位稳定性可达±25 nm。得到的结果满足扫描干涉场曝光系统工作台纳米级定位精度的要求。
扫描干涉光刻系统 高精度工作台 气体静压导轨 摩擦驱动 纳米级定位 scanning interference lithographic system high-precision stage gas hydrostatic guideway friction drive nanometer positioning
北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
为了实现大量程、高精度测量系统的快速驱动与定位,结合双频激光干涉仪、可回收废气的空气静压导轨、精密滚珠丝杆以及伺服控制系统,研制了一套定位精度高、重复性好的快速精密定位系统.该系统以双频激光干涉仪为测长基准,实时反馈系统工作台位置信息;采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对激光干涉测量光路系统的影响;在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节伺服控制器的PI参数使系统拥有快速平稳的响应特性.经实验测试,在500mm行程范围内,该系统的轴线双向定位精度可以达到0.266μm,重复定位精度可以达到0.173μm,具有较好地快速响应特性.应用所研制的精密定位系统对一维直线光栅样品进行了扫描,并与用Olympus共焦显微镜测得的数据进行了比对,表明系统具备良好的轴向定位能力.
光学测量 快速精密定位 双频激光干涉 空气静压导轨 PID控制 定位精度 optical measurements high-speed precision positioning double-frequency laser interference aerostatic guideway PID control positioning accuracy
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
尝试在大型衍射光栅刻划机中使用气浮导轨承载金刚石刻划刀具系统运行。气浮导轨同时承担刀具系统的承重与导向任务，由于使用气体作为润滑剂而接近零摩擦状态，可以避免触点磨损及低速爬行现象。分析了气浮导轨工作过程中产生的误差及该误差对刻划刀具运动轨迹的影响，并使用双频激光干涉仪测量刻划过程中刻划刀具运动的直线度误差。测量结果表明，金刚石刀具系统单向行程400 mm 时，该误差约为200 nm，小于使用石英导轨承载刀具系统时的误差，同时在高频振动方面有明显改善。刻制一段79 gr/mm，400 mm×500 mm 的中阶梯光栅，观察其衍射光斑并使用照度计检测得其不同位置杂散光强度为0.2‰~5‰，实验结果表明使用气浮导轨承载刻划刀具可以满足光栅刻划精度要求。
光栅 衍射光栅 光栅刻划机 气浮导轨 双频激光干涉仪 刀架系统
1 太原科技大学机械工程学院, 山西 太原 030024
2 浙江大学宁波理工学院机电与能源工程学院, 浙江 宁波 315100
采用正交实验优化了激光加工导轨试样的工艺参数，用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对试样进行了显微组织分析和硬度测试，并在油润滑下与常规处理试样进行了磨损性能对比试验。结果显示，电流对硬化深度影响最显著，然后依次为扫描速度、脉宽和频率，优化后的激光加工参数：扫描速度为0.25 mm/s，电流为150 A，脉宽为10 ms，频率为7 Hz。激光加工试样熔凝区分布有球状石墨，相变区晶粒尺寸较熔凝区更细小，分布更均匀；硬度较常规处理有显著提高，其分布无变化梯度。当循环次数达38000时，激光加工试样较常规处理试样耐磨性提高约1倍。
激光技术 激光强化 导轨 参数优化 显微组织 显微硬度 耐磨性
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院 光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春130033
在简要分析和对比各种检测导轨直线度方法的基础上，提出利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法，对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究。结合工程实例，对一数控机床的20 m超长导轨进行了直线度测量，得到其2个方向上的直线度分别为27 μm和25 μm。该方法拓宽了激光跟踪仪的现有功能，能精确快速地完成对超长导轨直线度的检测，并可以实现对超长导轨2个方向直线度的分离，测量导轨的长度可达到70 m，检测精度为0.4 μm/m。
光学检测 直线度 激光跟踪仪 超长导轨 optical detection linearity error laser tracker long guideway
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室， 天津 300072
2 天津大学微光机电系统技术教育部重点实验室， 天津 300072
为测量机床主轴回转轴线与同向导轨间的平行度，研制了一种基于激光位移传感器的机床测头，并结合逼近式孔心定位法提出一种新的平行度检测方法。该方法以回转轴线不变为前提，借助一标准环规，让环规的同一截面位于主轴轴线的不同点，利用两次精确定位所获得的坐标值，计算导轨和机床回转轴线的平行度。利用该检测方法，可消除实物芯轴类测量方法所涉及的一些缺陷，可在主轴高速旋转时完成测量。实验证明，该方法能够完成机床主轴轴线与同向导轨平行度的测量，有望作为一种新的检测手段对机床进行校验。
测量 机床检验 平行度 孔心定位 导轨 回转轴线 非接触测量 中国激光
2012, 39(11): 1108015
1 哈尔滨工业大学深圳研究生院， 广东 深圳 518055
2 九江学院信息学院， 江西 九江 332005
针对机床导轨系统的误差补偿问题，提出一种基于激光跟踪仪的机床导轨误差检测方法。利用齐次坐标变换的方法建立导轨系统的误差模型，给出6项原始误差与空间误差的关系。在导轨系统的运动平台上选取不共线的3点，并利用激光跟踪仪检测出3点的空间坐标，然后逆用导轨系统误差模型，建立包含所有机床导轨系统原始误差的方程组，进而求得所有空间误差。实验中，分别利用误差检测方法和传统九线法检测导轨系统的偏摆误差，二者的检测结果一致性非常好，且最大差异只有0.74″，证明了该方法的有效性。相对于传统方法，基于激光跟踪仪的机床导轨误差检测方法操作简单、易于实现。
测量 导轨系统 误差模型 齐次变换 误差检测 激光跟踪仪
