基于水平集的动态接触角算法及在硅橡胶憎水性检测中的应用

浸泡、染污后硅橡胶由于表面变得粗糙和溶质沉淀导致其接触角测量存在滞后效应,为了更加准确表征其憎水性,提出将动态接触角方法应用于此种情况下硅橡胶憎水性的检测.基于动态接触角法的硅橡胶憎水性测量中接触角计算的工作量大,接触角的自动算法对其研究具有重要意义.研究通过水平集方法获得液滴的边缘,该方法基于偏微分方程,能获得全局最优的液滴边缘,抗干扰能力强,与常规方法不同,本文方法获得的边缘点是按顺序排列的,方便后续处理.此后根据液滴边缘拟合误差的大小选择圆拟合方法或多项式拟合方法拟合水珠边缘,最终获得接触角.将常规边缘检测算子、水平集方法均用于水珠图形边缘的获得,然后计算接触角,结果表明了水平集方法的有效性.将动态接触角方法应用于浸泡后的室温硫化(room temperature vulcanization,RTV)硅橡胶涂层的憎水性的检测,结果表明动态接触角方法能更加有效表征浸泡后硅橡胶表面的憎水性.     

微量供油条件下润滑油液滴的生长与脱附

润滑油液滴的生长与脱附性能对于微量供油过程和微量润滑效果有重要影响。采用试验和数值仿真相结合的方法,研究微量供油条件下、在重力环境中的润滑油液滴在毛细管出口端的生长与脱附行为,考察毛细管管径和表面润湿特性变化对润滑油液滴脱附性能的影响。结果表明,润滑油液滴的生长与脱附是毛细力、黏性力、表面张力和重力等共同作用的结果;减小毛细管管径或增大润滑油液滴在毛细管表面的接触角,均可有效减弱毛细效应,降低润滑油液的爬移高度和脱附粒径,改善液滴脱附性能;毛细管管径由1.2 mm减小至0.7 mm过程中,液滴脱附粒径减小了4.5%;接触角由5°逐渐增加至90°的过程中,液滴脱附粒径减小了9.3%;通过选用低表面能材料制作微量供油的毛细管可以显著增大接触角。     

球轴承接触角的测量方法

提出了一种测量球轴承接触角的测量方法并进行了理论分析，设计了相应的测量装置并在实际生产中论证了这种测量方法的可行性和准确性。     

角接触球轴承接触角的简易测量法

接触角的简易测量法是角接触球轴承生产过程中使用的一种测量方法.它是通过观测外圈转角来确定轴承的接触角.此法操作简便、成本低,很适合于生产车间使用.     

阀体壁厚简易测量工具

我厂生产各种规格的高中压阀门，阀体壁厚必须逐台进行检查。为了测量阀体壁厚，我厂曾从日本购进3台数显测厚仪，但由于阀体系铸钢件，外表较粗糙。而数显测厚仪要求被测件表面必须光整(粗糙度应达25以上)，结果数显测厚仪无法用来测量阀体壁厚。最近，我们制成一种简易测量工具，用于测量阀体壁厚，既方便又准确。其结构如图1。     

动态接触角对水银微流体惯性开关的影响

针对传统微机械开关存在信号跳变、触点易磨损等缺点,设计了一种基于MEMS技术的水银微流体惯性开关。为了更准确地反映微通道中水银液滴在惯性力作用下的动态响应历程,基于Bracke、Jiang和Seebergh动态接触角模型编写用户自定义函数(UDF),并根据VOF-CSF多相流数值计算方法,采用FLUENT软件讨论了动态接触角对开关阈值特性和响应时间的影响,模拟了水银液滴在微通道中连续变形的动态过程。仿真结果表明,分别采用Bracke、Jiang和Seebergh模型所得阈值加速度之间的偏差较小,另外与设置静态接触角相比,三种不同模型使得阈值加速度分别增大了4.3%、3.2%和5.4%。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

规则粗糙固体表面液体浸润性对表观接触角影响的研究

在粗糙表面固液接触角的Wenzel模型和Cassie模型的基础上,考虑规则粗糙形貌中液体浸润性对表观接触角的影响,推导出了一种新的规则粗糙表面的表观接触角模型。数值分析结果表明,规则形貌的设计可以控制液体的浸润特性,以及固液表观接触角,其中微孔的孔深和孔分辨率等几何参数成为重要的控制参数。同时,我们进行了相关的实验验证。这种考虑液体浸润性的表观接触角模型,也提供了对表观接触角滞后现象解释的可能。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

直槽绞刀前后角的测定及计算

直槽绞刀前、后角的测定方法很多;例如:有专门用以测定绞刀的绞刀检查仪有在工具显微镜上测定绞刀的专用照明装置;以及用检定钻头的仪器检定绞刀。还有用工具显微镜或者大型投影仪以端面轴向投影影像法或表面反射法进行测定。也有用光学分度头,或者其他角度计量器具以机械接触法进行测定等等。 这里介绍一种借以光断面原理来对绞刀的前、后角进行测定的方法。这种测定方法的获得,是以双管显微镜的光学系统部分,大型工具显微镜的测角装置和便于调整的万能工作台联合使用而进行。即把双管显微镜的光学系统结构部分,连接于工具显微镜上以工具显…     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

三维姿态角高精度测量装置

基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵,提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法,并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型,根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统,采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法,保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证,并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明:在±20′的视场范围内,三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″,2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高,且易工程实现三维姿态角的测量。     

From natural to biomimetic: The superhydrophobicity and the contact time

The superhydrophobicities and the contact time of lotus leaf and reed leaf were investigated. The results indicated that both lotus leaf and reed leaf have good superhydrophobic properties, and the water contact time was 12.7 and 14.7 ms on the surface of lotus leaf and reed leaf, respectively. Surface structure plays a key role in the different contacting times. Homogeneous distribution of papillae on the surface of lotus leaf was more helpful to reduce the contact time than anisotropic groove‐shape on the surface of reed leaf. Based on the bionics coupling theory, the bionics sample possessing similar lotus‐leaf‐like surface structure on the aluminum alloy was designed and fabricated successfully. The water contact angle was about 153 ± 2°, sliding angle less than 5°, and the water contact time was 13.4 ms on the surface of bionics sample, which presented excellent superhydrophobic property, and achieved the aim of bionic design. Microsc. Res. Tech. 79:712–720, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

用于星载激光通信终端的绝对式光电角度编码器

针对星上激光通信终端二维转台的精确控制,设计了实时测量转台旋转角度的专用型光电角度编码器。根据星载激光通信终端所需测角系统的设计指标,分别对光电角度编码器的码盘、指示光栅及光电信号的提取方法进行了设计和选择。其中,格林二进制绝对式编码结合高质量的电子学细分,实现了编码器24位的绝对角度测量;四象限矩阵编码方式有效地减小了码盘的径向尺寸;分体读数头式指示光栅较整周玻璃盘大幅度压缩了体积和重量。在室温条件下对安装在星载激光通信终端上的光电角度编码器进行了测角精度检测。结果表明:该测角系统的角度测量精度约为0.7″(优于1.0″)。激光通信终端设备的在轨稳定运行及捕获、跟踪和通信功能的正常发挥,进一步验证了所设计的光电角度编码器测角精度高、抗辐射能力强、工作可靠性高,满足星载激光通信终端设备的应用要求。     

基于准布儒斯特角法研究抛光过程中光学材料的表面质量

光学硬脆材料在机械加工过程中不可避免地形成表面/亚表面损伤,对器件性能、使用寿命等具有至关重要的影响。相较于磨削、研磨两种前道工艺,抛光阶段材料的损伤逐渐减少至极其微量的程度,而最终残留的损伤将伴随材料的使用全周期,研究抛光阶段表面质量的变化过程对掌握抛光的工艺质量十分必要,但测量难度高。针对这一问题,本文在总结抛光阶段损伤形式的基础上,首先仿真分析了准布儒斯特角法检测表面质量的原理和优势,随后以Nd∶GGG激光晶体为研究对象,利用椭偏仪对不同抛光工艺下样品表面质量的变化进行了实验研究。通过与白光干涉法测量的表面形貌进行对比,准布儒斯特角偏移量和相位角变化曲线斜率准确地反映了抛光过程中表面质量的变化,展现了该方法的无损伤和高灵敏度特性,以及辅助研究抛光工艺的可行性。最后,对准布儒斯特角法在表面质量检测方面面临的问题进行了分析和展望。     

摆臂式非球面轮廓仪的原理与试验

介绍了一种新颖的非球面轮廓仪的测量原理和测量试验,它通过测量非球面与某一参考球面之间的偏离量来唯一确定非球面的面形误差,通过调整测量臂长以及回转轴线与光轴之间的夹角实现对不同非球面的测量。系统主要由高精度两维转台,高刚度测量臂,四自由度微调系统和高精度扫描测量传感器组成,并分别在VC++6.0与MATLAB平台上开发了测控软件以及数据处理软件。该测量方法的优点是测量所需传感器量程小,测量运动为一个简单的回转运动;缺点是测量调整自由度多,校准困难。建立了测量系统的数学模型,通过测量数据与名义面形之间的非线性优化,在获得面形误差的同时获得了非球面面形参数误差。通过测量多条截线实现了对非球面面形的全口径检测。最后对直径200 mm,顶点曲率半径1 400 mm的凹形抛物面镜进行了测量,结果表明,系统重复精度优于0.8 μm,精度优于1 μm。     

Velocity vector (3D) measurement for spherical objects using an electro-optical device

The present paper describes a procedure to measure the velocity vector (3D) of a spherical object using an electro-optical device configured as a single large detection area optical barrier. The proposed procedure allows a measurement accuracy up to 0.1% in some cases and presents several advantages in relation to other measurement procedures like image processing, doppler-radar and some other electro-optical devices. The procedure is independent of the relative position of the measurement device in relation to the object trajectory. The fact of using a single optical barrier reduces the space required in the movement direction and increase the cases where the device can be used. A prototype has been built and tested.     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。