基于面形斜率的高斯径向基自由曲面优化设计及公差分析

基于面形斜率的高斯径向基自由曲面模型在面形表征和系统设计中具有优势,但基函数数目较多,导致优化效率低、公差分析困难等问题。本文对基于面形斜率的高斯径向基模型优化设计和公差分析方法开展研究,利用模型的面形表征局域特性,将全局优化和局部优化相结合,提出了一种新的优化设计方法。利用数学统计的方法,确定了基函数系数和自由曲面面形矢高之间的线性关系,直接设定系数公差范围初值,通过大样本统计后确定自由曲面的合理面形公差。将该优化设计和公差分析方法应用到基于面形斜率的高斯径向基自由曲面型头戴显示系统,设计结果表明:头戴显示系统全视场内在23lp/mm处大于0.3,系统最大畸变为3.45%,达到了系统设计指标,并基于公差分析结果进行实验系统集成,成功实现了图像显示。本文所提出的优化设计方法和公差分析方法为基于面形斜率的高斯径向基自由曲面模型和其他局域型自由曲面模型的应用提供了重要的借鉴意义。     

三维视觉测量技术中的双目纹理映射技术

设计了基于双目摄像机的三维纹理映射系统,单色和彩色摄像机分别负责三维坐标和颜色信息的采集;建立了双目摄像机的像素匹配模型,并设计了简单的标定方法,确定模型中的内部和结构参数,建立高精度的像素对应关系,配合实现三维数据的纹理映射。还对双目纹理映射方法的测量过程进行了详细描述。经过实验验证,该方法不仅简单易用,还具有高于0.1个像素的匹配精度。     

金刚石刀具单点切削单晶硅加工表面特性

本文利用超精密机床对单晶硅进行了斜切及车削实验,采用拉曼光谱仪测量单晶硅材料切削表面的损伤,利用高斯和洛伦兹分布拟合拉曼光谱得到单晶硅表面相变层厚度及残余应力信息．结果表明,单晶硅切削表面与磨削、纳米划擦表面不同,除了非晶相外,测不到其他高压相．随着切削厚度的增大,单晶硅表面非晶层的厚度和表层的残余应力也会相应增加．较大的切削厚度使得残余应力变得不均匀,最终导致单晶峰退简并分裂成2个或3个峰．一般单晶硅的塑性车削生成表面由于切削厚度相对较小,其表面非晶层相对较薄,表面存在轻微残余压应力．当车削生成表面的切削厚度较大时,表面有脆性凹坑,非晶层相对较厚,残余压应力较大．车削过程是对已加工表面的切削,由于已加工表面非晶硅的存在,采用较高的切削速度可以增加切削区域温度,提高单晶硅表面非晶层的塑性,可加工出更好的光学表面．     

基于电磁场分析的快速刀具伺服系统的设计(英文)

基于快速刀具伺服(FTS)系统的单点金刚石车削是加工光学自由曲面的重要方法之一.传统的直线刀具伺服系统都具有频率响应低的问题,严重限制了可以加工自由表面的复杂程度.文中介绍了麦克斯韦力驱动的快速刀具伺服系统的设计,电机采用永磁体偏置模型实现线性驱动,根据磁路设计原理推导了电机的运动公式,利用有限元分析(FEA)的方法分析了电机模型在高频信号驱动时的受力曲线、涡流损耗的大小和分布情况.根据分析的结果设计了电机的驱动系统,并进行了开环正弦驱动实验和电极频率响应曲线的测试,最终利用PID算法实现了FTS系统的闭环控制.基于麦克斯韦力驱动的FTS系统的最佳驱动频率应小于40 kHz,系统目前行程可以达到15.75μm,最大的频率响应可以达到100 kHz,系统可以跟踪500 Hz正弦波运动.     

新型方向性平面靶标及拓扑定位算法

设计了一种新型方向性平面靶标。区别于现有方向性靶标,该靶标仅由简单的圆组成,因此,设计和加工简单。针对靶标结构特点,提出了基于共线性规则的拓扑定位算法,实验证明,该算法处理准确、稳定可靠。根据应用需求,靶标易于改型使用,并提供了球和圆环型靶标的应用实例。     

基于准连续介质理论的单晶铜纳米切削过程仿真

为了提高计算精度和扩大计算尺寸,克服分子动力学模拟方法计算效率低、模拟尺寸小、边界条件影响大等特点,本文采用多尺度准连续介质力学数值方法对单晶铜纳米切削过程进行仿真,探究单晶铜的纳米切削机理。验证了不同的刀具前角、切削厚度对切削过程中的位错、切削力和残余应力的影响。实验结果表明,当采用同一把刀具时,随着切削厚度的增加切削过程中的切削比能逐渐减小而位错深度、残余应力均相应增加。当采用同一个切削厚度,不同的刀具前角时发现,采用负前角切削过程中的切削力波动范围最大。     

车轮定位参数的线激光非接触方法研究

研究了汽车车轮定位参数的线激光非接触测量方法。每个车轮使用3个线结构激光传感器,通过求取轮胎上3条特征曲线的切平面来确定车轮的空间位置。轮胎切平面的求取精度是车轮定位量否准确的关键,比较了不同方案的特点,提出了二维椭圆拟合和三维搜索算法结合的轮胎切平面求取算法,并进行了现场实验研究。结果表明,该算法运算速度快,稳定可靠,切平面位置求取准确,定位参数的标准偏差小于2’。     

采用微刀具的菲涅耳器件超精密制造方法

菲涅耳器件是红外传感器等领域不可或缺的高性能光学元件.其高效和高精度的制造方法是目前研究的重点.文中借助单点金刚石切削技术实现菲涅耳器件加工,采用半圆头型刀具有效减小不可切削区域,并基于聚焦离子束微加工方法进行微刀具制备.对所提出方法的关键技术和制造工艺进行了详细论述.对不同应用领域的两类菲涅耳器件进行加工实验.并建立光学测试平台进行光学性能分析.实验结果表明:所提出的方法可满足菲涅耳器件的应用需求.     

电路板锡膏均匀性参数检测系统

建构了电路板锡膏的三维测量系统,实现了印刷锡膏均匀性参数的获取,从而达到对表面贴装质量进行监控和评价的目的．该系统基于线结构光测量原理,借助扫描技术实现三维轮廓测量．利用Tsai的径向排列约束法标定摄像机参数,由特制的棱角标定块实现光平面参数的标定．提出了电路板基层面自动确定方法,即根据图像特性实现锡膏和基层面的分离;并采用主元素分析法进行平面拟合,实现锡膏均匀性参数的计算和统计．采用该实验设备在半导体生产线上进行了大量测量,实验结果表明该系统操作简单、稳定可靠．