基于神经网络的机器人抛光材料去除提升模型

提出了一种基于深度神经网络的提高材料去除模型精度的策略。提出一种具有特征选择能力的深度学习算法。在机器人抛光的材料去除率模型的基础上,生成由材料去除率和相应的抛光参数组成的一系列仿真样本。深度学习算法学习了仿真样本和实际样本,建立了深度学习模型。通过使用所提出的深度学习模型,根据抛光参数,估测测试样本的材料去除深度,并计算估测了测试样本的材料去除深度与实际的测试样本的材料去除深度之间的误差。结果表明:改进后的模型可以获得比传统模型更高的精度。     

光学自由曲面误差评定中匹配方法的研究

研究了光学自由曲面轮廓误差评定中被测曲面和设计曲面的匹配方法。在曲面中心重合和近似法矢重合的基础上,提出了五点预定位法,即先定义曲面中心,然后利用搜索的方法得到相互间距离最大的4个角点,通过这5个点的匹配实现曲面的预定位。在精调整中,提出了二次优化方法,即综合运用最小二乘法和最小条件原则进行曲面的高精度匹配,并进行了仿真实验。实验结果表明,匹配精度可达纳米级。最后通过一个非球面实测实验,证明了算法的有效性。     

自由曲面光学的超精密加工技术及其应用

突破传统光学成像系统设计理论和方法,将自由曲面引入光学成像系统中,极大地提高了系统的成像质量和能量的传输效率;采用先进数控超精密制造技术加工自由曲面光学元件,解决了自由曲面光学元件加工的技术瓶颈.开发了自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法,以及多轴超精密数控加工光学自由曲面的自动编程及其刀具轨迹仿真系统,建立了自由曲面三维拓扑预测模型与优化系统,研发了多个自由曲面测量及评估方法,并搭建了自由曲面光学设计、加工、测试一体化的集成平台.上述核心技术有助解决国际上对复杂自由曲面光学元件在超精密加工及纳米级表面测量中的关键技术难题.研究成果推动了超精密加工及纳米测量领域内的技术进步.     

光学自由曲面面形误差评定算法的研究

研究了光学自由曲面面形误差的评定算法.提出了5点定位和分步多级的曲面匹配法,对曲面的中心点和4个角点进行初匹配,提高匹配速度;运用最小二乘法和最小区域法相结合实现精匹配,实现了实测曲面到设计曲面的高效高精度匹配.提出了一组基于给定容差μ的μ-系列光学自由曲面误差评定参数,使误差评定更具有有效性和灵活性.并通过实验验证了评定算法的准确性.     

超精密抛光自由曲面光学的表面生成

超精密抛光是一种新兴的用于制造高精度、高品质的自由曲面光学加工技术.该技术可突破其他自由曲面加工技术的限制.如飞刀铣削和快刀伺服加工的低效、非铁材料的局限等.然而,对超精密抛光中表面生成机理的理解,目前还不完善.探讨了超精密抛光过程中加工策略对表面生成的影响.进行了一系列抛光实验.研究结果表明:抛光表面的质量很大程度上依赖于加工过程条件及抛光策略的适当选择.抛光加工不仅可用于去除其他加工方式所产生的不利性刀纹,还可以产生功能性应用的结构性表面.该研究结果为深入理解超精密抛光自由曲面光学的表面生成机理,以及优化超精密抛光的表面质量,提供了重要依据和方法.     

自由曲面光学元件的设计、加工及面形测量的集成制造技术

针对自由曲面光学组件的超精密制造这门崭新技术,开发出从自由曲面光学设计、CAD连续数据转化、自由曲面模型重构、多轴加工仿真与切削优化、加工误差补偿到自由曲面面形测量的集成制造信息平台。所开发的集成技术,能有效减少在同类多轴机床编写复杂数控程序的时间,优化加工条件与切削策略,针对不同类型的自由曲面光学零件的主工艺,进行数字化仿真,避免昂贵的反复试切试验,以及提高产品的面形精度。并通过一系列的试验来验证该集成平台的稳定性和有效性。     

基于3D打印的大尺寸猪笼草口缘区仿生表面设计

为了解决现有猪笼草口缘区仿生表面由于结构尺寸小而难以实现大批量制备的问题,设计并采用3D打印制备具有单向铺展性的大尺寸结构猪笼草口缘区仿生表面.根据毛细作用理论分析面向大尺寸结构的猪笼草口缘区结构参数铺展作用机理,基于3D打印精度分析和微流道流体仿真,计算获得具有单向铺展性的百微米级以上结构参数范围;采用光固化成型方法制备具有大尺寸微结构的仿生表面,通过液体铺展试验测试仿生表面的液体单向铺展性能,获得性能良好的百微米级结构猪笼草口缘区仿生表面.结果 表明:空腔楔角30°,椭圆半长轴570 μm,微流道宽度360 μm、盾形微结构体长360 μm、盾形微结构拉伸长度200 μm的仿生表面具有优异的液体单向铺展特性,采用常规3D打印技术即可实现其快速制备.     

微镜阵列的缺陷提取与识别

微镜阵列作为现在广泛应用的一种微米量级的微小型光学元件,缺陷识别是其加工制造的一个重要问题.文章着重于微镜特征提取和微镜阵列的评定.使用Gabor滤波和灰度共生矩阵提取缺陷特征,提出了基于支持向量机的多类分类缺陷识别方法.根据统计学原理,使用核函数将样本映射到高维空间进行训练.综合各种核函数的测试准确率,得到解决该问题的最佳核函数.通过比较不同的多类分类算法,提出了基于 DAGSVM的诊断模型.并通过不同的特征向量与和不同的分类器的比较,实验结果表明该方法识别率高,识别速度快,容错性好,而且能够正确识别有缺陷的微镜图像.     

基于混合驱动的大行程快速刀具伺服设计与控制

为获得高精度大行程快速刀具伺服（Long-range fast tool servo,LFTS）系统,以柔性铰链为运动导向机构,提出一种基于洛伦兹电磁力与压电混合串联驱动的LFTS系统构成策略。对于该混合驱动,基于洛伦兹力的音圈电机用于实现大行程运动,而高频响压电则对其进行高精度动态补偿。针对压电驱动,为提高系统输出刚度及寄生运动抑制能力,提出一种改进的具有完全对称构型的桥式柔性放大机构。两种驱动的垂直布置构型及压电驱动的完全对称性有效降低了驱动间动力学耦合。基于试凑法和智能优化算法,结合机-电-磁理论模型分别优化获得了音圈电机及压电驱动系统关键参数,并采用有限元仿真验证了设计的正确性。为获得高精度运动跟踪,提出音圈电机开环逆动力学控制及压电驱动闭环补偿LFTS整体运动误差的控制策略,借助所辨识系统动力学模型最优设计了相应控制器。最终,通过试验样机开闭环性能测试,验证了系统设计与控制策略的有效性。     

微结构自由曲面的超精密单点金刚石切削技术概述

回顾了超精密加工技术的发展,主要包括超精密加工设备的开发历程,以及超精密单点金刚石切削技术基础,并对微工程技术作一简要介绍;重点论述微结构自由曲面的微纳切削技术,包括单点金刚石车削(Single point diamond turning, SPDT),快刀伺服加工(Fast tool servo, FTS),金刚石微凿切(Diamond micro chiseling, DMC),光栅铣削等技术。指出微结构自由曲面测量领域面临的挑战和存在的问题,包括接触式测量和非接触式测量。通过几个典型微结构自由曲面的加工及测量的应用进行举例说明;最后介绍我国在超精密加工机床领域内的研制情况,展望了超精密切削技术未来发展趋势。