超精密加工及其关键技术的发展

超精密加工是现代制造技术的一个重要组成部分,是众多大型系统实现简化和扩展功能的必要基础。几上来,超精密加工技术在精度和手段上都有了质的飞跃。依据超必机床各子系统的功能特点介绍了超精密加工的共性技术及其最新发展动态,最后阐述了提高超精密加工精度的途径和方法。     

光学元件离子束修形去除效率分析

离子束修形(IBF)技术成为光学零件获得超高面形必不可少的加工工艺.修形过程中采用光阑获取小的束径、稳定的去除函数是获得超高面形精度的前提.不同材料和工艺参数等不同条件下获得的去除函数都不相同,每次修形前都要重新测量去除函数.研究了不同入射能下、不同靶距下以及有无光阑时去除函数的变化.发现在离子光学系统几何参数一定的条件下,离子束去除函数的效率变化与入射能量、离子体浓度引起的离子鞘形状、束散角、温度、靶距、净加速电压与总加速电压之比的变化等因素都有关.当增大入射能量时,去除效率随之增加,但当入射能量大于一定值后就会出现随着入射能量增加而去除效率降低的"拐点"现象.有无光阑只改变去除效率的大小而不会改变"拐点"现象.因此不选用入射能量增大而去除效率减小的"拐点"之后的入射能量修形.     

纳米机械和微机械中杆的晶格振动量子化

应用量子统计理论中的Dyson方程推导了具有简单立方单原子晶体结构的纳米机械和微机械中杆的声子格林函数,并以此为基础,对晶格振动进行量子化,为应用量子理论研究MEMS及其构件奠定了基础.     

研磨加工中光学材料亚表面损伤的表征方法

研磨加工过程中引入的亚表面损伤直接降低了光学零件的强度、长期稳定性、成像质量、镀膜质量和抗激光损伤阂值等重要性能指标,对其进行准确检测和全面表征是提高光学加工质量和加工效率的前提条件之一．为此,利用名义深度、最大深度和损伤密度沿深度分布3个表征参数对亚表面损伤进行全面的表征,并建立了上述参数的理论预测模型;使用磁流变斜面抛光测试技术结合图像处理方法测量了K9玻璃在不同研磨条件下的亚表面损伤,对理论模型进行验证．研究表明：上述3个表征参数能够对研磨亚表面损伤进行全面、定量和准确的描述;建立的理论预测模型实现了亚表面损伤深度的准确预测;研磨亚表面损伤最大深度约为磨粒粒度的1／2,最大深度与名义深度的比值为1．21±0．05;亚表面损伤密度沿深度呈指数递减分布,并在距离表面约为名义深度的1／2时,下降趋势变缓．     

磨料射流抛光中各工艺参数对材料去除率及抛光区形貌的影响

介绍了磨料射流抛光的工作原理,并从试验出发,针对射流抛光技术的主要工艺参数(入射角度、射流速度、入射距离、抛光液浓度和工作时间等)对抛光特性的影响进行了试验研究.分析了各工艺参数与抛光效率和抛光点形貌的影响关系,从而获得了最佳工艺参数.在此基础上,对一平面K9光学玻璃进行了抛光试验,抛光速率约为30nm/min,抛光区粗糙度小于2.5nm.研究结果为磨料射流抛光加工的进一步研究提供了一定的帮助.     

微陀螺静电力调频的快速收敛算法研究

针对电容式微陀螺谐振结构,研究了静电力对谐振频率的影响规律,提出了一种快速收敛的静电力调频算法,建立了微陀螺调频实验系统,该系统采用扫频方法测量谐振频率,利用计算机控制调频收敛过程,并对微陀螺进行了调频实验,调频过程用时少于5分钟,实验结果表明该调频算法具有较快的收敛速度。     

解耦型静电力闭环微陀螺

微陀螺采用双框架双支撑解耦结构实现X-Y方向运动相对独立,驱动模态采用叉指电容结构实现大范围静电驱动,敏感模态方向采用差分电容作为检测接口实现高精度位置测量.X方向设计了独立的位移检测单元,而Y方向配置了静电力反馈单元,实现系统的闭环静电力反馈控制,提高传感器的性能.为分析提高系统输出精度的条件,推导出影响系统检测灵敏度的因素,改进了驱动模态闭环方案,提出了敏感模态无相差静电力反馈方法.     

半导体激光器与单模光纤自动对准

提出盲目搜索与模式搜索相结合的多自由度搜索算法,完成半导体激光器(LD)与单模光纤(SMF)的自动对准。盲目搜索算法采用优化策略,使算法能够根据粗对准过程中的异常情况进行自适应调整,避免了搜索结果的不确定性,减少了粗对准时间。精密对准阶段的模式搜索法具有多自由度同时搜索的优点,因此对准速度较快,可以克服多自由度交叉耦合的影响,受噪声影响小。实验结果证明,使用模式搜索法进行xyz三自由度对准,对准时间为30~50s,定位成功率大于80%,对准速度和全局收敛性都优于传统的爬山法。     

光学平面镜面离子束修形中速度模式的实现

针对光学平面镜面离子束修形工艺中,目前采用的位置加工模式额外加工时间长、精度不高的缺点,提出离子束修形工艺中的速度加工模式,并给出速度加工模式中如何根据驻留时间计算加工中进给速度的方法。使用速度模式在自研的离子束加工机床KDIFS-500上进行了验证试验,对一块直径98 mm的微晶玻璃平面样镜进行修形,加工时间为17.5 min,样镜经过一次加工后,其面形误差的方均根值由初始的33.2 nm提高到了3.1 nm,面形收敛比高达10.7。试验结果表明,速度模式加工比位置模式加工可以缩短加工时间,提高加工精度,获得更大的面形收敛比。     

异步电动机直流转矩控制系统性能的实验研究

对异步电机直接转矩控制中的碱链控制特性和振荡现象进行了实验研究,分析了定子磁链控制的主要影响因素和一种振荡现象可能发生的原因,对直接转矩控制的帝用化具有借鉴意义。