用于超精表面损伤检测的微探针系统设计与测试

电子产品高集成度与高性能化的发展,对超精表面微观形貌轮廓纳米尺度微裂纹损伤检测要求越来越高.设计灵敏度高、重现性好、响应快速的微探针系统是实现纳米尺度分辨率、大视场损伤检测的关键部件之一.文中对设计的微探针系统受力阻尼谐振过程进行了分析,给出共振频率的测试方法.在此基础上进行了共振频率测试对比试验,并对微探针振动进行了测试.试验结果表明,设计的微探针系统满足检测性能要求.     

激光辐照金属圆柱壳体热应力分析

研究了激光辐照金属圆柱壳体的热力效应,运用有限元法计算了金属圆柱壳体三维热传导模型的温升与热应力分布,计算中考虑了材料的热学和力学性质的非线性,讨论了几个特定时刻的圆柱壳体内外表面的热应力和热变形。结果表明,光斑边缘附近区域的等效应力最大并随加载时间增加向外移动,圆柱壳体的热变形在光斑区由内表面向外凸出。     

激光辐照介质温度场的数值模拟

利用有限元程序模拟激光辐照介质的温度分布,计算中用随温度变化的焓处理相变问题.在激光功率P=2 000 W时,取光斑半径r0分别为0.01 m和0.012 m,辐照时间t=3 s,介质厚度h=0.06 m,分别就考虑热力耦合效应和解耦计算得到的介质升温进行了讨论:r0=0.01 m时介质背光面升温耦合计算比解耦计算提高了10.54℃;r0=0.012 m时介质背光面升温耦合计算比解耦计算提高了1.31℃.指出在激光功率密度较高时,热力耦合效应对介质升温的影响较为明显.计算结果表明,介质熔融相变要消耗一部分激光能量,停止激光辐照后介质继续发生热传导,从而对介质升温有利.     

基于BP神经网络的二维精密扫描台控制技术及试验研究

扫描控制系统是纳米测量系统的重要组成部分,其性能影响整个系统的测量精度。本文介绍了二维精密扫描台的设计——柔性铰链与压电控制结合的方式,综述了BP神经网络的概念,并通过BP神经网络建模,设计了扫描台的控制方法,最后介绍了试验设备,并通过试验测试得到了最佳控制参数,验证得到建模控制方案与实际位移相吻合。     

超精表面缺陷检测的光学混频误差分析

双频激光外差干涉法与扫描探针相结合的超精表面缺陷检测系统具有很高的分辨率。但系统光源和光学器件的各种误差因素会产生非线性混频误差,影响系统精确测量。利用琼斯矩阵分析了同时存在激光光源椭圆偏振化和方位角误差以及光学器件相位延迟和偏振泄漏等综合因素引起的偏振态变化,并由此研究了它们频率混叠产生的非线性误差。结果表明,由各种误差因素引起的非线性混频误差呈正弦规律变化,激光光源非理想和偏振分光镜对位移测量误差影响较大而1/4波片的影响较小。同时,结合计算结果对系统提出了减少非线性误差的方法措施。     

压电驱动器迟滞建模与开环控制实验研究

压电位移扫描技术可实现纳米级位移分辨率,但其迟滞现象会降低系统测量精度.该文依据大量实验现象中压电驱动器迟滞存在点对称性特征,建立了一种压电驱动器迟滞的数学模型.本模型由实验数据拟合上升主回线,再根据压电驱动器的点对称性,计算出其他上升或下降回线,同时得到其逆模型.利用逆模型对压电驱动器进行开环控制实验结果表明,实验系统控制误差范围为-36~+47 nm.     

超精表面三维形貌相移干涉检测实验研究

超精表面检测技术已成为超精密测量技术重要组成部分。本文提出了一种超精表面三维形貌的相移干涉显微检测方法。检测系统引入偏振分光棱镜,建立相移检偏干涉与三维形貌重构模型,采用四帧相移与轮廓中线法进行相位与粗糙度参数计算。编制图像处理与系统测试软件,并对标准样品进行实验,结果表明：样品粗糙度重复测量精度达2.8nm,测试系统具有抗干扰能力强、稳定性好等特点。