胶粘剂对光机结构动力学特性的影响

胶粘剂广泛应用于光机结构中,其对光机结构的动力学特性有不可忽视的影响。本文采用有限元建模的方法对含胶粘剂的透镜镜组进行动力学特性分析。建立忽略胶层、节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面三种有限元模型,并分别对两种胶粘剂粘接的透镜镜组进行模态分析。为了验证三种建模方法的有效性,对不同透镜镜组进行模态测试,获取一阶模态频率与振型。仿真计算与测试结果对比表明:忽略胶层影响的模型计算结果存在较大误差,节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面所建立的模型的一阶模态频率与实验测试误差小于5%,振型也与测试结果一致。这表明节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面两种有限元模型是有效的。进一步分析胶粘剂材料属性对透镜模态频率的影响,胶粘剂的杨氏模量对模态频率影响明显,泊松比与密度影响较小,对光机结构中胶粘剂的选用具有参考意义。     

基于改进MC算法的CT/MR图像三维重建

针对MC(Marching Cubes)算法重建后模型表面的不光滑性和模型表面三角面片数量大的缺点,提出了在保证一定精度的前提下减少小面片的处理方式。通过对等值面进行三维空间上的方向平滑来代替等值面上的三维坐标平滑,达到了提高模型表面平滑性的目的。以边删除算法为基础,设计了网格简化算法,实现了模型表面的网格简化。以喉管和心血管两组磁共振(Magnetic Resonance,MR)体数据为例进行三维表面重建的结果表明,平滑后的三维显示效果有了显著改善,显示的结构细节清晰度与真实感明显提高。模型的网格简化90%后,依然能保持原模型的特征和较好的视觉效果,并大大提高了实时交互绘制的能力,明显缩短了交互操作时间。     

多节柔性主动导管的弯曲控制及位置跟踪测量

为了改进目前血管微创介入手术采用手动操作存在效率低下的问题,研制了手术过程中可自动控制末端位置和方向的多节柔性主动导管。为了确定主动导管的控制策略,将单节柔性主动导管作为一种连续体型机器人进行处理,并将柔性主动导管的弯曲运动分解简化为具有关节运动副的刚性机械臂的空间运动,应用D-H法完成了单节柔性主动导管的空间运动学建模。根据多节柔性主动导管的结构特点,在单节柔性主动导管空间运动学建模的基础上,进行了多节柔性主动导管的正运动学建模,确定了控制策略。使用自主研制的多节柔性主动导管样机及5自由度电磁跟踪系统进行了验证实验。     

数控非接触式超光滑光学元件加工机床的设计

基于数控技术,提出了一种非接触式光学元件表面超光滑液体抛光方法.通过磨头中心孔为抛光表面提供抛光液,抛光液在磨头自转的带动下与光学元件表面相互作用,实现光学元件表面材料的微量去除,利用计算机控制抛光磨头的运动轨迹完成对光学元件表面的抛光.根据上述原理,设计和研制了数控非接触表面超光滑光学元件加工机床样机,样机直线运动轴最低进给速度为0.000 1 m/s,定位精度为0.008 mm;摆动轴最低转速为0.002 8 r/min,定位精度为15″.抛光实验结果表明,经过20 min的超光滑加工,熔石英材质光学元件上两点的表面粗糙度Ra值分别由加工前的1.03 nm和0.92 nm提高到加工后的0.48 nm和0.44 nm,显著提高了加工精度.     

调节力对偏心调节机构中透镜面形的影响

针对深紫外光刻投影物镜的像质补偿要求,对偏心调节时的透镜进行受力分析,基于柔度矩阵法设计了一种柔性多弹片透镜支撑结构,研究了透镜面形随调节力的变化规律,采用有限元法分析了调节力与透镜面形峰谷(PV)值、均方根(RMS)值和Fringe Zernike多项式系数之间的关系。计算结果表明:调节时通过降低调节力的大小,可以控制面形劣化程度。采用具有吸收调节力功能的柔性支撑结构后,在50N的驱动力偏心调节时,透镜上表面面形PV值和RMS值分别为2.704nm和0.528nm,透镜下表面面形PV值和RMS值分别为2.984nm和0.571nm。透镜面形的PV值、RMS值及Fringe Zernike多项式系数随调节力线性变化,但是调节力不会改变各种像差的性质,它引入的透镜像差主要为像散。     

光纤激光精密位移调整技术实验研究

为了将激光弯曲成形技术应用于精密位移调整领域实现亚微米精度的位移调整,自行设计和搭建了激光微位移调整与测量平台,将光纤激光通过线性透镜和扫描振镜聚焦在不锈钢薄板上作匀速扫描运动,实时监测加工过程样件自由端的输出位移。建立了样件激光微位移调整模型,在此基础上研究改变激光功率、扫描速度、光束照射位置以及离焦量等参数对调整位移的影响。结果表明,样件通过该平台实现了亚微米级重复精度的精密位移调整,改变激光照射位置是精确改变调整位移的首选;通过优化工艺参数,降低了激光加工过程中样件表面的损伤。     

数控非球面超光滑加工机床空间误差建模

为了快速有效地提高超光滑加工机床的加工精度,为实施误差补偿做好基础和准备工作,进行了超光滑加工机床误差建模技术的研究.根据数控超光滑加工机床的具体结构,运用多体系统运动学理论的基本原理,建立了机床成形系统的拓扑结构和低序体阵列,并推导出机床相邻体的特征矩阵,它是进行机床精度分析与建模的核心.基于多体系统运动学精度分析理论,详细研究了数控超光滑加工机床的理想成形运动函数、理想成形运动约束、实际成形运动函数以及实际成形运动约束,进而得到了刀具成形点的综合空间位置误差,最终完成了超光滑加工机床的综合空间误差建模过程,给出了具体模型表达式.     

光学元件表面疵病检测仪的精度建模及预测

为了对疵病检测仪的精度进行预测并对设计方案的合理性进行验证,基于多体系统理论对疵病检测仪机械运动机构进行了精度建模。用低序体阵列和拓扑结构描述了疵病检测仪的结构特点,提出了疵病检测仪的精度模型,针对光学系统的要求进行了误差分离。基于该精度模型,以典型光学元件为例提出了误差补偿的计算流程,对疵病检测仪的精度进行预测。预测结果表明,光学探头的成像点与待测点沿光学探头光轴方向误差最大值为3.0μm,满足光学探头景深20μm的检测要求,同时光学探头成像点与光学元件待测点垂直于光轴方向误差及光学探头光轴与光学元件待测点处表面法向的夹角均在设计指标内。