眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

基于Blinn-Phong技术的颈部弱脉搏振动连续拍照法获取脉搏波信号

目的颈动脉在振动较弱情况下仍保留大多数的主波、潮波、重搏波等完整信息。本文提出通过Blinn-Phong模型放大颈动脉皮肤表面振动的原始信号来获取颈动脉脉搏波。方法在近红外光照明环境中,在颈动脉皮肤上静电吸附一张光滑圆形薄膜片,建立一个局部Blinn-Phong模型。使用相机连续拍摄颈动脉处皮肤振动的图像序列,再通过对图像序列选取感兴趣区域(region of interest,ROI)的像素变化获取脉搏波原始信号。采用带通滤波和经验模态分解与重构算法,最后得到特征点保留完整及周期状态稳定的脉搏波信号。在采集颈动脉脉搏波信号时,同时用一款目前临床使用的接触式动脉血压及血流动力学检测设备TL-400,测量桡动脉脉搏波及心率等生理参数并与实验数据对比。结果在获取的15名弱脉搏受试者的颈部脉搏波信号中,其中13名受试者主波信号可以完全测得,信号周期稳定且特征点明显,潮波和重搏波信号的获取率分别为81%和72%。2名受试者由于体脂过高,获取了较少完整周期的脉搏波。与TL-400设备获取的心率具有一致性,且获取的脉搏波波形与TL-400所获取的波形特征细节及趋势一致。结论本文提出的方法可以获取颈动脉弱振动下,周期稳定并保留大多数潮波和重搏波等特征的完整脉搏波信号,为后续的心率、心率变异性、血氧甚至血压等生理参数的测量提供稳定和可靠的信号源。

渐进多焦点自由曲面镜片优化重构

渐进多焦点自由曲面镜片的后表面由多个曲面拟合而成,其衔接处曲率变化较大且不连续,初始的自由曲面镜片往往需要通过局部或者全局优化来改善其光学性能以及表面光顺性。提出基于NURBS曲线和最小二乘曲线的全局拟合方法来对渐进多焦点自由曲面镜片后表面进行优化重构。介绍了最小二乘曲线拟合的算法原理,在相同参数下对两组光焦度不同的镜片后表面进行重构,并进行仿真分析和测量分析,对其光学性能进行评价。实验结果表明:两组镜片最大像散分别减小了0.61 D和0.45 D,远用区像散分别减小了0.15 D和0.16 D,中间通道(Y=0 mm处)宽度增加超过1.8 mm。重构后的曲面能够在保持光焦度基本不变的情况下,提高了后表面的光滑性,有效减小了渐进片的最大像散,同时渐变通道的宽度也有一定程度的改善。

利用数据库技术的近红外消光法颗粒粒度测量

为了实现在近红外波段测量介质中颗粒的粒径,提出了一种基于消光光谱结合数据库技术的颗粒粒径反演方法。首先通过全散射消光的Lambert-Beer定律计算生成与颗粒粒径大小及分布相关的消光光谱数据库,然后用数据库处理算法比较数据库中数据与实测颗粒消光光谱数据,两者最佳吻合所对应的数据库中颗粒粒度及分布参数即为所求值。分别对颗粒的单峰和双峰粒度分布进行数值仿真,仿真结果的体积频率分布的相对均方根误差小于10%。利用3种不同粒度的国家标准颗粒进行实验验证,实测得到粒径D50的相对误差均在10%以内,仿真及实验对所提算法的验证得到了满意的结果。研究表明,将数据库技术及算法应用于近红外窄波段消光法颗粒粒度的测量是可行的和有效的。

从质量流向漏斗流转变过程中的动力学分析

球床模块式高温气冷堆的堆芯是全陶瓷型包覆铀燃料制成的球形颗粒,与石墨颗粒混合堆积而成,堆芯颗粒流的流态取决于颗粒尺度的平移、旋转等动力学量,以及力链、涡旋等介尺度物理量。为了分析颗粒的平移、旋转等动力学量对颗粒流流态的影响。基于筒仓颗粒流的物理模型,首先开展了筒仓颗粒流流变过程的实验测量,并使用基于Hertz-Mindlin和RVD(relative velocity dependent)滚动摩擦接触模型的离散单元法(distinct element method,DEM),研究了锥形筒仓颗粒流流变过程中球形颗粒的动力学量。进一步,基于DEM计算结果进行分析,发现筒仓自上而下呈现出质量流向漏斗流过渡的混合流状态。在筒仓混合流的不同流型区域中,平移速度和旋转速度之间的相关性是相反的;颗粒间的相对切向运动较大的区域集中在漏斗流区域与边壁区域。了解筒仓流变过程中颗粒的动力学特征,有助于优化筒仓颗粒流动,并减少颗粒表面的磨损。

散斑能见度光谱法测量筒仓内颗粒流的颗粒温度

筒仓内颗粒流在化工生产中广泛应用,准确描述颗粒流的动力学规律对于调控化工反应过程中的混合和传输效率极为重要。颗粒温度是影响颗粒流的重要参数之一,为此搭建了基于线阵CCD相机的散斑能见度光谱测量装置,选取均值粒径分别为0.94和1.55 mm的球形颗粒进行实验。通过测量卸料过程中筒仓内颗粒流的时变颗粒温度,发现了离散颗粒运动在介尺度条件下具有稳定性。进一步,对比两种粒径颗粒的颗粒温度值,观察到稳态流动中大粒径颗粒具有更高的能量耗散,从而建立了宏观质量流率与介观颗粒温度之间的联系。通过分析筒仓内颗粒温度场的分布特征,发现了孔口附近的离散颗粒存在定向有序的运动。最后,根据筒仓内颗粒流堵塞过程中的颗粒温度变化曲线,揭示了颗粒流堵塞的弛豫变化规律。实验结果揭示的筒仓内颗粒流的运动规律,为完善化工生产中颗粒材料的存储与运输提供了参考数据。

分段多项式拟合法测量光纤几何参数

光纤几何参数是影响光纤性能的一个重要指标。灰度法为光纤几何参数测量的一种常用方法,测量时需要对光纤通光照明以区分纤芯和包层。由于光并不完全集中于纤芯传播(部分光在包层中传播),导致纤芯与包层的界面难以区分。为了准确找出纤芯边缘,本文利用两段多项式分别拟合纤芯和包层区域的光强灰度分布,求得两段多项式的交点对应的灰度值作为纤芯和包层的分界点,从而得到纤芯的边缘数据。利用分段三次Hermite插值对测量数据进行矫正,降低误差点对拟合的影响。通过对两组成像质量不同的光纤端面图像进行测量,用标准仪器先后测得纤芯的直径和不圆度为10.068μm、0.616%和10.397μm、0.766%,本文方法的测量值为9.999μm、0.716%和10.020μm、0.857%。实验表明,本文方法对光纤几何参数的测量具有较好的准确性和稳定性,而且从理论上讲,本文方法较之常用的灰度法更具有物理意义和测量原理上的合理性。

渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

GaAs材料解理加工分子动力学分析及工艺实验

针对Ga As基半导体激光芯片谐振腔面的超精密解理制造技术需求,开展GaAs材料解理加工分子动力学仿真及加工工艺实验研究。首先建立Ga As材料划片过程的分子动力学模型,研究[100]和[110]晶向的表面微观形貌及亚表面损伤深度,分析材料各向异性对划片形貌的影响机制;然后开展解理工艺实验对MD模型进行了验证,并分析解理面形貌的变化情况。仿真结果表明:相比于[100]晶向,[110]晶向上最大损伤宽度、划片宽度和亚表面损伤深度平均值分别降低5.23%、3.98%和2.61%,沿该晶向所得划片质量更优,此外最大损伤宽度、划片宽度和亚表面损伤深度均随划片深度增加而增加,而划片速度对Ga As表面形貌及亚表面损伤影响较小;通过工艺实验验证了MD仿真结果,并确认[110]为Ga As最佳解理加工晶向。

基于圆锥曲线参数方程的渐进多焦点镜片设计

在渐进多焦点镜片(PAL)的直接设计法中,光焦度轮廓分布对镜片的光学性能至关重要。在子午线上同一曲率变化的基础上,引入不同圆锥曲线方程来描述镜片光焦度轮廓分布。利用椭圆、双曲线、抛物线和圆的定义设定镜片内表面子午线上每个点曲线的离心率以及开口大小。根据圆锥曲线分布情况加入偏移量,实现远近视区视配点可视区宽度调整。设计、仿真和加工了4块镜片。结果表明,基于双曲线方程计算得到的渐进多焦点镜片的周边最大像散大于1倍加光度(ADD),而基于椭圆方程、圆方程和抛物线方程计算得到的渐进多焦点镜片周边最大像散小于1倍ADD,光学性能更好。当定焦区较大时,基于椭圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值;当定焦区较小时,基于圆方程设计得到的镜片定焦点可视区宽度最接近理论值。所提方法可为渐进多焦点镜片的优化设计提供新的方案。

基于多区域主频增强方法获取颈部的弱脉搏信号

基于图像的非接触式获取脉搏波的方法具有重要的临床实用价值。在正常情况下,人体颈动脉的搏动会引起颈部皮肤肉眼可见的微小振动,通过振动图像的获取及信号处理可以得到脉搏波。然而,临床中部分患者存在颈动脉搏动较为微弱的情况,此时需要有针对性的图像和信号处理方法。本课题组提出了在弱脉搏情况下获取脉搏波的方法,即:在近红外光源的照明环境中,用近红外相机连续拍摄颈部皮肤得到其振动的图像序列;然后从图像序列的感兴趣区域内得到原始信号,再用滤波和多区域主频增强方法对信号进行处理,最终得到期望的脉搏波信号。实验结果表明,所提方法获得的脉搏波周期状态稳定,并且保留了70%左右的潮波特征和50%以上的重搏波特征。本文所提方法可以在人体颈部微弱振动状态下获得保留细节的完整的脉搏波信号。

生成对抗网络对OCT视网膜图像的超分辨率重建

光学相干层析成像(OCT)的质量通常会受到固有散斑噪声和低采样率的影响。为了在短扫描时间内获得高信噪比和高分辨率的OCT图像,本文提出了一种改进的OCT图像超分辨率重建网络模型PPECA-SRGAN。该模型将生成对抗网络(GAN)作为基础结构,可以不依赖配对数据集进行训练。在该模型的生成器残差块之间添加了金字塔注意力模块PANet,同时在判别器中加入了本文新提出的PECA模块,使其更加注重捕捉图像细节,提升模型对图像边缘纹理的重建能力。将所提PPECA-SRGAN模型在OCT图像数据集上进行实验,得到的峰值信噪比和结构相似性指标的平均值较当前三种经典模型的平均值分别约提高了3.5%和5.6%。实验结果表明,所提模型在鲁棒性和OCT图像细节重建方面较经典模型有较大提升。