离子束加工光学镜面的材料去除特性

分析了离子束加工光学镜面的材料去除效率、加工损伤厚度以及表面热效应等材料去除评价指标。基于Sigmund溅射理论,分析了此三个评价指标与离子入射角度和离子能量等加工参数的关系,建立了相关模型。以石英玻璃为例,利用TRIM软件仿真离子溅射过程,分析理论模型各参数,具体研究了三个评价指标与离子能量和入射角度的关系。结果表明:材料去除效率随离子能量的增大而缓慢增大,随入射角度增大而显著增大,60°时的去除效率约为0°时的4.5倍;加工损伤厚度随离子能量增大而近似呈线性增大,随入射角度增大而减小;热效应随离子能量近似呈线性增大,而随入射角度增大而减小。因此,离子束加工工艺过程中,应尽量增大离子束入射倾角来同时提高这三方面的指标。

基于Bayesian原理的低陡度光学镜面面形误差离子束修正驻留时间算法

离子束修形是一种高效修除镜面误差的技术,驻留时间求解算法是此技术的关键问题之一。以光学镜面计算机控制成型原理为基础,建立基于Bayesian原理的平面镜面驻留时间算法,对数据边缘进行Gaussian延拓以消除边缘效应。分析驻留时间近似速度实现方式的实现误差与工艺参数的关系,通过在算法中引入附加光滑修正因子以提高驻留时间实现精度。在适当的路径规划下,将低陡度非球面修形过程近似用平面修形过程线性模型来描述,最终形成低陡度光学镜面面形误差离子束修正中驻留时间的快速近似算法。利用此算法对φ100平面镜和φ200球面镜进行修形加工,加工收敛率均可达9。研究结果表明:线性化近似模型是合理的,速度近似计算是可行的,基于Bayesian原理的低陡度非球面驻留时间求解算法是一种快速高效面形控制技术,可对镜面进行确定性精确修形。

光学镜面离子束加工系统设计和分析

研究了离子束加工系统的后置算法和误差补偿等问题。基于DH矩阵法,建立了系统的运动学方程,分析了工艺中离子源和工件的安装误差以及离子源相对于工件的六项对刀误差对加工定位的影响,建立了误差模型。在求解运动学方程时引入纠补矩阵,以消除离子源确定性的安装偏差对切平面定位误差的显著影响。补偿后的误差分析表明:切平面误差模型对对刀和安装精度提出要求后,靶距误差和入射角度误差同时也受到了限制,对加工的影响可以忽略不计。

光学镜面离子束加工的材料去除效率

分析了离子束加工光学镜面的材料去除效率和不同材料之间的相对去除效率与工艺参数的关系。基于Sigmund溅射理论，建立了表征去除效率的指标一法向去除速率、体积去除速率和溅射产额与束能、束流以及入射角度之间的关系模型。以石英、微晶和K4玻璃等为样件，实验分析了去除效率与工艺参数的关系，验证了模型的正确性。分析结果表明，材料去除效率随束流线性增大，与束能平方根约呈线性关系；随着入射角度先缓慢增大，约在60～80。达到最大值，然后迅速降为0。不同材料之间的相对去除效率与束流无关；与束能的关系较弱，可以忽略；随角度变化较为明显。

光学镜面离子束加工的可达性

提出了离子束加工可达性问题的理论描述和定义,分析了驻留函数解的存在条件,进而分析了采用不同直径的离子束去除不同频率面形误差时额外去除量的大小,最后进行了仿真验证。分析结果表明,对于高斯型的束函数,驻留函数解总是存在的。但是面形误差频率越高,驻留函数解越大,去除面形误差时去除的额外材料越多。额外的材料去除量随着离子束径和空间误差波长之比(d/λ)的增加而指数增加。当d/λ=0.5时,额外材料去除量为15%,还是可以接受的;当d/λ=1时,额外材料去除量迅速上升到73%,该值即很难被接受。理论分析和仿真结果表明,为了优化加工过程,d/λ应该<0.5。

离子束加工中驻留时间的求解模型及方法(英文)

驻留时间求解问题是离子束加工中的关键问题.通常,离子束加工过程可以描述为一个包含驻留时间的二维卷积方程,理论上通过反卷积即可以求解出驻留时间.然而,反卷积问题是一个病态问题,所以驻留时间一般较难很好地求解出.为了解决这个问题,介绍了一个离散的线性模型——CEH模型,分析了该模型的优点.提出应用截断奇异值分解法(TSVD)来求解CEH模型;深入分析了该方法的优点,并利用“L-曲线”分析了驻留误差和加工量之间的关系以及用“L-曲线”对CEH模型中去除点和驻留点的不同取法进行了评价.仿真结果表明,CEH模型和TS-VD方法对于求解光学镜面离子束加工中的驻留时间很有效.

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98mm的微晶玻璃平面样镜进行修形,加工时间为17.5min,样镜经过一次加工后,其面形误差的方均根值由初始的33.2nm提高到了3.1nm,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。

束流参数对光学镜面离子束加工去除函数的影响分析

在离子束光学镜面修形加工中,束函数的形状和大小决定了加工的修形能力和加工效率。虽然束函数的形状和大小可以通过一组工艺参数进行调节,然而,这组工艺参数对束函数影响的理论计算较为复杂,而且理论计算值与实验值也吻合的通常存在差异。为了找出工艺参数对束函数的影响规律,本文通过实验研究了离子束的几个主要的工艺参数(屏栅电压、屏栅电流、加速栅电压、中和极功率、氩气流量)对束函数的影响规律,建立了光学镜面离子束加工基本工艺参数数据库,为光学镜面离子束修形加工的工艺参数选择提供了指导依据。

离子束加工误差对散射损失的影响研究

离子束加工(Ion Beam Figuring,IBF)去除函数对加工残差具有重要的影响,而加工残差引起的表面散射则导致光学性能发生变化。为了减小加工残差对光学性能的影响,利用基于CCOS成形原理的离子束加工仿真程序对光学镜面进行修形,分析不同去除函数宽度对散射损失(Ratio of Scattering Loss,RSL)指标的影响。通过研究可知,随着去除函数宽度的减小,加工残差对散射损失的影响越来越小。因此,根据加工残差对RSL指标的影响程度以及RSL指标要求,可以合理选择去除函数宽度,从而在满足面形精度的同时,优化加工工艺。

离子束螺旋扫描方式修正光学镜面方法

研究基于螺旋扫描方式的光学镜面离子束修正方法。根据离子束去除函数的特性,将螺旋扫描加工过程简化成线性过程并建立工艺过程模型,采用基于Bayesian原理的改进Richard-Lucy迭代法求解驻留时间。在分析驻留时间的连续速度实现基础上,给出螺旋路径参数的确定准则。建立螺旋扫描加工方式的工艺流程并进行试验验证研究。试验研究对φ100平面镜和φ200非球面镜修形加工得到了面形方均根误差均优于0.01λ。研究结果表明:极轴加工与普通的全口径加工一样是一种高效率、高确定性的加工方法,能够对镜面进行精确修形,同时可以节约加工成本。

单兵腰部助力装置结构设计与运动仿真分析

对火炮装填手在装填炮弹过程中的生物力学进行分析,基于成年男子身体尺寸在SOLIDWORKS中建立了人体三维模型,设计出腰部助力装置的两种方案,分别穿戴在人体模型上,在ADAMS中进行火炮装填手搬运炮弹的运动学仿真,根据仿真结果选择合适的方案,并对相关结构进行优化。

有噪复杂度寻踪的不动点算法

给出了当源信号具有时序结构特性时有噪复杂度寻踪的不动点算法,与现有的盲源分离算法相比,该算法具有较快的收敛速度和好的信号分离性能,计算机仿真表明了该算法的有效性。

2.7米标准球面检验镜支撑优化设计

球面检验镜口径不断增大导致其检验精度下降,针对该问题,本文优化设计了2.7米标准球面镜的重锤支撑参数,并对该标准球面镜的调整架以及支撑系统进行了结构设计。首先,利用有限元和遗传算法,对镜体进行了54点等力支撑环带优化,针对增加嵌套孔后镜体刚度变差的情况,对各环带底支撑力和侧支撑力分别进行了优化;然后,利用统计方法分析了支撑半径和支撑力误差对支撑变形的影响;最后,基于优化分析结果对标准检验镜的调整架和支撑系统进行了结构设计。分析结果表明,经过对标准球面镜54点支撑位置、各环带底支撑力和侧支撑力进行优化设计后,在球面镜支撑变形RMS(Root Mean Square)小于1/115λ(λ=632.8 nm),底支撑位置扰动为±2 mm,侧支撑位置扰动为±0.6 mm,以及支撑力扰动为±3 N的情况下,支撑变形小于1/70λ,满足标准球面镜的支撑要求。

大口径标准平面镜主动校正仿真分析

为了让大口径标准平面镜能在多个不同工作状态下均能保持良好面形,采用主动校正的方法对重力引起的镜面支撑变形进行校正。整个支撑系统由主动校正系统和被动支撑系统组成,通过轴向支撑和侧向支撑相结合的被动支撑方式使标准平面镜保持平衡;当工作状态改变时,通过泽尼克拟合建立刚度矩阵,结合实际测得面形与最小二乘法计算校正力,将得到的相应的主动校正力作为第二级加载在轴向的支撑点上,使镜面面形恢复。仿真结果表明,不考虑镜子本身的加工误差,镜面改变45°时,主动支撑可将重力引起的面形误差从初始的RMS=λ/8(λ=632.8 nm)校正到λ/74;镜面改变90°时,主动支撑能将重力引起的面形误差从初始RMS=λ/6校正到λ/70。这种主动支撑方法能降低大口径标准平面镜在不同工作状态下引起的支撑变形,为大口径标准镜在多种工作状态下都能保持良好面形提供了依据。

恰当引申 体物写志

日月星辰,山川草木,鸟兽虫鱼,风光声色。器物用具……往往能引起人们的某种联想,寄托人们的某种情思。屈原喜橘,李白爱月,高尔基赞海燕,闻一多爱红烛,郭沫若颂雷电……古今中外,不胜枚举。不难看出,这些自然之“物”,一旦被作者摄取入文,它就会被赋予人格化的特点。表现作者的爱好、情趣、心志。托物言志,是许多名家名篇常用的表现方法,运用得好,可使文章言浅意深,富有诗情画意。

光学镜面离子束加工去除函数工艺可控性分析

实验分析了离子束加工去除函数的工艺可控性问题并进行了初步修形实验。从工艺实现的角度分析光学镜面离子束加工技术对去除函数的要求,以去除函数环半峰全宽、体积去除率和峰值去除率为评价指标研究去除函数的长时稳定性、线性性、小扰动鲁棒性以及大参数调节变化等特征,以此分析结果为依据,对Φ100mm K4平面样件进行了修形,经过三次迭代面形RMS误差从0.149λ收敛到0.013λ。实验结果表明:离子束加工中的去除函数具有较长时稳定性,去除量对时间具有线性关系,对工艺参数小扰动的鲁棒性,可以通过调节离子源电源参数优化选取去除函数的宽度和幅值;利用离子束可以对镜面进行高效地修形。

基于线接触的回转二次曲面加工方法及其误差分析

基于线接触的回转二次曲面加工方法,无需复杂的位置控制,能够加工在轴和离轴回转二次曲面,同时,用同一个刀具可以加工不同类型、参数的回转二次曲面,并且铣磨成形时定位误差和刀具轮廓误差对面形误差的传递系数都小于1。

基于椭圆路径的光学镜面超精密研磨技术研究

利用基于椭圆成形方法建立的二次回转曲面加工误差模型,并用最小二乘方法建立了二次回转曲面铣磨误差辨识模型。考虑到各项误差对面形误差影响的相似性,分析了合并、分开辨识相似误差所引入的误差,以此得到处理相似误差的策略。

基于椭圆路径的回转二次曲面铣磨误差模型研究

以曲面的最小二乘准则为基础,用小误差变化矩阵,从曲面的局部构造出发研究包括六项对刀误差和刀具宽度误差在内的七项误差对加工的影响,建立二次回转曲面铣磨加工的误差模型,并分析模型的误差。

基于线接触的回转二次曲面加工仿真研究

根据线接触加工回转二次曲面基本原理,建立基于磨粒磨损理论的线接触加工过程仿真模型,给出仿真流程并分析仿真过程各项参数的选取方法,最后基于此模型来研究加工参数如磨粒大小、工件初始面形和刀具初始面形对加工结果的影响,仿真结果表明工件和刀具初始面形对加工结果没有影响。