激光直写凹球面网栅的电控实现

凹球面网栅激光直写系统采用同心结构，应用调节角速度的控制算法以及周期纬线纬纬相交形成网栅的图形结构，确保激光直写光斑在不同的纬度以不同角速度扫描，始终保持线速度和曝光量恒定，实现了在凹球面上以恒定曝光量激光直写网栅。分析了网格周期、角速度和纬线弧长等关键参数，设计了控制程序。在通光孔径60mm的普通玻璃凹球面上进行了多组激光直写试验，设定周期450～800μm，线速度1～20mm／s，经显影、定影后由微米级读数显微镜测得网格实际周期与设定周期误差在±3％以内，原子力显微镜测得线宽小于5μm。结果表明：采用同心结构及稳光、调速控制保证凹球面网栅激光直写系统的曝光量不变，线条侧壁陡直、平行，具有较好的均匀性，满足了设计要求。

凹球面基底离心式涂胶的数学模型及实验验证

建立了凹球面基底离心式涂胶的数学模型。基于流体力学理论对旋转凹球面上的光刻胶做了受力分析,根据凹球面的面形给出了流体方程的边界条件,并引入和建立了光刻胶蒸发速率对涂胶基底面形的响应关系式,最终得到了一个描述光刻胶厚度随转速、基底面形及光刻胶参数变化的多项式方程,从此方程又简化得到平面上离心式涂胶的数学模型。涂胶实验结果表明,在凹球面上和平面上的光刻胶厚度理论计算值与测量值吻合,精度达到了纳米级。所建立的模型有较好的预见性和实用性。

凹球面涂布光刻胶均匀性研究

通过对离心法在凹球面上涂布光刻胶过程进行分析,阐明了离心状态下光刻胶在凹球面基底上的流动机理,结合试验提出影响凹球面涂布光刻胶膜厚均匀性的主要因素有胶液粘度、旋涂速度、旋涂时间,列举了以上因素引起的各种现象,并进行了理论分析。引用凹球面旋涂光刻胶的膜厚公式,建立了膜厚与速度关系数学模型;利用流体力学原理解释了有限圆形空间中流体速度对膜层均匀性的影响,从而解决了大曲率凹球面上制备微细图形结构的关键工艺问题,对非球面上制备微细图形具有借鉴作用。

凹球面换能器在多层生物组织中的温度场仿真

高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤是目前临床治疗的一种有效方法,治疗过程中组织内的温度测量相当重要。分析了凹球面自聚焦换能器的声场特点,采用差分法求解Pennes方程,得到凹球面换能器的声场在多层生物组织中形成的温度场,通过实验仿真,得出不同初始声压、吸收系数和热传导率等参数在多层组织内的声场和温度场的分布情况,结果表明初始声压和热传导率对焦域内温升的影响较大,该研究便于理论与临床应用相结合。

凹球面网栅激光直写实时控制方法

提出一种基于Dual-Ported RAM(DPRAM)的凹球面网栅激光直写实时控制方法。采用计算机与PMAC双CPU主从并行、双向通讯和即存即取的控制方法,开发了多层嵌套并行工作程序,使计算机与PMAC实时处理、交换、显示大量控制参数和状态信息,实现了实时控制激光直写凹球面网栅。在口径200mm、半径150mm的涂覆感光胶玻璃凹球面基底上,激光直写出了100μm周期网栅。微米级读数显微镜测量结果表明,网栅均匀,周期误差小于±3%,达到设计要求。

凹球面挤压成形回弹研究

利用Deform-3D软件对凹球面成形的回弹过程进行数值模拟,分析回弹的规律。研究了摩擦系数、模具间隙对凹球面回弹的影响。结果表明:在凹球面中部回弹量最大;回弹量随摩擦系数的增大而减少,随模具间隙增大而增大。回弹后凹球面实测值与模拟值相比,两者最大误差为0.8 mm。结果能为后续回弹补偿提供参考。

凹球面激光直写系统电控误差分析

高精度激光直写技术是光、机、电综合运用的前沿技术,广泛应用于精密仪器、设备等高新技术领域.而减小电控误差是凹球面激光直写技术的难点.介绍了凹球面自动调焦激光直写系统原理,分析了步进电机驱动的凹球面激光直写系统的电控误差,步进电机的步距误差,动态误差以及传动间隙空走误差等.同时给出了理论公式,并结合实例进行了精度对比分析;针对各个误差源,提出了提高步距角精度、避开共振频率、补偿空走误差等减小误差的方法.最后给出了激光直写纬线程序流程图.

凹球面的数控铣削加工实证研究

以凹球面的数控铣削加工为例,详细阐述了利用宏程序编制凹球面加工程序时刀具的选择、刀具轨迹的处理以及刀具进刀的控制算法等问题,并最终编制出凹球面的数控铣削宏程序。同时,还以POWERMILL自动编程软件为背景,详细阐述了凹球面从造型、规划刀具路径到后处理生成加工程序的方法。结合实证研究总结出手工编制宏程序和自动编程的在实际应用中的优缺点。

凹球面网栅光刻控制算法零点误差分析

为分析并避免参考零点误差对凹球面光刻恒定曝光量控制算法的影响,建立了零点误差与扫描线速度、扫描弧长关系的数学模型并给出了关系曲线。分析得出:参考零点俯仰定位误差会造成部分线条宽于理想值,其余线条窄于理想值,且线宽呈单调变化;参考零点水平定位误差会造成实际扫描弧长短于或长于所需值,造成凹球面部分边缘无线条以致网栅缺失。凹球面网栅光刻设备俯仰轴和方位轴采用光电轴角编码器作为反馈元件,采取速度、位置双闭环控制,实现了参考零点的精确定位,确保了恒定的扫描线速度和精确的扫描弧长,制作出了合格的凹球面网栅。

深凹球面网栅恒定曝光量激光直写控制实现

为在深凹球面内激光直写高质量网栅图形,必须实现写入过程恒定曝光量控制。首先介绍了深凹球面网栅激光直写设备原理,然后分析了任意纬线扫描运动状态,推导了工件尺寸、网栅参数、扫描速度间数学关系,最后建立了恒定曝光量扫描运动数学模型,开发了伺服控制软、硬件系统,确保了扫描角速度随纬度自动精确调整来保持线速度不变,实现了深凹球面网栅激光直写恒定曝光量控制,提高了写入线条质量。在矢跨比为0.31的深凹球面内制备了周期500μm的网栅,显影后测得线条线宽均匀,侧壁陡直,线宽误差≤±1%,网格周期误差≤±5%。

凹球面换能器加热治疗中温度控制方法研究

高强度聚焦超声(HIFU)治疗肿瘤是目前临床治疗的一种有效方法,治疗过程中组织内的温度控制十分重要.本文针对HIFU治疗过程中用时过长、超调、振荡等特性及控制延时的问题,提出了一种模糊控制方法以优化系统的控制性能.该方法采用Mamdani推理型模糊控制器代替传统的控制器,依据模糊控制规则控制凹球面换能器的输出声功率,实现对治疗区温度的精确控制.Matlab仿真结果表明,模糊控制的引入有效地缩短了治疗时间,避免了超调和振荡现象,且在声源参数不同的条件下均能获得理想的控制效果.该方法相对PID控制具有明显的优势,对提高HIFU疗效有重要意义.

多组较高精度凹球面在普通车床加工的方法

对多组较高精度要求的凹球面,在普通机床上加工质量难满足图纸要求的问题。通过设计了专用工装,并对其加工原理进行了分析和计算,在生产实践中验证了这种工艺方法是解决此问题较理想的方法。

凹球面聚焦脉冲声场特征的分析

本文利用传递函数的概念导出了凹球面聚焦脉冲声场的简洁表达式 。

超声场中凹球面内受束微泡的动力学行为研究

超声场中利用超声造影剂微泡UCA(ultrasound contrast agent)与凹球面间的相互作用来了解微泡在血管壁附近的声响应。基于"虚像法"及壁面的声反射效应,建立了一个UCA微泡在凹球形面内的动力学模型,通过数值计算分析了受束微泡的动力学行为。结果表明:在壁面附近时微泡振动受到压制,且刚性壁面对微泡振动的抑制比柔性壁面强;凹球面半径越小,或凹球面中心角越大,微泡振动越易受到抑制;在完全封闭球面内,球面半径越大,对微泡振动影响越弱。该模型为理解超声微泡在血管内的动力学响应及其在超声影像和药物传递中的应用提供理论参考。

微小凹球面的研磨加工精度分析

介绍微小凹球面的研磨加工原理及方法,着重分析加工过程中影响球面加工精度的一些主要因素。研究结果有助于微小凹球面研磨装置的设计制造及提高微小凹球面的研磨加工精度。

凹球面球心与旋转轴线对准方法

光栅衍射的+1级及-1级光入射到凹球面上,经凹球面反射后再入光栅衍射的-1级与+1级光在原光束方向上干涉.凹球面支撑轴旋转时,球心与旋转轴线的对准误差导致两反射光光程差变化,使干涉条纹移动.计算得出,干涉条纹移动数与光栅周期乘积的四分之一即为对准误差.在光栅周期大于波长条件下,光栅周期越小,同一显示区域条纹数越少,则测量精度越高.原理误差分析表明,该方法可满足亚微米级非接触测量要求.对电感测微仪验证方法及具体实现中轴系误差的影响等因素也进行了描述.

铲刀连接座凹球面的感应淬火装置及操作方法的研究与应用

通过在铲刀连接座凹球面的感应淬火装置中采取屏蔽环措施,有效地避免了凹球面在感应淬火时出现的尖角效应问题;通过在装置中设置可调水平方向间距的回转组件,有效地解决了凹球面在绕其有效感应弧面回转时出现的球面水平感应间距难以控制的问题;通过在装置中设置可调竖直方向间距的旋转驱动组件,不仅解决了凹球面感应淬火时所需的低速回转问题,而且解决了凹球面与淬火感应器有效感应弧面之间存在的竖直感应间距难以控制的问题,继而进一步确保了淬火质量的控制。该淬火装置结构新颖,操作方法简单,省时省力高效,并易于实施,具有很好的使用价值。

凹球面型换能器的原理及声场模拟

从理论上计算凹球面型换能器的声压的分布原理,利用Matlab和Mathamatic软件对不同孔径下焦点附近声压的分布变化进行了模拟计算,给出了不同情况下声压强度和焦斑的范围.这对于聚焦换能器在医学上的应用具有一定的参考意义.

双凹球面相控聚焦超声波场的产生与可视化

超声相控阵技术在声悬浮中有十分重要的价值,相较于传统的一维单轴声悬浮装置,本文在凹球面双发射极超声阵列的基础上引入相控聚焦原理,产生了声悬浮能力较强的声场,重点研究了声场的仿真模拟与可视化验证.首先,介绍了自发设计的凹球面双发射极超声阵列结构,阐述了相控聚焦原理、超声驻波悬浮机理、声压与声辐射力等声学理论.然后,根据理论分析结果,借助COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件,仿真模拟相控聚焦超声波场.产生该声场的各超声波换能器相位可单独控制,通过相位的实时变化,可使声场进行动态聚焦,实现微粒的悬浮与任意轨迹移动.最后,使用单反射纹影系统实现了该声场的实时可视化,与仿真结果进行比较,证实了凹球面双发射极超声波装置相控聚原理的准确性.

大型凹球面数控加工工艺研究

以压力杆和支座两类零件的加工为例,分析了大型凹球面的数控加工方法。选择以铣代车的加工工艺方案,对不同的刀具、走刀路线进行了分析比较,得到合理的铣削加工方案,并进行了实际加工验证。结果表明:采用合理的以铣代车工艺可提高生产效率和零件加工表面的质量,降低加工成本。