精密光学元件表面中频误差的提取研究

能否准确对精密光学元件表面评价势必影响着光学元件研制与生产,其中中频误差的提取逐渐显得重要。提出了利用双树复小波变换(DT-CWT)对精密光学元件表面提取信号进行多尺度分解,以定义的均方根波长确定其双树复小波分解次数,进行中频误差的提取与识别。此方法应用于精磨和镀膜的精密光学元件表面中,实验证实该方法不仅可以应用于一维信号的提取,同样也适合三维表面中频波段面形误差的提取。

抛光过程游离单颗磨粒与光学元件间滚动摩擦接触分析

针对游离单颗磨粒与光学元件滚动接触过程中摩擦、磨损机理分析的不足及如何有效控制滚动单颗磨粒对光学元件亚表面损伤的影响等问题,基于滚动接触理论,提出了一种具有分形特征表面的单颗磨粒与光学元件双粗糙面间的摩擦、磨损接触模型,并运用有限元仿真分析微观动态滚动的接触过程.通过对不同剪切强度下接触力、接触应力、磨粒角度及其对亚表面损伤的影响等分析,发现随着剪切强度的增强,磨粒与光学元件表面接触界面间的摩擦系数将减小,最佳的磨粒角度为105°～120°,并且分形特征的单颗磨粒对亚表面损伤的影响要大于球形特征单颗磨粒,这说明了研究分形特征游离单颗磨粒滚动接触的必要性和重要性,为更加深刻了解滚动接触过程的摩擦机理提供了借鉴意义.

磨粒表征研究进展及发展趋势

磨粒是摩擦磨损过程中重要的信息载体和磨损机理的判断依据,对磨粒进行全面、有效的表征一直以来都是摩擦学中的重要课题之一.为此,分析了磨粒在当前摩擦副磨损和表面磨损中的应用及其参数表征,归纳了其在脆性材料中的表征方法,针对当前的研究成果及存在的不足,提出了有关磨粒研究的今后发展方向.

双树复小波稳健滤波在工程表面粗糙度评定中的应用

讨论了现有工程表面粗糙度评定基准滤波方法的优缺点。提出双树复小波变换(DT-CWT)具有近似的平移不变性和改进方向选择性等优点适合用于三维表面基准滤波,但其滤波过于理想化易导致滤波基准在野点处畸变。为此,进一步提出将空域双边滤波思想引入DT-CWT来增强双树复小波变换在提取基准面野点处的稳健性。通过低频重构得到基准信号,并对每层重构系数进行双边滤波,最终增强DT-CWT滤波基准的稳健性。仿真结果显示:改进的DT-CWT能很好地抑制异常值干扰引起的滤波基准在野点处产生的畸变,其得到的基准面的精度误差为0.183 2×10-10 m,重构误差为0.016 1×10-10 m,低于传统方法所得。对实测数据进行处理结果表明,双树复小波稳健滤波能很好地克服边界效应并抑制工程表面上深沟对滤波结果的影响。提出的方法为工程表面粗糙度评定提供了一种新方法。

复合评定法在三维粗糙表面评定中的应用

提出一种将双树复小波与分形理论相结合的复合评定方法。即利用双树复小波近似的平移不变性和方向性好等优点，将信号分解成更为细腻的低频和高频信号，同时根据多尺度下信号分形维数的不变性，利用图像灰度值自相关求得高低频信号的分形维数，通过计算高低频信号分形维数之间的差值（即分形维数距）来确定双树复小波的分解尺度。仿真结果表明复合评定法可以较好地提取基准面，且分形维数距确定分解层数的准确性通过均方根Sq值得到了验证；两个实例均说明，复合评定法可以很好地提取具有分形特征的纳米级三维粗糙表面基准或波纹度，为实际工程表面评定提供了可靠的理论基础。

基于L_∞回归稳健拟合法的气缸套内表面形貌评定

为了润滑和节能减排,要求精加工的气缸套内表面具有某些'深谷'纹理以储存油剂,但这种分层功能表面也给表面质量的评定带来了困难。传统滤波法和基准拟合法所提取的基准面常常因'深谷'被'拉低',最终偏离了理想表面,造成基准面的失真,使得后续的参数评定不够精确。现提出一种新的回归稳健拟合算法,即以二次函数和三角函数为基函数,结合马夸特算法(Levenberg-Marquardt,LM)的最大偏差最小化(Least absolute value,L∞)回归方法,实现在降低对分层功能表面中异常点影响的同时,快速完美重构基准面。仿真结果表明,该方法与最小二乘法(Least squares,Ls)相比,稳健性大大提高;与高斯回归滤波相比稳健性一致,但速度提高了近105倍,且ISO 25178-2中规范的表面三维幅度参数和功能参数与真实值的偏差都不超过2%;最后对实际气缸套内壁表面进行应用试验,结果表明比Ls更稳健,比高斯回归滤波更省时,能够满足提取基准面高精度与高效率的要求。

改进双树复小波在阶跃特征结构表面基准提取中的应用

刻线尺寸的器件表面存在着大量的如槽、台阶等不连续特征,当提取其基准面来做质量评定时,ISO规定最小二乘拟合法来实现,但其鲁棒性远远差于滤波法。而若直接采用传统滤波法(如高斯滤波、小波滤波等)在不连续特征处会产生波动。基于此,提出一种新的滤波稳健算法,通过对双树复小波变换(Dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)进行全变分最小化理论(Total variation minimization,TVM)梯度处理,即对每层的小波系数运用阈值方法进行初始化,借助投影次梯度法将TVM理论与DT-CWT相结合,不断迭代,最终增强DT-CWT在提取几何结构特征基准面的鲁棒性。仿真结果表明,所提算法与传统滤波方法相比,整个表征精度(最大重构误差和均方差)具有最优性,且评定高度也最接近理想高度。对一实测标块,无论从直观三维视图还是侧面对比图,其在阶跃处能很好地抑制波动,与标块实际加工的理论高度偏差只有0.040 3μm,保证了产品的几何特征,为实际的工程应用提供了一种有效的基准提取方法。

基于高斯逼近的广义B样条平滑滤波快速算法

将添加了速度项s(xi)xi的平滑变分公式引入广义B样条滤波器,通过速度项αs(xi)αxi来增加数字滤波器传输特性对参数t1,t2的敏感性,推导出一个小尺度且能够快速逼近高斯滤波的平滑数字滤波器,并且讨论在不同截止角频率ωc下文中算法与标准高斯滤波器的逼近程度。最后对一个长度为19 000的实测轮廓数据进行滤波,实验结果表明:该滤波器一定程度上抑制了传统高斯滤波边界畸变的缺陷,且响应时间短,整个过程耗时1.6ms,仅为传统高斯滤波的1/40,为工程表面滤波提供了一种新方法。

基于EMD的机床主轴频率误差提取方法

提出了一种基于经验模态分解的主轴频率误差提取方法,通过分析经验模态分解具有多尺度多分辨率的特性,指出其能够提取不同频率的主轴误差,通过实验对含有主轴频率误差的信号进行经验模态分解,并对各阶模态分量进行频谱分析,识别主轴频率误差的类型,验证了该方法能够有效提取机床主轴的频率误差。

考虑氧化作用的CMP接触去除模型分析

针对目前大多数化学机械抛光(CMP)材料去除模型没有考虑到氧化薄膜作用的现象,提出一种考虑氧化后的芯片与磨粒之间的接触模型,该模型的建立基于接触力学理论和接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化过程,并将该模型与传统的塑性去除模型进行了对比分析。结果表明:低压CMP精抛过程中,磨粒在外载荷的作用与氧化后的芯片表面发生接触去除,且随着工作载荷的增大,芯片表面的压痕深度、卸载回弹量、最大应力和材料去除量也随之增大;当载荷为1200-4250n N时,芯片弹塑性接触去除率小于传统理想塑性接触去除率;当载荷约为1650n N时,相对误差达到最大值28%。因此,氧化后的芯片与磨粒并非简单的塑性去除,考虑氧化后的芯片去除将更有利于后续精确地统计实际CMP去除率,为进一步优化CMP工艺提供一定的理论基础。

复合合金化对奥氏体中锰钢切削加工性的影响及切削加工性的模糊综合评判

在传统奥氏体中锰钢中添加不同含量的合金元素Mo, Cr, Nb和RE进行复合合金化处理,测试了其导热性及切削加工性,研究了复合合金化对奥氏体中锰钢切削加工性的影响,建立了二级模糊综合评判模型,以奥氏体锰钢的硬度、抗拉强度、延伸率、冲击韧性和热导率作为影响因素,对切削加工性进行定量分析.结果表明,复合合金化处理可一定程度上改善奥氏体锰钢的切削加工性,合金元素Mo, Cr和Nb含量分别为1.87wt%, 2.43wt%和0.059wt%时试样的刀具后刀面平均磨损宽度VB值比未经合金化处理的ZGMn13钢减少了14.3%.用二级模糊综合评判模型对奥氏体锰钢的切削加工性进行评价,通过本模型获得的评价指标与刀具磨损实验获得的VB值相关性显著,相关系数为–0.87334,存在高度的线性负相关,评判结果与VB值基本一致,评判模型符合生产实际,结果准确有效.