应用于微靶装配的显微视觉检测技术

针对如何实现微小尺度（μm～mm）靶零件装配过程中的在线检测，研制了应用于微靶装配的显微视觉检测系统，并对系统的构成与显微成像、图像预处理、特征检测等关键图像处理技术进行了详细论述。提出了针对微靶零件的新型多重滤波除噪算法和几何特征检测算法，并以铝台阶、柱腔等微靶零件为应用实例开展了实验研究。结果表明，该系统采用的算法能有效、快速、准确地对靶零件进行几何特征和实时位置检测，在检测视场为3mm时，其检测精度≤3μm，角度检测精度≤0．1°，适用于ICF微靶等微型器件的微装配。     

适用于ICF靶夹持的多用微夹持器

针对惯性约束聚变靶零件的特点和靶装配应用环境,研制了一种多用微夹持器。该微夹持器以压电陶瓷驱动柔性钳体,集成张合量和夹持力控制功能,可更换各种形状夹口和调整夹口初始开口距离,以适应多种靶零件的夹持。利用有限元分析方法对钳体柔性机构进行了优化设计。通过检测钳体张合时不同部位柔性铰链的应变量,实现了张合量和夹持力的独立控制,并对张合量和夹持力进行了精确标定。实验结果表明:微夹持器张合量达到1 320 m,其控制分辨力为5 m;夹持力为365.0 mN,其控制分辨力1.3 mN。     

一种钡金属有机框架材料的合成及其晶体结构和发光性能的研究

金属有机框架(MOFs)因其独特的结构和在晶体工程与材料科学领域中的潜在应用而成为研究热点。目前,大多数MOFs都以过渡金属为中心,而具有特殊构型的第Ⅱ主族金属(碱土金属)受到的关注则相对较少。本文采用溶剂热法,以异烟酸氮氧化物(HINO)为有机配体,与二水合氯化钡(BaCl₂·2H₂O)金属盐合成了一种新型的三维Ba(Ⅱ)-MOF材料[Ba(INO)₂]_n。通过单晶X射线衍射、X射线粉末衍射、红外光谱、元素分析、热重分析、荧光光谱等测试对该Ba-MOF进行了结构和性能表征。单晶X射线衍射结果表明:[Ba(INO)₂]_n为单斜晶系,Cc空间群,晶胞参数为a=1.636 14(7) nm,b=1.126 35(4) nm,c=0.742 40(3) nm,中心离子Ba(Ⅱ)为高配位数的九配位变形三帽三角棱柱体几何构型。[Ba(INO)₂]_n结构中的Ba—O一维链由B型INO配体连接形成二维平面层结构,再由A型INO配体沿着4个方向延伸连接形成三维框架。然而有趣的是,当Ba—O一维链直接由A型INO配体连接时即可形成三维微孔框架,而B型INO配体则进一步撑起该三维框架形成坚实稳定的柱撑结构。[Ba(INO)₂]_n表现出良好的热稳定性。此外,固态荧光测试显示,在330 nm紫外光激发下,[Ba(INO)₂]_n发出395 nm的蓝光,相比于HINO配体的437 nm最大发射峰,出现了明显的蓝移,这是由INO配体与Ba(Ⅱ)金属离子之间的电荷转移导致的。     

点火靶半腔套装实验系统设计

根据美国NIF点火基准靶REV4.0要求,对半腔套装工艺进行了具体的参数分析,确定了半黑腔与冷冻罩的铝套筒过盈配合公差带等关键参数,制定了装配系统技术指标,设计了系统方案,研制了实验样机。该样机具有12个电控台,重复定位精度达到0.3μm和0.01°,并配备激光测头和6轴微力传感器,对靶件姿态与套装过程中的受力情况进行检测,可完成半黑腔套入与入射孔衬垫装配两道工序。利用该样机对模拟靶件进行了装配实验,半黑腔与铝套筒同轴度为8μm,轴向与径向夹角优于0.5°,验证了装配工艺与系统功能的有效性。     

微靶装配中靶球几何量的高精度测量

为满足微靶装配过程中靶球和靶腔相对位置的严格的要求,保障惯性约束聚变实验的成功,针对机器视觉的几何量测量精度很难达到5 m以下的不足,设计了利用具有亚m级精度的激光共焦测头对装配中的靶球进行采点扫描以获取其尺寸和位置的非接触测量方法,借助于在线监测系统运动轴的高精度定位,通过上下两个激光共焦测头的组合测量,并采用一种快速而准确的基于点阵插值细分和目标两级提取的测量算法,使在线监测系统的球体几何量测量精度达到了2 m。