飞秒激光制备仿生功能微纳结构及其应用

自然界中的微纳结构蕴藏着无尽的功能,为材料科学和工程技术的创新与发展带来了新的机遇。受生物体功能表面的启发,针对仿生表面开发出大量新功能,如结构色、超疏水、自清洁、光学性能调控等。飞秒激光制造是一种可以在微米和纳米尺度上精确控制材料结构的加工方式。通过调控飞秒激光加工参数,可以在多种材料体系中实现超越衍射极限的三维加工。飞秒激光直写加工技术的独特之处在于可以实现材料的跨尺度修饰,通过模拟优化,制备更加复杂的微纳结构。综述了利用飞秒激光技术制备仿生功能微纳结构的新进展,展示了该结构在结构色、表面浸润性、光学性能调控等方面的性能。讨论了飞秒激光制备仿生功能表面的应用前景。最后举例说明了激光微纳制造复杂高分辨率结构的新应用。     

单轴加速度计信息采集系统设计

为了实现对惯导系统中加速度计信号的采集,本文提出了一种新的单轴加速度计信息采集方案。该方案是将加速度计输出的电流信号通过采样电阻转化成电压信号,再由高精度A/D芯片进行模/数转换,在小电流情况下,运用切换采样电阻值的方式将小电流信号转换成大电压信号,从而充分利用了A/D芯片的量程,提高了加速度计信息采集精度。实验证明,该方法可以提高信号的采集精度,使得在小电流情况下加速度精度达到±1×10^-5g以内,满足了惯性导航系统的要求。     

金属基仿生超滑表面制造及其应用

金属是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,是构成现代文明社会的支撑材料,增加金属材料的特殊性能,拓宽金属材料的应用范围,已经成为 自然科学交叉研究的热点.受自然界启发,研究人员通过探究猪笼草口缘区的超滑行为,在微/纳米结构基底中注入低表面能润滑液,形成固液复合涂层,设计并制备出具有特殊润湿性的仿生超滑表面,显现出优异...     

微孔阵列结构的纳秒激光制备及陷光性能研究

为了制备形状可控、有序阵列的陷光微结构表面,使用纳秒激光器在钛合金(Ti6Al4V)表面加工呈六角形分布的微孔阵列结构,研究了不同激光扫描次数对表面微孔阵列结构形貌和反射率的影响。研究结果表明,随着激光扫描次数的增加,微孔结构表面的反射率逐渐降低,当激光扫描次数增加至40次时,微米级孔洞的直径约为(68±5)μm,孔洞深度约为(175±5)μm,在400 nm～1 000 nm波长范围内微孔阵列结构表面的平均反射率降低至1.3%。纳秒激光制备的微孔阵列结构表面有效增强了钛合金表面的陷光性能,在光学隐身、屏蔽杂散光等领域内具有重要的应用前景。     

轴对称非球面精密磨削误差补偿

在光学系统中应用非球面元件可以增加光学设计的灵活性,改善光学系统成像质量,提高光学性能,极大地减小光学系统的外形尺寸和质量.通过深入分析轴对称非球面精密磨削成型过程的加工特性,以及工艺过程中的刀具与工件弹性变形、刀具半径误差、轴向对刀误差等主要加工误差因素的成因,建立了刀具与工件变形量模型、刀具半径误差补偿理论模型及轴...     

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀的自动聚焦方法

数字同轴全息对刀技术中微细铣刀全息再现像的自动聚焦是实现高精度自动对刀的关键技术,其中聚焦评价函数是判别图像质量的依据.通过比较几种常用的聚焦评价函数的评价性能,探讨了数字全息自动对焦过程中刀具的成像特点以及适用的聚焦评价方法,发现小波变换聚焦评价函数能适应高精度聚焦的需要.针对自动调焦问题,提出一种分段递进搜索方法,将搜索过程分为两个过程:大步距粗调和小步距精调,分段搜索最优解.然后比较分析了所提搜索方法与经典的模拟退火算法和Levenberg-Marquardt算法的搜索性能.实验结果表明,所提分段递进搜索方法适用性更强,并通过计算机模拟实验进一步验证了其有效性.     

非球面元件精密铣磨加工技术研究

通过对Φ42 mm和Φ82 mm口径非球面光学零件精密铣磨成型过程的加工特点和加工误差因素的分析,在工艺中引入刀具与工件变形、刀具半径误差等因素,结合经典Hertz接触理论建立了刀具与工件变形量及刀具半径误差和补偿理论模型,并且应用在精密铣磨成型过程中,通过实验,Φ42 mm口径非球面光学零件经一次精密铣磨成型后元件面形精度PV值为1.91μm,RMS值达到0.288μm;Φ82 mm口径非球面光学零件经一次精密铣磨成型后元件面形精度PV值为1.60μm,RMS值达到0.385μm,完全满足加工精度要求,加工时间节省了50%以上。实验验证了理论分析及误差补偿方法的正确性,实现了精密光学非球面元件的快速精密铣磨成型加工。     

微小零件显微检测图像的清晰度评价

根据微小零件显微检测图像纹理相似、边缘信息太少和灰度分布范围有限等特点,从算法的基本原理出发,对传统清晰度评价函数进行了分析。针对传统清晰度评价函数无法兼具高灵敏度和抗噪性的缺陷,提出了一种基于局域方差信息熵的清晰度评价算法。该算法利用局域方差对各灰度级的自信息量进行加权,一方面弥补了信息熵函数缺失的空间信息,避免清晰度误判;另一方面增加清晰区域像素参与计算信息量时的权重,同时减少背景区域和噪声区域像素计算的权重,从而提高函数灵敏度。实验结果表明,与传统清晰度评价函数相比,局域方差信息熵函数不仅灵敏度很高,而且具有较好的抗噪性,可用于实际的自动对焦系统中。     

红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题,基于激光检测技术和CCD探测技术,提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法,并研制了扫描镜摆角动态测试系统,其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构,着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨,通过建立系统的数学模型,解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证,结果表明系统的摆角测量范围为0~±12°,分辨力为0.01°,动静态测量精度优于±0.04°。     

微细铣刀位姿同轴全息重建方法

微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命.为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法.利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像.在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴...