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渐进多焦点自由曲面镜片渐进通道优化设计

光学学报 2024年第8期44卷 208-218页

作者：张欣项华中马乐飞郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海200093

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时... 详细信息

渐进多焦点镜片子午线光焦度分布设计直接影响镜片像散分布,是优化设计的核心之一。提出了一种基于累积分布函数的子午线光焦度分布方法;针对渐进通道宽度过窄的问题,对子午线光焦度分布下的不同轮廓线求解对应的矢高进行加权叠加,同时推导新的子午线光焦度分布函数以降低子午线光焦度变化率;仿真及加工了3片镜片。研究结果表明:采用累积分布函数能够设计出满足光学性能要求的渐进镜片;使用矢高叠加扩展了渐进通道的宽度,保持了像散梯度的平滑过渡,且将最大像散分布在镜片鼻翼两侧;新的子午线光焦度分布函数在拓宽渐进通道宽度下会存在像散梯度变化堆积问题,所以需要将光焦度分布和面型等因素结合考虑,并进行优化。本研究方法为渐进多焦点镜片的子午线光焦度优化设计提供了新的理论。

关键词：光学设计子午线光焦度加宽渐进通道渐进多焦点镜片

数字孪生下基于DACS-MFAC的数控机床热误差自适应预测方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 248-257页

作者：杜柳青吕发良余永维重庆理工大学机械工程学院重庆400054

基于现代控制理论的经验建模法,在针对数控机床不同生产工况时,难以建立一种共性的热误差解决方案。探索了在数字孪生框架下以无模型驱动方式实现数控机床热误差自适应预测的研究。首先,建立了机床“热传感-映射-融合与优化-驱动”数字... 详细信息

基于现代控制理论的经验建模法,在针对数控机床不同生产工况时,难以建立一种共性的热误差解决方案。探索了在数字孪生框架下以无模型驱动方式实现数控机床热误差自适应预测的研究。首先,建立了机床“热传感-映射-融合与优化-驱动”数字孪生框架,实现热特征信息在数字孪生体中的存储与融合。然后,基于MISO系统的假设条件和动态线性化几何释义,提出了一种不受被控系统任何结构数据影响的热误差无模型自适应控制(MFAC)方法。进一步,基于动态发现概率和自适应步长的DACS-MFAC算法按照一定的周期更新系统参数,实现数字孪生系统下热误差预测值的动态优化。实验结果表明,DACS-MFAC方法具有适应强、精度高、收敛性好等优点。

关键词：数控机床热误差数字孪生无模型自适应控制动态自适应布谷鸟搜索

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眼镜镜片尖边轮廓的五轴数控加工

光学精密工程 2024年第5期32卷 704-713页

作者：李宏涛项华中郑泽希丁琦慧张欣王彭张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合... 详细信息

为了改善和优化眼镜镜片的加工流程,避免镜片尖边加工过程中刀轴矢量变化剧烈、影响工件表面的加工质量,提出了一种基于UG NX的五轴数控加工路径。利用智能镜框扫描仪对镜框边缘进行扫描,获得镜框凹槽点云数据文件,编写相应程序对符合眼镜片加工标准的OMA文件中的球坐标数据进行坐标及格式转换等处理。基于NURBS曲线拟合算法,实现刀路轨迹的连续性并保证拟合曲线的精度。设计和建立一种控制刀轴矢量平滑变化的刀轴驱动约束方法,依靠曲线驱动刀轴及镜片曲面法向量约束刀轴使刀头平滑进给,并将刀轨文件经过后处理转换为NC文件。最后,对加工后的镜片进行误差测量,结果表明,通过点云数据拟合刀路曲线的方法提高了加工面的精确度和光滑性,有效缩减了加工流程,提高了加工效率。

关键词：光学加工数控系统非均匀有理B样条曲线拟合刀具路径

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物理信息神经网络解偏微分方程设计渐进镜片

光学学报 2024年

作者：项华中程慧丁琦慧郑泽希陈家璧王成张大伟庄松林上海理工大学健康科学与工程学院医学光学与视光学研究所上海理工大学上海介入医疗器械工程技术研究中心上海理工大学机械工程学院上海理工大学光电信息与计算机工程学院

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代... 详细信息

本文提出了一种基于物理信息神经网络(PINN)求解非线性偏微分方程设计渐进多焦点镜片的方法。使用显式有限差分算法生成训练数据，建立深度卷积神经网络模型，构建量化偏微分方程残差的损失函数，同时约束施加边界条件后的残差，在迭代过程中最小化损失函数来更新神经网络参数（权重和偏置）并输出优化后的镜片面型。最后，通过数值法和PINN设计并加工六组镜片。结果表明，经PINN设计的三组镜片，远用区的光焦度误差更小，在0.05D以内；远近用区像散也更小，仅0.02D；加光度与理论之间的误差也显著降低，最小误差为0.1D。实现了优化镜片光学性能的同时，远近用区域面积大小和宽度等参数基本没有变化，达到了优化要求。本文所提出的物理信息神经网络方法为渐进多焦点镜片的优化提供了一种新的优化设计方法。

关键词：物理信息神经网络自由曲面渐进多焦点镜片像散光焦度

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凹槽结构对离心泵空化特性的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 139-144页

作者：赵伟国张栩杨良李家豪兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

以低比转速离心泵为研究对象,提出一种叶片前缘布置凹槽结构的空化抑制方法.结合修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型对离心泵进行数值模拟,并将试验与模拟进行对比分析.结果发现:凹槽结构提升了离心泵的断裂扬程,降低了临界空化余量... 详细信息

以低比转速离心泵为研究对象,提出一种叶片前缘布置凹槽结构的空化抑制方法.结合修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型对离心泵进行数值模拟,并将试验与模拟进行对比分析.结果发现:凹槽结构提升了离心泵的断裂扬程,降低了临界空化余量;在不同的空化阶段降低了漩涡强度,优化了周围流场的流动状态,诱发相对高压并改善涡量场;减少了各空化余量下离心泵的空泡体积,降低了多个监测点压力脉动主频幅值.凹槽结构有效限制离心泵空化发展,使离心泵的运行更加稳定.

关键词：离心泵空化特性凹槽结构数值模拟压力脉动

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基于多性能退化参数的电主轴可靠性研究

机床与液压 2024年第17期52卷 124-129页

作者：訾佼佼张涛刘宏昭西安交通工程学院机械与电气工程学院长安大学工程机械学院西安理工大学机械与精密仪器工程学院

以数控机床磨削电主轴为研究对象，运用多性能退化参数可靠性理论对磨削电主轴进行研究。通过分析磨削电主轴的失效机制，选取性能退化参数，并在此基础上建立性能退化模型，提出一种基于多性能退化参数的电主轴可靠性评估方法。通过搭... 详细信息

以数控机床磨削电主轴为研究对象，运用多性能退化参数可靠性理论对磨削电主轴进行研究。通过分析磨削电主轴的失效机制，选取性能退化参数，并在此基础上建立性能退化模型，提出一种基于多性能退化参数的电主轴可靠性评估方法。通过搭建试验台，采集性能退化参数试验样本数据，预测电主轴的可靠性变化规律，并将基于多性能退化参数的电主轴可靠性方法与基于单一性能退化参数中的贝叶斯法进行对比。结果表明：基于单一性能退化参数的方法往往高估电主轴的寿命，多性能退化参数的电主轴可靠性评估方法更加贴合实际。提出的方法可为数控机床电主轴可靠性评估提供参考。

关键词：数控机床电主轴多性能退化参数可靠性

粉末冶金Ti-6Al-3Mo-1Zr钛合金的微观组织和力学性能

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中国有色金属学报 2024年第5期34卷 1566-1578页

作者：谭亚宁李宁刘乐华张卫文杨超王智华南理工大学金属新材料制备与成形广东省重点实验室广州510640 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074

采用粉末冶金工艺制备出一种具有细小组织的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金,通过X射线衍射仪、扫描电镜及拉伸试验等研究了热压烧结温度对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:在烧结温度1000℃下制备的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金具有细小组织和较... 详细信息

采用粉末冶金工艺制备出一种具有细小组织的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金,通过X射线衍射仪、扫描电镜及拉伸试验等研究了热压烧结温度对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:在烧结温度1000℃下制备的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金具有细小组织和较优的力学性能,其原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度分别为176μm、49μm和1.49μm,室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为895 MPa、823 MPa和12.7%,强化机制主要为固溶强化、Hall-Petch效应和α/β界面强化。由于Mo元素可降低钛合金的高温扩散系数,因此,Ti-6Al-3Mo-1Zr合金的原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度均小于相同工艺条件下制备的Ti-6Al-4V合金,其室温及高温强度、加工硬化率和塑性均优于Ti-6Al-4V合金。

关键词：粉末冶金钛合金力学性能微观组织

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基于强化学习的空间机器人柔性捕获控制研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 150-157页

作者：艾海平鄂凯欣朱安陈力江西理工大学能源与机械工程学院江西南昌330013 福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108

针对空间机器人双臂捕获卫星过程中的关节易受冲击力矩而破坏的问题,提出一种基于强化学习的柔性控制方法.首先,针对捕获前双臂空间机器人及卫星系统,分别利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法推导得其动力学模型;然后结合冲量定理、位置约束... 详细信息

针对空间机器人双臂捕获卫星过程中的关节易受冲击力矩而破坏的问题,提出一种基于强化学习的柔性控制方法.首先,针对捕获前双臂空间机器人及卫星系统,分别利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法推导得其动力学模型;然后结合冲量定理、位置约束关系及牛顿第三定律,建立捕获后空间机器人与卫星形成混合体系统的动力学模型.针对失稳的混合体系统,提出一种缓冲柔顺强化学习控制方案,该方案通过系统与环境的动态交互来实时优化控制策略以实现镇定过程的最优控制.仿真结果表明:所提控制方案最大可减少54.2%的冲击力矩,并在镇定阶段确保关节冲击力矩限制在安全范围内,从而保护关节免受冲击力矩的破坏.

关键词：空间机器人柔性机构双臂捕获卫星操作闭链系统缓冲柔顺控制强化学习

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基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器

仪器仪表学报 2024年第2期45卷 201-213页

作者：杨继森庹万章张静冯济琴卢渝重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心重庆400054 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆理工大学时栅传感及先进检测技术重点市重点实验室重庆400054 重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054

针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器。传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构... 详细信息

针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器。传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和X、Y方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和X、Y方向感应线圈构成。通过对X、Y方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿真误差进行分析,并优化了传感器结构。最后采用PCB工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在150 mm×150 mm的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中X方向测量精度为±33.08μm,Y方向测量精度为±36.95μm,优化后的传感器样机X、Y方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了49.1%和50.7%。

关键词：二维位移传感器平面二维位移测量多频磁场耦合