zhangxd@tju.edu.cn
仪器科学与技术
天津大学“北洋****”；首批天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才
教授
纳米级复杂曲面多功能柔性原位测量关键基础技术的研究

---

微纳结构/零件多频段非接触检测与质量评定

---

表面改性辅助硬脆材料纳米切削的基础研究

---

光学自由曲面成形过程中的界面作用机理及外场介入调控

---

一种弹簧同心度和垂直度测量仪及其测量方法

---

一种基于全局标定约束的三维拼接匹配点选取方法

---

光学自由曲面制造性能评价及应用实现

---

光学成像质量可控的自由曲面制造基础研究

---

空间遥感无热化关键光学元件高精度制造基础研究

---

40mm锗片研制

---

自反射镜研制

---

光场交互系统研发

---

光学晶体材料复杂曲面高精度成型及原位测量关键技术的基础研究

---

激光晶体低/无损伤成形机理及新方法

---

多面共体自由曲面控形控位制造新方法及装备

---

多自由曲面反射成像系统一体免装配加工新体系

---

复眼结构光学器件超精密加工及精度控制研究
一种弹簧同心度和垂直度测量仪及其测量方法

---

一种虚拟现实目镜设计及制造方法

---

脆性材料复杂曲面超精密车削成型方法

---

脆性材料复杂曲面快速伺服超精密飞刀切削加工方法

---

一种脆性材料复杂曲面的加工方法

---

基于柔性测头的超精密原位测量装置及超精密加工方法

---

三维数字化测量中的一种颜色渲染方法

---

一种带有斜面的光学镜的超精密车削加工方法

---

一种轮廓线数据的滤波方法

---

基于加工公差约束的光学自由曲面棱镜面型参数优化方法

---

微阵列结构光学器件面型精度评价方法

---

一种具有逆反射性能的微棱镜及其模具制作方法

---

一种压缩弹簧几何参数在线测量方法

---

一种基于全局标定约束的三维拼接匹配点选取方法

---

一种白光干涉及激光扫描结合的形貌测量装置

---

一种晶体材料超精密车削加工损伤控制方法

---

一种微结构阵列器件模芯制造方法

---

一种复杂形貌快速测量方法

---

用于形貌测量的光路系统

---

一种离轴抛物面多镜系统集成加工方法

---

激光晶体等离子体辅助刻蚀加工PaE方法
本发明属于图像测量技术领域,尤其涉及压缩弹簧的同心度和垂直度测量装置,一种弹簧同心度和垂直度测量仪,包括由下列部件:设置在云台上的摄像机;置于摄像机对面的背光板,用以投射出均匀光线;旋转底座,用以固定待测弹簧;气缸和气缸顶轴,用以固定弹簧位置,并对弹簧进行压缩操作;云台,用以进行摄像机视角的调整;计算机,用以根据摄像机采集的图像信号进行弹簧同心度和垂直度的计算和测量。本发明同时提供一种采用该种装置测量压缩弹簧的同心度和垂直度的测量方法。

---

本发明涉及一种虚拟现实目镜设计及制造方法

---

本发明涉及一种脆性材料复杂曲面超精密车削成型方法

---

本发明涉及一种脆性材料复杂曲面快速伺服超精密飞刀切削加工方法

---

本发明涉及一种脆性材料复杂曲面的加工方法

---

一种基于柔性测头的超精密原位测量装置，其特征在于，所述测量装置包括柔性测头、传像光纤、耦接镜、高精密转台和光学三维测量系统，所述柔性测头被置于高精密转台上，其中心位于转台的旋转轴的轴线上，柔性测头采集的被测面图像，依次通过传像光纤、耦接镜被传送至光学三维测量系统。

---

1.三维数字化测量中的一种颜色渲染方法，由视觉测量系统中的单色摄像机以及与 其相配合的视觉测量器件提取被测对象的空间三维坐标，其特征在于，将另一台彩色摄 像机置于靠近视觉测量系统中的摄像机的位置，利用此台彩色摄像机采集被测对象的颜 色信息，并为由视觉测量系统中的摄像机采集得到的空间三维坐标匹配颜色信息，得到 彩色三维数据，实现三维数字化测量中颜色渲染。

---

本发明属于光学器件制造及超精密加工技术领域,涉及一种带有斜面的光学镜的超精密车削加工方法:在斜面上取两个基准点,并确定工件初始平面,对需要加工的斜面进行粗加工;制作夹具并装配工件于加工机床的端面,调整工件初始平面垂直于z轴,并调整工件中心与主轴中心重合;进行坐标变换,得到两个端点的连线与x轴重合,以两个基准点的中心坐标为原点的新曲面,计算整个曲面的法向夹角,确定加工该曲面所需的金刚石刀具后角,选择合适的刀具装配于机床上,对坐标转换后的曲面进行NURBS曲面拟合,按照螺旋线驱动线方法确定加工路径。

---

本发明属于轮廓测量理论中的数据处理技术领域，涉及一种轮廓线数据的滤波方法，包括：1)对原始测量数据进行样条滤波处理，得到样条滤波的滤波中线数据；2)求解每个测量数据点对应的权重判断值；4)设定常量参数，将每个点的权重判断值vi与其进行比较，求解每个点的权重值；5)依据权重值进行奇异值数据识别，权重值为0的点可判断为奇异值数据点，并标记异常数据的范围；6)分别将奇异值数据范围内的其他点替换为数据两个边界点数据的平均值，得到一组不含奇异值数据的新数据。

---

本发明属于光学领域的光学自由曲面设计及制造技术领域，涉及一种基于加工公差约束的光学自由曲面棱镜面型参数优化方法，包括：依次对每个初始的结构参数按照一定采样间隔进行公差范围的遍历，进行光学自由曲面棱镜结构的改变，统计每个结构参数改变过程中MTF值的变化趋势；由MTF值变化趋势确定影响成像质量较大的结构参数；根据影响成像质量较大的结构参数变化的最大极限与最小极限，再得到一系列具有新结构参数的光学自由曲面棱镜系统，进行综合优化设计，通过调整面型参数，使各位置的成像质量达到最佳。

---

本发明属于先进制造领域的复杂曲面零件超精密制造技术领域，涉及一种微阵列结构光学器件面型精度评价方法，包括：1）进行平面拟合，确定三维测量数据的基准平面，对测量数据进行调平操作；2）搜索调平后三维测量数据的坐标范围；3）将调平后的三维测量数据转为伪灰度图；4）对伪灰度图进行二值化处理，并依次进行边界提取和圆形识别；5）在单元顶点附近对三维测量数据进行搜索，得到最大或最小值；6）对于全部调平后的三维测量数据进行搜索，提取每个单元面型上的三维测量数据点。

---

本发明属于逆反射材料设计及制造、光学器件制造及超精密加工技术领域,提出一种具有逆反射性能的微棱镜,其微棱镜单元由正三棱锥组成,两个微棱镜单元的相邻侧面夹角在70.6175°与70.4418°之间。本发明在观察角为0.2°时可接收到最大光强,并在传统切削工艺中添加必要的塑料固化过程,而实现微棱镜结构的无毛刺高效切削。

---

本发明属于图像测试技术领域，涉及一种压缩弹簧几何参数在线测量方法，包括：遍历压缩弹簧三维点云数据，采用数据投影法逐步循环求解最佳垂直平面；通过遍历所有切片平面，求解压缩弹簧的半径和簧丝直径；为进一步获取弹簧的其他几何参数，按照单一方向对切片平面中得曲线逐一进行分析，获取得到弹簧最外边缘数据，在此基础上实现其他几何参数的求解。本发明提出的弹簧几何参数测量方法，是基于弹簧三维全面测量数据而得出的参数值，较二维测量方法具有更全面、准确的特点，且本发明可一次快速获取几乎全部的几何评价参数。

---

本发明属于计算机视觉和图像测量技术领域,尤其涉及一种三维拼接匹配点选取方法,包括下列步骤:(1)使用靶标对多传感器系统进行全局标定,同时获取靶标特征点的数据;(2)对同一靶标的数据点进行平面拟合,并利用投影点及最小凸包方法求解靶标区域;(3)记录进行全局标定的所有靶标的区域数据;(4)在实际测量时,获取所有传感器的实测数据,结合前面记录的靶标区域对相邻传感器之间的测量数据的重叠区域进行求解;(5)使用这些重叠区域进行快速的三维拼接,最终得到全貌测量数据。

---

本发明公开一种白光干涉及激光扫描结合的形貌测量装置，包括三维运动平台和置于其上的白光？激光测量系统

---

本发明涉及一种晶体材料超精密车削加工损伤控制方法， 包括： 根据待加工材料、 切削参数设计多层非晶系统， 确定非晶层个数、 深度及厚度， 并利用蒙特卡洛数值方法模拟离子辐照过程， 计算出离子源、 注入能量与剂量参数组合； 根据计算的注入参数采用离子注入机或高能加速器进行离子辐照， 完成材料内部多层非晶结构的制备； 结合刀具圆弧半径、 切削深度、 非晶层几何参数以及工件材料的脆塑转变厚度， 确定车削允许的最大进给速率； 按照上述车削参数， 对改性晶体进行平面加工。

---

本发明提供一种微结构阵列器件模芯制造方法，包括：(1)准备用于制备注塑模芯的金属薄片；(2)准备圆柱夹具；(3)将圆柱夹具安装于加工机床上，对圆柱侧面进行超精密切削；(4)将金属薄片包裹于圆柱基底上，并紧固圆柱夹具；(5)再次对包裹金属薄片的圆柱侧面进行切削；(6)取下圆柱夹具，测量圆柱半径R；(7)根据测试好的圆柱半径R，并结合被加工微结构轮廓进行加工路径设计；(8)进行微结构单元加工；(9)对加工微结构区域进行剪裁并适当压平作为注塑模芯。

---

本发明公开一种复杂形貌快速测量方法，所采用的测量系统包括白光光源

---

本发明公开一种用于形貌测量的光路系统

---

本发明提供一种离轴抛物面多镜系统集成加工方法，为：(1)根据离轴抛物面多镜系统的结构设计，加工每个离轴抛物面镜毛坯；(2)根据结构设计中的各个离轴抛物面镜之间的位置关系制作夹具，各个离轴抛物面镜位于夹具内侧并在利用夹具夹持后的位置关系与结构设计中的位置关系一致；(3)保证金刚石刀具旋转半径小于相邻的离轴抛物面镜之间的最小距离的一半；(4)将各个离轴抛物面镜毛坯固定在夹具上，并固定于加工机床上；(5)对每个离轴抛物面镜进行切削加工。

---

本发明涉及一种激光晶体等离子体辅助刻蚀加工PaE方法，用于加工倍半氧化物激光晶体表面
High performance ultra-precision turning of large-aspect-ratio rectangular freeform optics

---

Study on Crystallographic Orientation Effect on Surface Generation of Aluminum in Nano-cutting

---

Nanometric cutting of silicon with crystalline-amorphous layer structure: a molecular dynamics study

---

A 3D measuring path planning strategy for intelligent CMMs based on an improved ant colony algorithm

---

Crystal orientation effect on the subsurface deformation of monocrystalline germanium in nanometric cutting

---

Hard particle effect on surface generation in nano-cutting

---

Subsurface deformation of germanium in ultra-precision cutting: characterization of micro-Raman spectroscopy

---

Highly efficient machining of non-circular freeform optics using fast tool servo assisted ultra-precision turning

---

Novel method of positioning optical freeform surfaces based on fringe deflectometry

---

Nanomanufacturing – perspective and applications

---

Manufacturing strategy of freeform optics on infrared materials via ultra-precision turning

---

Study on errors analysis and accuracy improvement for aspheric profile measurement

---

Novel method of positioning optical freeform surfaces based on fringe deflectometry

---

Measurement of micro-V-groove dihedral using white light interferometry

---

Reduction of artefacts and noise for a wavefront coding infrared imaging system

---

Identification and compensation of main machining errors on surface form accuracy in ultra-precision diamond turning

---

A molecular dynamics study on nanometric cutting of ion implanted silicon

---

An experimental study of cutting performance on monocrystalline germanium after ion implantation

---

Optical design and simulation of a compact multi-aperture camera based on a freeform microlens array

---

Influence of machining errors on form errors of microlens array in ultra-precision turning

---

Compensation strategy for machining optical freeform surfaces by the combined on- and off-machine measurement

---

High angular accuracy manufacture method of micro v-grooves based on tool alignment by on-machine measuremen

---

Coordinate transform machining of off-axis aspheric mirrors

---

Study on critical rake angle in nanometric cutting

---

Machining of optical freeform prisms by rotating tools turning

---

基于公差约束的自由曲面棱镜设计

---

Nanoindentation-induced phase transformation and structural deformation of monocrystalline germanium

---

Effect of Crystal Orientations on Nanocutting Based on Quasicontinuum Multiscale Method

---

Reverse analysis on the geometric errors of ultra-precision machine

---

Optical design and simulation of a compact multi-aperture camera based on a freeform microlens array

---

Inspection algorithm based on Gaussian filtering for Oil Seal Spring

---

基于准连续介质理论的单晶铜纳米切削过程仿真