最新刊期

    • 王珊,张滋黎,董登峰,周维虎,纪荣祎,潘映伶,王国名,崔成君

      摘要：目的为了提高激光跟踪仪坐标测量精度，分析了跟踪仪的几何结构误差，重点研究了横竖轴平移误差、横竖轴倾斜误差、激光平移误差和激光倾斜误差的标定和修正方法。方法首先利用几何分析法建立了几何结构误差模型，基于投影图像测量仪和检棒、PSD搭建了几何误差参数的标定装置，实现对几何误差的快速自动高精度标定及补偿。最后，利用误差标定实验测量出的几何误差代入误差补偿模型，与标尺的长度进行比对分析。结果实验结果表明：经几何误差修正后的跟踪仪坐标测量误差从13 μm/m减小到4 μm/m以内，测量精度提升了约9 μm/m。结论验证了几何误差标定和修正方法的正确性，表明利用这些方法可以提高激光跟踪仪的坐标测量精度。  
      关键词：激光跟踪仪;几何结构误差;误差标定;误差修正;最小二乘法   
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      发布时间：2024-04-19

    • 张逸博,孔新新,蒋德怀,赵思泽鹏,贾金刚,宋佳慧,伍洲

      摘要：针对晶圆翘曲检测中晶圆受外力引入附加形变难以消除及量化的问题，本文面向快速高精度晶圆翘曲工业检测提出了一种改进的竖直自动装夹方案，拥有精确约束和简洁装夹流程等优势。本文借助理论分析和有限元仿真结合晶圆翘曲表征方法，提出了一种晶圆装夹设计的分析方法，得到了不同关键设计参数与晶圆附加翘曲的关系，实现了竖直装夹机构关键参数的正向设计，并基于设计结果进行了投产与重复装夹验证实验。分析及实验结果表明，竖直装夹在保证晶圆姿态倾角小于0.02°、底部固定约束位置斜面角度35°±1°、夹持力不大于2 N且与竖直方向夹角不超过2°时，可以保证300 mm单晶硅晶圆的附加翘曲bow不超过70 nm，warp不超过1 000 nm。本研究对研制300 mm晶圆高精度几何形貌测量仪及大尺寸光学元件装夹具有一定的实际指导意义。  
      关键词：晶圆翘曲测量;竖直装夹;附加形变;有限元分析   
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      发布时间：2024-04-19

    • 王蕾,郭文平,陈欣慰,夏珉

      摘要：为了改善蜗杆齿顶表面缺陷检测依赖人工检测，检测效率低下以及检测成本高昂的现状，对基于机器视觉的自动化检测方法展开研究。设计了缺陷采集系统对蜗杆缺陷进行采集，针对不同缺陷发生率不同提出了数据增广策略。在YOLOv7的基础上进行算法改进：首先针对不同缺陷的尺寸分布差异，引入渐进特征金字塔重构颈部网络，提升模型的多尺度特征融合能力；其次为减少蜗杆非缺陷位置对检测结果的干扰，引入注意力机制进一步加强模型的缺陷关注能力；最后改进回归损失函数为SIOU，在网络训练中加入考虑标注框和预测框的方向，进一步提升网络的检测精度。通过对比消融实验证明了上述改进的有效性。在参数量下降20.7%的情况下，实验证明文本所提出的算法相较于YOLOv7算法精度提升了3.3个百分点。同时和YOLOR、YOLOv5l等多种算法相比，本算法检测性能达到最优。基本满足蜗杆表面缺陷自动化检测需求。  
      关键词：机器视觉;表面缺陷;YOLOv7;特征金字塔   
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      发布时间：2024-04-19

    • 陈飞昊,姜晨,郝宇,许世炜

      摘要：针对面向无动力输入的自由流体在半圆型截面微流道中单向流动的问题，设计并制备了具有百微米级大尺寸仿猪笼草口缘区结构的开放式半圆管型微流道。分析液体单向铺展性机理，设计基本的大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管表面；使用光固化成型方法的数字光处理3D打印设备制备工件，试验分析大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道的液体单向铺展性，计算极差表征各结构参数对单向铺展性的影响程度。结果表明：大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道在椭圆半长轴570 μm，空腔楔角30°，微流道宽度320 μm，结构体长360  μm，拉伸长度200 μm，曲率2时具有较强的单向铺展性；各因素对铺展系数的影响程度由大到小分别为拉伸长度h、结构体长l、空腔楔角θ、椭圆半长轴D、微流道宽度d和曲率k。研究结果为大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道的参数设计提供基础指导，也验证了采用常规3D打印技术制备具有单向铺展性的微流道的可行性。  
      关键词：猪笼草口缘区;单向铺展性;开放式半圆管型微流道;3D打印   
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      发布时间：2024-04-15

    • 樊耀轩,张文喜,伍洲,杨帅,覃日康

      摘要：在高精度平面干涉仪系统评价标准中，仪器传递函数（Instrument Transfer Function， ITF）已经逐渐成为了干涉仪性能的重要评价指标，其准确的反映了光学系统对于测量形貌不同空间频率的分辨能力；然而ITF测试过程中的实验环境要求较为严格，干涉仪系统噪声会导致测试结果产生较大失真。为了能够准确表征干涉仪系统的性能，本文通过仿真分析与实际实验结合的方式，将仿真干涉图引入不同量级的高斯随机噪声，探究了噪声对于ITF测试结果的影响，提出测试误差的评价指标ITFRMS值，分析了干涉仪系统的噪声容限，依据评价指标提出了几种不同的ITF测试优化方法，并搭建实验系统进行分析验证。最终实验结果表明，在未优化的ITF测试流程中，本文所搭建的干涉仪系统ITF测试的ITFRMS值为0.111 2，而优化测试后同样噪声量级的干涉仪系统所得ITFRMS值则分别下降到了0.069 3，0.036 7，0.057 9。此结果证明本文提出的优化方案具有可行性，能有效抑制干涉仪系统ITF测试过程中的噪声干扰影响。  
      关键词：干涉测量;斐索干涉仪;仪器传递函数;噪声容限   
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      发布时间：2024-04-15

    • 李菲尔,余佳珈,杜立群,吴梦希,刘军山

      摘要：玻璃微棱镜具有耐腐蚀、耐高温、寿命长等优点，但目前在玻璃上加工微棱镜阵列仍是一个难题。本文率先提出了界面钻蚀主导的玻璃准各向异性湿法刻蚀新方法，制备了高质量的微棱镜阵列器件。在元胞自动机中引入界面性质调控，模拟了界面钻蚀与各向同性侧蚀的竞争行为，探究了刻蚀横截面形貌的变化规律，构建了准各向异性湿法刻蚀模型。在此指导下，加工了横截面为梯形的微结构，设计并制备了间距、形状、大小均可调控的微棱镜阵列，重复性达到98%。验证了微棱镜阵列对LED灯扩散效果，光亮度提升了4.6倍。本文改变了传统的玻璃湿法刻蚀各向同性的固有认识，创新性地开发了准各向异性刻蚀工艺，为玻璃微棱镜阵列等相关器件提供了高效低成本的制备新方法。  
      关键词：微棱镜;湿法刻蚀;硼硅玻璃;界面钻蚀;准各向异性刻蚀   
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      发布时间：2024-04-15

    • 吴彤,杨翔宇,邹谨聪,刘友文,王玲,王吉明,路元刚,赫崇君

      摘要：为了使头戴式显示装置（Head-worn Display， HWD）进一步小型化，本文提出一种基于非对称光纤悬臂梁（Asymmetrical Fiber Cantilever， AFC）的李萨如轨迹扫描近眼显示系统，以及李萨如轨迹上的像素划分准则。研究了该系统的扫描轨迹、图像重建能力、显示分辨率、显示帧速率的影响因素。根据高分辨率、高帧速率指标设计了正交谐振频率组成，确定了非对称光纤悬臂梁的结构参数。研制的显示单元实物直径为2 mm，长度为19 mm。谐振频率下的分辨率为160×120 pixels，帧速率为10 Hz，图像重建误差率为0.002%。能够达到的最高分辨率为290×220 pixels，最高帧速率为95 Hz。基于显示单元实物，搭建了光纤扫描式近眼显示系统，使用相机模拟人眼观察，记录了该显示系统的实验结果，验证了基于非对称光纤悬臂梁的HWD显示性能及其未来应用潜力。  
      关键词：近眼显示;非对称光纤悬臂梁;头戴式显示装置;李萨如轨迹;像素划分   
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      发布时间：2024-03-18

    • 郭宸,常胜利,张文杰,肖广益,王飞,鲍桐

      摘要：粒子喷射速度的测速是火箭发动机结构改进设计极其重要的依据。但是由于火箭发动机尾焰喷射速度快、背景辐射强，传统的滤光器件（滤光片）与运动目标检测算法无法适用。针对上述问题，本文采取新型量子滤光技术，利用量子高信噪比，低背景噪声的特点，以原子滤光器为核心，将超窄带量子滤光技术应用到粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry， PIV）中，组成量子滤光PIV系统，滤光带宽可窄至GHz量级。同时基于量子滤光PIV系统提出了一种新的基于图像灰度互相关的虚拟粒子图像示踪算法，该算法通过对虚拟粒子的标记跟踪而表征实际粒子的运动轨迹，达到测量粒子速度的目的。经外场试验表明：量子滤光技术抑制复杂背景干扰强，相较于传统滤光器件信噪比提高了30dB，滤光效果明显；该算法准确性高，粒子测速误差低于0.5m/s，计算测量精度优于0.06%。同时，相关系统已经在国家相关研究单位获得应用。  
      关键词：火箭发动机;粒子喷射速度;量子滤光;示踪算法;信噪比;测量精度   
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      发布时间：2023-07-10

    • 金凯,丁莉芸,郭会勇,陈港川,胡勇

      摘要：为了解决超低温环境下光栅温敏系数（KB，T）标定的可靠性问题，将参考温度计探头和光纤Bragg光栅传感器封装在自主设计的非接触液氮冷却方式的测温模具中，在93～293 K的大范围超低温环境下进行标定实验探究，并利用裸栅的温敏系数和涂层的热膨胀系数来验证本实验设计的可信性。实验结果表明，参考温度计的初始最大温变速率为1.8 K/min，有效降低了测温模具的温变速率，改善了参考温度计与被标光栅之间的温度一致性，测试结果与可比文献的结果一致。裸栅的低温非线性效应导致其温敏系数从9.18 pm/K@293K降到2.19 pm/K@93K，室温下有机改性陶瓷（organic modified ceramic，ORMOCER）材料的热膨胀系数为3.7×10-6 K-1，单边厚度50 μm的ORMOCER涂层的温敏系数为4.43 pm/K，该涂层光栅在93 K时KB，T = 7.17 pm/K，显著提高了测温光栅的温敏系数和线性度。  
      关键词：光纤布拉格光栅;ORMOCER（organic modified ceramic）涂层;超低温;温度标定;温敏系数   
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      发布时间：2023-05-10

    • 连远锋,李光洋,沈韶辰

      摘要：针对遥感影像车辆检测中背景干扰、目标密集和目标异质性等因素引起的识别精度下降问题，提出了一种融合超像素与多模态感知网络的遥感影像车辆检测方法。首先，基于混合超像素的区域合并规则，通过超像素二分图融合算法将两种模态的超像素分割结果进行融合，提升了不同模态图像超像素分割结果的准确性。其次，提出一种多模态边缘感知网络的遥感影像车辆检测方法MEANet （multi-modal edge aware network），引入OPT-FPN模块（Optimized Feature Pyramid Networks）来增强网络学习多尺度目标特征的能力。最后，通过边缘感知模块聚合超像素和多模态融合模块生成的两组边缘特征，进而生成车辆目标的准确边界。在ISPRS Potsdam和ISPRS Vaihingen遥感影像数据集上进行实验，最终的mF1分数分别为91.05%和85.11%。实验结果表明，本文提出的方法在多模态遥感影像车辆高精度检测中有着较好的检测准确度和较好的应用价值。  
      关键词：超像素;多模态感知;遥感影像;车辆检测   
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      发布时间：2023-04-13

    • 左丰华,胡秀清,王霞,漆成莉,李路

      摘要：为了提高风云三号D星（FY-3D）上搭载的高光谱红外大气探测仪（HIRAS）的辐射定标精度，对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一，用于确定干涉图的零光程差位置（ZPD），ZPD是傅里叶变换的中心同时也是傅里叶变换的前提，对反演光谱具有重要影响，但目前业务中使用的相位校正方法只能将ZPD精确到整数采样点，本文基于仪器相位方法将对地观测、黑体观测和冷空观测的光谱相位相互比较，提取出线性相位分量，从而将ZPD精度提升到亚采样级。HIRAS与JPSS-1/CrIS比对结果显示，改进后的相位校正方法使三波段的平均偏差分别下降约0.1 K，0.4 K和0.8 K，三波段的偏差标准差分别下降约0.06 K，0.2 K和1.5 K，同时偏差对目标温度的依赖性也有所降低。改进后的相位校正方法弥补了原相位校正模块的缺点，有效减小HIRAS的辐射不确定度。  
      关键词：高光谱;相位校正;零光程差;仪器相位   
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      发布时间：2023-04-13

    • 安其昌,王鹍,刘欣悦,吴小霞,李洪文

      摘要：为实现大口径透镜组的高质量集成，亟需一套透射波前检测系统，可实现米级跨度上的微米级精度检测。在此，针对大口径透射波前质量检测难题，通过结合非窄带干涉与条纹跟踪，获得元件相对倾斜以及支撑结构所引入的系统波前变化。首先，基于光纤互联架构，设计了子孔径分时复用测系统，其次，建立了斜率测量与最终系统波前的映射关系，分析了斜率重建过程对不同空间频率波前的影响。最后，利用桌面实验系统，针对探测原理进行了验证测试，在测试波长1 550纳米下，干涉感知信噪比优于15 dB，测量范围优于5微米，探测精度优于0.5微米。基于本文所提出的方法可实现大口径透镜透射波前大范围、高鲁棒、高精度的检测，对于未来大口径大视场望远镜的建设，具有十分重要的意义。  
      关键词：大口径巡天望远镜;大口径透镜;光学检测;条纹追踪   
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      发布时间：2023-02-13

    • 梁奥,张浩,花海洋

      摘要：点云结构上的特殊性质，导致解释其深度模型学习特征的结果存在困难。提出了一种获得点云目标识别模型显著图的方法，首先在点云空间中随机释放若干自由因子并输入到模型中，然后根据设计的贡献度评价指标，基于梯度下降使骨干网络输出的池化特征尽可能偏离目标点云识别过程中输出的池化特征并更新因子位置。迭代后的因子无法参与识别过程，其对模型的预测“零贡献”，将目标点云中的点移动到这些因子的位置后对识别结果的影响与丢弃该点完全相同。点的移动过程可微，最后可根据梯度信息获得显著图。本文的方法在ModelNet40数据集上生成PointNet模型的显著图，相较于用点云中心生成显著图的方法，理论依据更强且适用的数据集更多。移动点至“零贡献”因子位置后对模型的影响较移动点至点云中心与丢弃点更相似。按本文的方法丢弃点使模型精度下降得更快，在仅丢弃100个点的情况下，模型的overall accuracy（OA）由90.4%下降至81.1%。同时经DGCNN和PointMLP评估，该显著性结果具有良好的通用性。该方法生成的显著性分数精度更高，且由模型驱动不含任何假设，适用于绝大多数点云识别模型和数据集，其显著性分析结果对目标识别网络的搭建与数据增强具有指导意义。  
      关键词：点云;显著图;目标识别;深度学习;可解释性   
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      发布时间：2023-01-03

    • 牛筱茜,缪鹏飞,王瀚林,王孝东,陈波

      摘要：为了预警空间天气，需对日地空间物理过程进行监测，极紫外（EUV）滤光片是极紫外成像仪其中的重要组成部分，用来去除太阳辐射光谱中的非工作波段的辐射。为了优化EUV滤光片在17.1nm波长处的透过率，本文基于比尔-朗伯定律通过理论计算和软件模拟确定17.1 nm EUV滤光片的材料及厚度。首先，采用真空热蒸发的方式在熔石英基底沉积脱膜层和金属薄膜，成功制备了以镍网为支撑的EUV滤光片。经测试，滤光片在17.1 nm处的透过率约为43.81%，表面光滑平整且无明显针孔。接下来为了说明氧化层对透过率的影响，使用椭圆偏振光谱仪测量滤光膜样品，得到放置不同时间的氧化层膜厚，并测得粗糙度来优化模拟滤光片透过率。利用IMD拟合样品氧化层厚度及粗糙度，调整层厚达到与实际测量值最为接近的曲线。实验结果表明滤光片透过率的模拟值与测量值绝对误差约1%，符合良好。本文为17.1 nm EUV滤光片提供了制备方法以及优化思路，在空间探测领域有重要应用价值。  
      关键词：金属薄膜;滤光片;栅网支撑;极紫外;氧化层   
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      发布时间：2023-01-03

    • 卢思彤,李柏晨,阎吉雅,李强

      摘要：柔性仿生机器人的感知功能实现需要传感器可集成且具备一定的柔性，否则由于顺应性不足很难得到良好应用效果。在本文中，作者将柔性仿生手指作为应用载体，探索一种基于液态导电金属的柔性触觉力/应变感知纤维，可完全贴合载体同时实现手指指尖触觉力和关节角度两个物理量测量。具体来说，本文将液态导电金属注入到一定长度的预制硅胶软管替代常规的微流腔道制作，进而形成管状且可任意变形和布局的柔性传感纤维， 实现检测不同的变形物理量（本文中利用其力和应变感知性能），该方法在保证器件柔性和功能性的前提下也极大地降低微流腔道工艺的复杂与繁琐性。最后，测量实验结果表明，基于液态导电金属的柔性传感纤维可嵌入并完全贴合柔性手指结构，并实现对手指的指尖触觉力感知（约1600KPa）和关节角度变化（约60°）同时感知及某一特定力/角度下的准确跟踪，展示了其作为柔性感知单元，可应用在更多类型的柔性或软体类应用载体的巨大潜力。  
      关键词：触觉力感知;关节角度感知;柔性仿生手指;液态导电金属   
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      发布时间：2023-01-03

    • 郭明,齐慧慧,郭可才,周玉泉,李登科

      摘要：针对海量激光点云异地实时扫描处理困难和现场绝对坐标系配准问题，结合北斗/GNSS定位系统和5G通讯技术研制一套低成本地基激光雷达测量系统。该测量系统由激光雷达、高精度电机、北斗/GNSS接收模块、5G模组集成，激光雷达采集点云信息，高精度电机获取角度信息，北斗/GNSS接收模块接收时间并通过自主研发的时间同步模块，与高精度电机与激光雷达进行时间标记，获取带有时间标签的点云和角度文件，并通过5G通讯技术实时传输。终端通过自主研发的数据预处理软件，通过线性插值算法进行多帧点云时空配准，室外根据北斗/GNSS坐标进行多站激光点云粗配准，室内无北斗/GNSS环境下通过单站特征点进行多站点云粗配准，再利用临近迭代算法进行精配准以完成整体配准，并在自主研发的实时点云管理与可视化系统上进行可视化。实验表明该测量系统使用5G通讯技术传输速率50Mbit/s可以实现异地实时扫描传输，配准后的点云的误差在3mm以下，可为数字孪生、物质文化遗产监测、特大异形建筑施工运维分析等实时应用领域提供数字基础设施。  
      关键词：北斗;5G;地基激光雷达;点云配准;可视化   
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      发布时间：2023-01-03

    • 于致远,吴小霞,王富国

      摘要：为了保证4m口径碳化硅主镜的六杆硬点定位系统有足够高的固有频率，对六杆硬点定位机构的构型参数进行了优化设计。首先，推导了主镜六杆硬点定位系统的动力学方程和固有频率方程，建立了机构的构型参数、硬点的轴向刚度、主镜的质量和惯量与主镜系统的固有频率之间的函数关系。接着，通过有限元分析获得了用于4m碳化硅主镜定位的硬点的轴向刚度。然后，基于固有频率方程，以最大化4 m碳化硅主镜系统的一阶固有频率为目标，使用遗传算法对六杆硬点定位机构的构型参数进行优化。最后，对最优构型下的4 m碳化硅主镜系统进行了模态分析。硬点的轴向刚度为33.044 N/μm，优化后的4m碳化硅主镜系统的一阶固有频率达到30.83 Hz，相对初始值有较大提高。优化方法可以有效提高主镜六杆硬点定位系统的一阶固有频率。  
      关键词：六杆硬点定位机构;4m碳化硅主镜;主镜定位;构型参数优化;固有频率   
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      发布时间：2022-12-29

    • 费强,邓永停,王雪峰,邵蒙,谢虹波,孙景旭

      摘要：星地量子通信传输距离长，卫星与地面存在相对运动，提高了对量子跟踪仪的跟踪性能要求。为了提高星地量子通信的跟踪精度，降低量子通信的误码率，本文对量子跟踪仪的跟瞄控制系统展开研究，并对影响跟踪精度的总扰动进行补偿。首先，介绍了星地量子通信链路、量子通信过程及其影响因素。接着，搭建了量子跟踪仪的运动数学模型。基于跟踪仪的数学模型，设计并提出自抗扰模型预测控制算法；针对模式切换问题，提出了分数阶跟踪微分器以优化轨迹减小超调。根据与“墨子号”卫星进行量子通信的实验结果：分数阶跟踪微分器对模式切换后的目标捕获速度提高了22%，提出的自抗扰模型预测控制相比于传统的PI控制有更强的抗扰动能力，削弱了俯仰换向的脱靶量尖峰，跟踪精度达到2.9″，提高了量子偏振数据接收量，总误码率降低到1.18%。本文提出的控制算法能够进一步提高量子跟踪仪的跟踪精度，降低了误码率，满足星地量子通信的精度要求。  
      关键词：量子跟踪仪;量子通信;自抗扰模型预测控制;分数阶跟踪微分器;跟瞄控制系统   
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      发布时间：2022-11-18

    • 李天梁,宋珍珍,陈发银,苏轶飞,谭跃刚

      摘要：手术机器人可以通过术前路径规划避免重要组织受到损伤，且具有较高的操作精度，因而被广泛应用于穿刺活检手术之中。目前手术机器人在穿刺针形状信息准确实时获取方面存在不足，无法实现穿刺过程中自主避障以及精准的靶点操作。因此研究穿刺针形状感知方法，可为手术机器人自主/主从穿刺提供形状信息反馈，对于提高穿刺手术的安全性与准确性有着重大意义。鉴于此，提出了一种融合分布式光纤光栅传感技术和人工智能的形状自感知穿刺针。利用机器学习算法，对静态标定实验获取的不同弯曲状态下光纤光栅的中心波长数据与形状数据进行训练，得到了光纤光栅中心波长漂移量与形状函数及弯曲方向角之间的神经网络模型，进一步调用该神经网络模型，实现穿刺针的三维形状重构；测试结果表明，穿刺针针体的形状重构最大误差值为0.90 mm，弯曲方向角的最大误差为5.03°。在动态性能验证实验中，形状重构最大误差值为0.84 mm，弯曲方向角的最大误差为1.02°，进一步验证了模型的可靠性。因此所提出的形状自感知穿刺针能够精准实现形状信息的实时获取，从而在手术机器人自主穿刺和主从操作过程中针体形状感知与调控方面具有广阔的应用前景。  
      关键词：光纤光栅传感;穿刺针形状重构;BP神经网络;图像处理   
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      发布时间：2022-10-24

    • 王伟,赵甜甜,刘强,韩邦成,牛萍娟,桑建

      摘要：对巨量转移（MT）方案和运动定位平台（MPP）的研究现状及其未来发展进行了详细阐述。根据芯片转移方式，将MT方案分为精准拾取-释放技术、自组装技术、滚轴转印技术、激光剥离技术，结合芯片转移效率和良率，论述了国内外MT方案的发展过程。在此基础上，从平台支撑方式，详细介绍了机械构型、气浮构型、磁浮构型和混合构型的MPP结构及工作原理，考虑运动行程、运动定位精度等因素，比较了MPP性能的优劣。展望了MT方案和MPP技术的未来发展方向，指出基于微孔液气双态介质的激光剥离MT和具备周向小角度修正以及轴向微高度调节能力的“机械+磁浮”混合构型MPP是Mini/Micro LED芯片转移技术的研究重点。  
      关键词：Mini/Micro LED;巨量转移（MT）;运动定位平台（MPP）;显示技术;转移良率   
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      发布时间：2022-10-11
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