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出版者:蓝色畅想

作者:胡宜鸣

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-09-01

价格:8.60元

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isbn号码:9787040093575

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• 机械原理

好的，这是一份为您量身定制的，不包含《机械制图习题集》任何内容的，关于另一本图书的详细简介。 --- 《精密光学元件的表面计量与分析》 一部深入探讨现代光学制造前沿的权威指南 引言：测量之于精度，如同基石之于建筑 在当代科技飞速发展的浪潮中，光学系统已不再是简单的透镜组合，而是集成在尖端医疗设备、高能激光武器、深空探测器以及下一代半导体光刻机中的核心组件。这些系统的性能，从根本上取决于其所采用的光学元件的表面质量——粗糙度、波前误差、点状缺陷的控制达到了前所未有的严苛程度。 本书《精密光学元件的表面计量与分析》正是在这一背景下应运而生。它并非一本基础的几何光学教材，而是专注于描述和量化亚微米乃至纳米级表面形貌的科学与实践的深度指南。我们致力于填补理论知识与实际生产线上高精度测量的鸿沟，为光学工程师、计量技术人员以及科研工作者提供一套系统、前沿且可操作的知识体系。 第一部分：计量学基础与光学表面特性 本部分奠定了理解精密光学测量的理论基石，并详细阐述了评价光学表面质量的物理学基础。 1.1 表面形貌的数学描述与统计学意义 我们首先回顾了描述表面起伏特性的基本参数，但重点深入到傅里叶分析在表面形貌解析中的应用。如何通过功率谱密度函数（PSDF）区分表面上的周期性结构与随机噪声？如何利用自相关函数来评估微观粗糙度的空间相关性？本章详细推导了这些函数的物理意义，并结合实际测量数据进行案例分析，解释了为何仅仅依靠均方根粗糙度（RMS）已不足以全面评估高性能光学元件。 1.2 光学性能与表面误差的关联模型 一个理想的光学元件表面应该完美地引导光线。然而，任何微小的表面偏差都会导致光束的衍射和散射。本章精确分析了表面形貌误差如何转化为点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）的衰减。特别关注了离焦量对MTF的影响分析，以及如何根据设计要求反推可接受的表面波前误差（RMS WFE）。这部分内容为读者提供了将“形貌数据”转化为“光学性能指标”的桥梁。 1.3 计量环境的控制与误差溯源 高精度测量极度依赖于环境的稳定性。本章详细讨论了温度梯度、气流扰动、振动隔离技术在计量实验室中的具体实施标准。重点介绍了计量不确定度的评定方法，基于ISO/BIPM指南，指导读者如何建立一个可靠的测量系统，确保测量结果的准确性和可比性。 第二部分：非接触式表面形貌测量技术精讲 本部分是全书的核心，系统梳理了当前工业界和科研领域中主流的高精度非接触式计量方法的原理、优缺点及应用场景。 2.1 干涉测量学的深度解析（白光与激光） 干涉测量是高精度表面测量的黄金标准。本书不仅介绍了垂直扫描干涉仪（PSI）和相移干涉仪（PSI）的基本原理，更深入剖析了载波调制技术在处理大斜率表面时的优势。对于白光干涉测量（Coherence Scanning Interferometry, CSI），我们提供了关于扫描速度、垂直分辨率与水平分辨率之间耦合关系的深入分析，并特别讨论了如何利用软件算法有效抑制表面散射对相位测量的干扰。 2.2 轮廓仪技术的演进与应用 我们详细考察了光学轮廓测量仪（Optical Profilometer），特别是基于焦点扫描（Focus-Scan）和结构光（Structured Light）技术的设备。重点在于解析这些技术在测量大面积均匀性和检测划痕污染时的适用性。例如，在评估大口径反射镜的中心区域平坦度时，不同测量模式下的数据拼接与校准策略被详尽阐述。 2.3 扫描探针显微镜（SPM）在纳米计量中的前沿应用 虽然原子力显微镜（AFM）因其极高的垂直分辨率而被广泛认可，但其扫描速度慢、对样品表面清洁度要求极高是实际应用中的痛点。本章聚焦于高速AFM技术的最新进展，以及相场AFM在区分材料的粘附力和弹性形貌差异方面的独特能力，展示了如何利用这些工具来诊断抛光工艺留下的亚表面损伤。 第三部分：特定缺陷的识别、量化与表征 精确的计量不仅在于获得一个整体的波前图，更在于对局部异常特征的准确识别和分类。 3.1 散射度量的理论与实践（BSDF/BRDF） 对于高功率激光元件，表面散射是能量损失和潜在损伤的主要来源。本书详细介绍了双向反射分布函数（BRDF）和双向散射分布函数（BSDF）的测量装置（如Goniometer）和数据处理标准。我们解释了如何通过散射数据拟合来反推表面粗糙度的高频部分，这是传统干涉仪难以有效捕捉的区域。 3.2 划痕、麻点（Pits）的自动检测与分类 在镜头组装过程中，微小的划痕和清洁不当导致的麻点是常见的缺陷。本章介绍了几种基于机器视觉和深度学习的缺陷自动检测算法。我们构建了一个分类框架，用以区分由机械应力、化学腐蚀或污染物引起的缺陷类型，并提供了业界通用的MIL-PRF-13830B等标准下的缺陷尺寸和密度评估流程。 3.3 亚表面损伤（Subsurface Damage, SSD）的无损探测 SSD是衡量光学元件加工质量的关键指标，它位于表面之下，但直接影响元件的抗激光损伤阈值（LIDT）。本部分集中探讨了光声技术（PA）和激光损伤前兆效应（Precursor Monitoring）在SSD检测中的应用。通过对比不同抛光工艺（如精细研磨、化学机械抛光CMP）产生的SSD深度剖面图，读者可以直观理解加工参数对材料内部质量的影响。 第四部分：数据处理、软件工具与集成 现代光学计量已进入大数据时代，高效且规范的数据处理是保证计量效率的关键。 4.1 计量数据标准的统一与互操作性 本章探讨了行业内常用数据格式（如FITS, TXT，以及特定的光学测量厂商格式）之间的转换和兼容性问题。我们强调了计量数据元数据（Metadata）的重要性，确保测量时间、设备校准状态、环境参数等信息能够与原始形貌数据一同存档，实现完全可追溯性。 4.2 表面形貌与波前重建的数值方法 从采集到的高度图（Height Map）到最终的波前图（Wavefront Map）的转换，涉及到复杂的数值积分和优化算法。本书详细分析了奇异值分解（SVD）在求解雅可比矩阵中的应用，以及如何使用Zernike多项式展开进行高效的波前拟合和去噪处理，特别针对高阶像差的处理给出了实际的算法建议。 4.3 计量反馈回路在自适应光学中的集成 在主动光学系统中，实时测量和反馈至关重要。本章展望了将高帧率轮廓仪与变形镜（Deformable Mirrors）控制系统集成的流程。通过一个详细的控制系统仿真案例，我们演示了如何利用卡尔曼滤波等预测算法，实现对环境扰动和自身形貌变化的快速、精确补偿。 --- 结语 《精密光学元件的表面计量与分析》是一部面向实践的工具书，旨在帮助从业者驾驭日益复杂的精密光学表面计量挑战。本书不侧重于光学设计或制造的宏观理论，而是聚焦于如何准确、可靠地“看见”并“量化”那些决定最终产品性能的微小细节。掌握其中的原理与方法，将直接提升贵公司的产品良率和技术竞争力。

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说实话，我对这种偏理论和技能训练的书籍通常抱有一种抗拒心理，总觉得过程会枯燥乏味，尤其是那些涉及二维和三维空间转换的题目，常常让人抓耳挠腮。然而，这本习题集里穿插的一些“小贴士”和“常见错误解析”，简直是救命稻草。我记得有一次我在练习等轴测图的绘制时，反复出现同一个错误——轴线倾角把握不准，导致整个图形看起来东倒西歪。正当我准备放弃时，我翻到了那一页的角落，那里用一个非常小的图例，清晰地标注了如何通过辅助投影线来精确控制那30度的夹角，并配上了一句幽默的提醒：“请相信你的三角板，而不是你的直觉。”这种人性化的指导，让我感受到了编著者对学习者困境的深刻理解。它不像高高在上的专家在布道，而更像是并肩作战的伙伴在分享经验。正是这些细微之处的关怀，让原本可能令人望而生畏的复杂练习，变得可以被一步步攻克，极大地提升了我的学习信心。

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从整体的学习体验来看，这本书的难度曲线设计得非常平滑且富有层次感。它不像有些练习册那样，前几章极其简单，让你产生错觉，然后突然在中间部分猛地提高难度，让人措手不及。这本书是循序渐进的，从最基础的点线面投影关系开始，稳步过渡到更复杂的零件图、装配图的绘制与读图。我特别欣赏它在“读图”部分所下的功夫。很多学习者都注重“画”图，却忽略了“读”图能力的重要性。这本书中设置了大量的“逆向工程”式的习题，要求我们根据一张结构复杂的零件图，反推出它在三维空间中的实际形态，甚至要求我们推测设计者的意图。这种训练极大地锻炼了我们的空间想象力和逻辑推理能力，使我们不再只是一个“制图的工人”，而是一个能够理解和剖析机械系统的“工程师学徒”。这种对整体思维能力的培养，让这本习题集超越了单纯的应试工具范畴，成为了一份宝贵的专业素养积累资料。

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这本《机械制图习题集》的装帧设计简直是工业美学的体现，那种略带磨砂质感的封面，拿在手里沉甸甸的，让人瞬间感觉自己要进入一个严谨而精密的领域。内页的纸张选择也极为考究，纹理清晰，即便是用最普通的铅笔在上面描画，线条的过渡也显得格外干净利落，这对于需要大量草图练习的制图学习者来说，无疑是一个巨大的加分项。我尤其欣赏的是它在排版上的用心，无论是标题的层级区分，还是图例的规范化展示，都体现出一种对细节的执着。翻开的第一页，那句引言——“图纸是工程的语言，精确是唯一的真理”，就如同当头棒喝，一下子将我的心绪拉回到了对基础技能的敬畏之中。虽然我还没有深入去做那些复杂的几何体绘制，但仅仅是浏览目录，那些章节标题——“投影变换的奥秘”、“复杂曲面的空间想象”，就已经让我对后续的学习充满了期待与一丝紧张。这套书绝不仅仅是一本习题册，更像是一本引导人进入机械思维殿堂的“入场券”，从纸张的触感到视觉的享受，每一个环节都在无声地诉说着对工程精神的尊重。

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我对图形表达的严谨性有着近乎苛刻的要求，因为我知道，在实际的工程制造环节，图纸上的一个微小瑕疵都可能导致巨大的成本浪费甚至安全隐患。因此，我在做题时会非常注意标注的规范性，包括尺寸链的完整性、公差带的表示以及表面粗糙度的符号运用。这本习题集在这方面的要求是极高的，它提供的参考答案和解析，与其说是“答案”，不如说是“标准范例”。我对比自己的练习和书上的范例，发现了自己在字体大小、尺寸线的粗细、延伸线的距离这些看似“不重要”的细节上的诸多欠缺。这本书让我明白，机械制图的美感和实用性是统一的，一份清晰的图纸本身就是一种高效的沟通工具。它不仅仅是在考察你是否会画线，更是在考察你是否懂得如何用最经济、最明确的方式去传递工程信息。这种对“行业标准”的深度渗透，是其他一些偏向于基础工具使用的教材所不具备的。

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我之前用过好几本号称是“全方位覆盖”的制图教材配套练习册，但它们大多是那种冷冰冰的、纯粹的题库堆砌，看完一遍后就扔在一边积灰了。这本《机械制图习题集》给我的感觉完全不同，它更像是一位经验丰富、脾气略微古怪但指导精确的老师。它的题目设置不是那种“先教你理论，再让你机械地套用公式”的模式，而是充满了场景感和问题导向性。比如，在讲到剖视图和断面图的组合应用时，它不是直接给出标准的几何图形让你去画，而是设置了一个“某型号齿轮箱的内部结构简化表达”的场景，让你自己去思考如何最有效地用图纸语言来揭示隐藏的结构关系。这种由实际应用倒逼理论理解的训练方式，极大地激发了我的主动学习欲望。我发现，当我在尝试解决一个“为什么这样画比那样画更清晰”的问题时，我对投影规律的理解比死记硬背公式时深入了何止一个层次。这本习题集的价值，在于它教会你如何“思考”制图，而不仅仅是如何“完成”制图。

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