新工科毕业设计项目指导教师及学生申报通知（原子及近原子尺度制造（ACSM)关键加工平台）

各学院（部）：

为更好开展新工科毕设项目，提升项目质量和水平，“原子及近原子尺度制造（ACSM)关键加工平台”新工科毕业设计项目现面向毕业班学生进行招募。现将有关事项通知如下。

一、项目背景

高端制造技术是国家重大战略需求，也是精仪学院学科发展与国家重点实验室科学研究的重要布局之一。原子及近原子尺度制造（ACSM）是本团队提出的具有国际影响力的高端制造新方向，具备涵盖仪器、光学、测量、机械、材料等多学科强交叉特性。原子及近原子尺度加工系统是实现原子及近原子尺度制造的基础，而加工系统中的关键器件/系统质量决定了其能否对材料进行原子尺度的精准控制和加工。本项目旨在围绕该主题从多个理论与工程角度开展研究，为实现具有纳米级形状精度、原子级超光滑表面的光学元件加工提供支撑。通过团队教师、研究生、工程师的多维指导协作，引导本科生将所学知识用于解决实际工程前沿问题。

项目于2022年初组建了第一期团队，来自精仪学院和机械学院的7位指导老师和15位四年级毕业设计本科生，针对关键问题探索了解决方案和技术思路，形成了一批基础算法模块与工艺规范。

项目平台目前具备研究所需的超精密加工设备和检测设备，为本项目提供了良好的硬件和软件技术支持。项目组围绕精度、尺度、形状、材料四个方面在超精密加工与检测及微纳制造基础理论、工艺方法及装备方面具有长达十五年以上的雄厚基础。

项目将形成原子及近原子尺度加工系统核心器件/系统设计、原子及近原子尺度加工基础理论、超精密加工工艺以及相关测量与评价的初步研究能力，探索紫外/极紫外光学加工机理。

二、选题方向及任务

项目拟设四个研究方向：光学设计技术、加工机理技术、工艺控制技术、测量评价技术。其中光学设计技术，负责研究紫外光学系统的设计及公差分析；加工机理技术，负责研究超光滑表面/系统纳米级加工机理；工艺控制技术，负责研究超光滑表面/系统纳米级加工工艺控制；测量评价技术，负责研究自由曲面/系统三维形貌及性能测量与评价。每个方向设3-5个研究任务，共14个研究任务。每个研究方向拟设2-4名指导教师岗位。每个研究任务拟安排1名学生。

研究方向和任务设置如下：

方向1.光学设计技术。

任务1.1基于双自由曲面反射镜的紫外激光匀光系统设计

目标：根据高斯光和平顶光的能量映射关系，基于反射定律计算出双自由曲面反射镜初始结构，再利用光学设计软件进行结构优化，最终获得基于NURBS曲面的高精度解析表达，实现光强分布均匀性设计值优于2%。

任务1.2自由曲面光学系统面形公差分析方法

目标：针对多个自由曲面组成的光学系统，基于光线追迹理论建立光学系统分析模型，在每个曲面上叠加误差，通过改变误差的形式及大小，研究误差的影响规律，实现自由曲面系统面形误差公差的分析及面形控制。

任务1.3自由曲面光学系统装调误差分析方法

目标：针对多个自由曲面组成的光学系统，通过调整曲面各个位姿误差及其大小，研究各个位姿误差的影响规律，开发高精度装调策略，实现自由曲面系统装调误差的分析及控制。

方向2.加工机理技术。

任务2.1基于极紫外的光学表面加工机理研究

目标：采用分子动力学-双温方程耦合模型或含时密度泛函理论，计算飞秒脉冲作用下单晶半导体材料（如碳化硅、砷化镓等）的微观动力学过程，分析电子激发与晶格变形，获得原子层量级材料去除需要具备的激光参数理论范围。

   任务2.2 单晶硅纳米切削机理研究

目标：建立单晶硅纳米切削分子动力学仿真模型，分析单晶硅在单点金刚石纳米切削时的表面形成机制、亚表面损伤机制以及各向异性加工规律，为单晶硅光学表面切削技术开发提供理论基础。

任务2.3超声空化多喷嘴射流抛光工艺机理研究

目标： 基于实验和数值仿真方法，开发超声空化辅助多喷嘴射流抛光工艺，建立变曲率器件材料去除和表面生成理论模型，进而实现复杂型面器件抛光面形控制与工艺优化。

方向3.工艺控制技术。

任务3.1微细阵列结构高精度保形抛光技术

目标：针对匀光系统中的微细阵列光学元件的抛光需求，确定阵列结构光学元件的保形抛光技术方案。要求在保持原有微结构阵列面型精度的基础上，提高表面的光洁度，降低加工表面粗糙度。并基于技术方案初步搭建抛光装置并选取抛光液体系。

任务3.2 基于弹性发射抛光技术的单晶硅超光滑表面抛光工艺控制

目标：在已有的流体动压弹性发射抛光装备上，配置专用的抛光液体系，揭示抛光间隙、转动速度、抛光液成分对单晶硅弹性发射抛光效率及表面质量的影响规律，初步获取单晶硅超光滑表面抛光工艺。

任务3.3超光滑表面抛光机器人的控制策略

目标：针对超光滑表面抛光用工业机器人的抛光需求，确定工业机器人抛光运动轨迹，要求实现给确定抛光轨迹控制点的抛光机器人各个关节部件控制解耦。实现抛光机器人特定动作控制。

任务3.4超光滑表面抛光机器人工作性能评价技术

目标：针对超光滑表面抛光用工业机器人刚度对抛光工具的定位精度影响问题，初步建立抛光运动过程的动/静力学分析模型，分析机械臂位姿、运动速度、工具结构等工艺要素对定位精度的影响，完成系统刚度分析和模态分析，优化抛光工具设计。

任务3.5基于混联机器人技术的复杂曲面磨抛工艺及面形控制策略

目标：基于柔顺抛光的原理，开发基于混联机器人技术的面形自适应磨抛工艺，对其加工过程建立数字化仿真理论平台和面形控制策略，实现复杂曲面高效、确定性抛光。

方向4.测量评价技术。

任务4.1超分辨率白光干涉测量曲面三维形貌重构方法

目标：基于深度学习研究单帧干涉图像三维形貌快速重构算法，搭建U-Net卷积神经网络模型进行主干特征提取，分析误差补偿链，解决移相器扫描测量带来的误差量，实现PM级超分辨率白光干涉测量。

任务4.2 高精度原子刻蚀基平面平行度测量技术

目标：基于掠射式干涉测量原理，搭建双面同步测量光机系统，研究双传感器标定及数据融合处理算法，解决原子刻蚀基平面的平行度高精度测量难题，为原子刻蚀提供良好准确的基体

任务4.3 基于条纹偏折法的光学系统性能测量方法

目标：基于光线追迹理论，利用仿真软件matlab建立该多自由曲面光学系统性能测量模型，研究系统误差标定策略，开发条纹相位解算算法，为光学性能的快速高精度性能测量提供指导。

三、学生可选毕设课题

毕设课题如下表所示，学生可根据自己的兴趣选择相应的毕设课题。学生报名请扫描填写学生报名小程序报名，时间截止到11月30号。

表1 学生可选毕设课题

四、报名方式

学生报名：                                               

联系人：刘现磊，15822906092

原子及近原子尺度制造（ACSM)关键加工平台

2022年10月26日