时间：2023-03-24 15:11:40
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇机械工程博士论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：大立柱，铸件对接，坡口型式，装焊工艺
660MN多功能压机立柱为清华大学机械工程系设计的大型压机的大型铸件，属铸造箱型结构，重量约252吨，外形尺寸分别为2100×2100×13000mm，由于吨位过大，无法实现整体铸造，分顶部、下部两段铸造，然后周边焊接，对接成一体的铸焊件，材质为GS20Mn5N，碳当量CE=0.46~0.6%，可焊性一般。该压机国内少见，由太原重工股份有限公司轧锻分公司承担制造。博士论文，铸件对接。。如下是对该立柱的对接焊方面做相应的研究。
首先，焊接方法采用Ar+CO2气体保护焊和埋弧自动焊两种，焊材分别选用φ1.2ER50-6及φ4.0 H10Mn2，焊剂选用SJ101。由于对接坡口深且截面较复杂，焊缝质量要求高，为全熔透焊缝，技术标准依据JB/T 5000.3-1998，焊后消应力。博士论文，铸件对接。。生产过程中焊接区域需进行预热、层间锤击、焊后缓冷等多项措施。博士论文，铸件对接。。由于焊后立柱整体的平面度、直线度、垂直度均要求控制在±5mm之内，所以特别强调装焊过程的尺寸控制，严格按照工艺执行，具体如下：
一、装配及准备工作
（1）用角磨机清理坡口表面，再次确认坡口表面无缺陷，检查坡口钝边是否符合要求，及时进行修理。；
（2）检查坡口根部的错边量≤2mm，并进行必要调整，根部装δ=20mm
宽度200mm的内衬圈，预留坡口间隙3mm，装配门字形固定板，预热后焊接；
（3）由金工在两段铸件上划出两个方向的中心线并打标记，以便装配时找正。按设计图将两段铸件分别用方钢垫平放置，立柱四个面分别用水平仪测量平面度，用钢丝测量直线度，用吊线的方法测量垂直度，均要求控制在能加工起来的尺寸公差范围内。
（4）断焊点固，隔300mm焊150mm，焊角20mm，焊前需对断焊区域局部预热，预热温度200℃～250℃；
（5）立柱装配完成后（安装翻身起吊用的卡箍），经检验人员复检后方可施焊，两侧焊缝可同时进行；
（6）焊前立柱外侧用远红外线履带加热片配热电耦控温对焊缝区域进行加热，加热温度200℃~250℃，由于部件对接处较厚，需反复加热，用硅酸铝纤维、石棉布扎紧保温，封底前需对坡口根部进行火焰加热，焊接过程丙烷加热立柱内腔，焊后保温缓冷。
图3 立柱截面图
二、焊接及顺序
（1）首先对称左右两侧立焊封底，采用气体保护焊，同时填充至40mm左右，；
（2）平焊封底，采用气体保护焊填充至40mm左右，弯角处、爬坡处封底焊填充40mm左右；
（3）翻身180°平焊封底并填充50mm左右，采用气体保护焊；
（4）封底后采用埋弧自动焊填充，弯角处仍采用气体保护焊；
（5）随后每次翻身90°，埋弧自动焊填充，填充量据实际变形情况定，每翻一周逐渐增加；
（6）焊完进行后热处理，温度控制在250℃-300℃之间，保温6小时以上，之后缓冷至室温；
（7）探伤要求应不低于母材超声波探伤标准。探伤合格后，进炉退火消应力。
注意：焊接过程中要随时测量立柱的整体形状尺寸，随时翻身，严格控制焊接工艺参数，使各条焊缝的热输入基本达到均衡，有效控制变形，层间需用风铲逐层、道锤击清渣，必要时可采用振动均衡应力，焊接过程用煤气火焰边焊边加热，随时检测焊缝区域的层间温度，应控制在200℃-250℃之间。焊剂烘干温度350℃，保温2小时随用随取。焊接过程中翻身要特别注意安全，操作者要严格按照安全操作规程执行。铸件腔体内部火焰预热应注意气体使用安全。
关键词： 美国；博士生教育；培养模式
中图分类号： G649.1 文献标识码： A 文章编号： 1673-8381(2012)05-0060-04我国自1981年初正式实施《中华人民共和国学位条例》以来，博士生教育作为最高层次的研究生教育一直备受关注。经过全国高校多年的努力，我国博士生培养规模现已跃居世界前列\[1\]，但是教育质量没有得到同步提高。博士生作为高端科技人才的领军群体，其教育水平代表了一个国家高等教育发达程度、科研水平发展潜力和国家核心竞争力。目前，中国正处于从“制造大国”到“制造强国”的历史性跨越阶段，需要大量从事高新技术研发和交叉领域的创新型高水平科技人才，机械学科的博士生教育遇到了前所未有的契机和挑战。培养模式是指为了培养学生具备特定的知识、能力和素质，学校在特定教育经验基础上以某种教学思想为指导、某些教育理论为依据建立的范型\[2\]。科学的培养模式是博士生教育质量的保障。
美国拥有150多年的博士生教育经验，其培养模式经过不断改革和完善，日益获得国际学术机构的认可和效仿。本文以美国机械工程专业具有代表性的佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology，简记为GaTech）为例，探讨美国机械学科博士生培养模式的特点，并结合我国现状，提出建议，希望为我国博士生教育提供有益的参考。
一、 美国博士生培养模式
创建于1885年的佐治亚理工学院是一所以理工科见长的公立大学。根据US News & World Report的统计，其工程学院研究生教育在全美连续4年名列第4，机械学科（Mechanical Engineering，简记为ME）研究生专业在全美排名第6。ME在读博士生约300人。下面以GaTech ME为例，介绍美国博士生的培养目标、培养方式、所包含的主要环节及其要求\[3\]。
（一） 培养目标和方式
学生在获得博士学位时应达到以下目标：具有未来在工业界和学术界从事工作所需的基础，并形成终生学习的意识和习惯；掌握先进的分析问题和解决问题的方法，包括数学、计算机、实验方法和技术等；掌握坚实的深入的专业知识，能够成为某一领域的专家；具有宽广的相关学科的知识基础，具有解决交叉领域问题的洞察力和技术；掌握科学研究所需的技能，包括任务规划、信息集成与综合、团队合作、交流沟通、等；提升领导力、学术职业道德、社会责任感和服务意识。
博士生学习年限没有特定要求，但要保证至少两个学期为全日制注册。博士生培养实行导师负责制，整个在读期间可分为两个阶段：（1） 入学后第一个学期和导师共同制定培养计划，开始课程学习、科研的前期准备和调研工作，并通过资格考试。（2） 以科研为主，同时完成规定学分、教学训练、学术讲座等环节，最终在论文和答辩通过论文指导小组审核后获得学位。在学期间，导师有权根据学生的工作情况中止对学生的指导（经济资助保留至该学期末），学生有1个学期的时间寻找新的导师。如果学生是因为工作表现欠佳和学术纪律问题被淘汰，所在学院一般不再予以接收。学生也有权更换导师、转换学校或系、休学、退学等。学生已经获得的学分可以转至新的校系，资格考试成绩是否有效取决于转入校系的规定。
（二） 主要内容与基本要求
1. 课程学习和其他环节学分要求。根据博士生培养计划的要求，博士生应获得不少于42学分的学位课程学分，其中本专业课程24学分，相关专业课程12学分，其他课程6学分。从课程难度上看，要求至少36学分的课程为6级或以上（课程难度共分为8级，难度逐级增大）。
另外还有5个非学位课程学分。为鼓励博士生参加本专业的学术讲座，设有2个学分，学生提供11个讲座的题目、演讲者和日期可获得1个学分。教学训练是博士生培养的另一个必修环节，占3个学分。学生在参加了教学培训课程后，选取一门专业课程，参加以任课老师为主的教学全过程，包括答疑、批改作业、辅导实验、考试等。最为重要的是博士生必须自己独立准备并讲授3节课。学期末任课老师和系里教学委员会共同评价博士生是否可以获得该学分。
2. 资格考试。在入学1年（直博生两年）后所有博士生都必须参加博士生资格考试，但前提条件是已修课程成绩GPA不低于3.3。资格考试的重点是考察博士生是否掌握了坚实宽广的学科基础知识和专门知识，是否可以利用这些知识分析和处理问题，是否具有完成博士学业所需的工作能力。每人必须分别参加3门分属3个不同专业方向的综合性考试，每门考试都分笔试和口试。资格考试通过后方可进入以研究为主的第二个学习阶段。如有一门课程的口试或笔试环节不通过，则在下次考试中有一次补考机会。补考仍不通过者，将强制中止博士学习。淘汰率一般在25％左右，有些专业甚至高于40％。
关键词：工程博士教育；规范管理；特点；课程体系
中图分类号：G72 文献标识码：A
工程博士专业学位研究生教育是适应我国现代化建设对高层次工程技术人才需要而设置的，是将高层次的人才培养与国家重大需求相结合的一种新型专业学位。工程博士专业学位的设置对提升学校专业学位办学层次、完善学位授权体系结构具有极其重要的意义。面对这种新型的专业学位类型，华中科技大学机械学院（以下简称“学院”）试图探索行之有效的工程博士培养质量保障体系。
一、加强培养过程的规范化管理
对于培养单位来说，规范管理主要是在工程博士教育过程中明确培养目标，建立科学的管理体系，从而达到不断提高教育质量的目的。学院秉承“育人为本、创新是魂、责任以行”的办学理念，针对工程博士教育的特殊性，制定了一系列的管理规章制度，有效保证了工程博士的教育质量。
（一）从学术方面到实际应用能力，明确工程博士的培养目标
知识方面：应该具备机械工程领域坚实宽广的理论基础和系统深入的专业知识；
能力方面：要具有科技开拓创新精神和独立研究的能力，对新技术具有敏锐的洞察力；能够引领企业在技术进步和技术创新中不断前进，持续推动企业的技术进步；
素质方面：具有相对专业的领导能力、组织能力和沟通能力，团结并能领导企业的研发团队，实现企业的组织创新；具有对市场的适应能力以及对企业生产发展的改革能力。
成果方面：在推动产业发展和工程技术进步方面要做出创造性成果。
（二）从硬件到软件，注重导师团队的建设
目前，学院拥有数字制造装备与技术国家重点实验室、制造装备数字化国家工程研究中心、国家数控系统工程技术研究中心、国家CAD支撑软件工程技术研究中心、教育部制造技术国际标准研究中心等5个国家级研究平台；拥有国家工科机械基础课程教学基地、国家机械实验教学示范中心等2个国家级基础教学平台；拥有2个国家级教学团队和拥有机械基础课程实验中心、机械学科专业课程实验中心、先进制造与装备技术综合实验中心等3个教学科研实验平台。
除此之外，学院教师队伍中有20多人次分别担任国家“973”项目首席科学家、“863”重点项目负责人、重大专项负责人。学院专门从这些专业教师中选聘承担过国家重大专项的教授、博导担任工程博士的导师。无论是硬件还是软件环境，学院都为工程博士的教育质量保驾护航。
二、探索建立适应工程博士教育特点的课程体系
博士生的课程学习阶段担负着夯实基础、拓宽视野的重要作用，是博士生进行后续课题研究、论文写作的前提和基础。学院根据培养对象的特点和培养目标设计了个性化的工程博士专业学位课程体系，实行多学科交叉培养。学院为此特开设了以下学位要求课程：先进制造工程学、现代设计学、现代优化方法及应用、计算制造工程学、现代管理理论与方法。学生在其课程学习期间， 除校级公共必修课程与跨一级学科选修课程外， 在自己的专业领域从学院设置的学科课程中选修2～3门专业课程进行学习。
依托高档数控机床与基础制造装备、极大规模集成电路制造装备与成套工艺等国家重大专项招收的先进制造工程领域工程博士生，必须实质性地参与国家科技重大专项的研究，是为了服务国家重大专项需求。学院专门为工程博士开设了《先进制造工程学》课程，该课程强调信息学科与传统机械制造学科的融合，要求教师以精密技术和自动化为核心，以制造学科为基础，以数字化装备、汽车工业及信息产业为支撑， 加强先进制造技术在信息产业、生命科学、环境工程等领域中的应用及教学， 并要求逐步加大应用性案例教学的比重。典型科研案例讲座关键在于注重学科交叉，着眼于科研方法的创新、研究思路的拓展， 这种案例教学法近年来在国外的一些博士课程中广泛采用， 并已证明有助于学生创新思维的形成，从而提高工程博士生的综合科研素质。特色课程《先进制造工程学》不仅涵盖了学院的优势与特色专业领域，而且依托学院在机械制造学科发展上的经验和探索，凝炼了众多学科专业博士生导师多年科研成果和学科经验，使得该课程成为工程博士专业学习逐步向科研创新能力培养转化的桥梁。
工程博士各专题课程的设置是根据学科发展动态变化的，具体内容由各授课教师策划。近年来，数字制造及微纳制造技术已成为先进制造领域的热门，这在授课教师开设的专题讲座上也得到了充分体现。例如，学院在《先进制造工程学》博士生专业课程中设置的专题讲座有：数字化制造与智能控制类专题讲座、微纳制造类专题讲座、其它先进制造类专题讲座。这些学术专题讲座主要突出一个“新”字，包括本学科最新科研动态、学科领域国内外最新研究进展或前沿性问题的新发现、新学说，以及教师本人的最新科研进展。该课程对学生专业领域创新思维培养是具有一定效果的。
由于工程博士的培养目标是要培养引领企业技术创新的工程技术领域的领军人才，因此与学历博士生相比，工程博士的课程体系还专门增加了15个学分的实践环节，其中，专业课程实习实践4个学分、专业设计3个学分、工业实习8个学分。为工程博士量身定置的实践环节学习年限要求不少于3年，单从时间上看，这在工程博士培养年限中占了相当大的比重，更凸显出工程博士在培养过程中注重工程实践能力的拔高。
三、严把工程博士学位论文关
工程博士的培养实行学校与企业的双导师制，由双方组成指导小组共同指导工程博士生的学位论文。与学历博士相比，工程博士更注重实际科研能力的培养，而工程博士学位论文是这种能力的综合体现，并且最能反映工程博士培养质量的高低，所以，学院拟从以下3个方面保证学位论文的质量：
（一）学位论文的选题与开题
学位论文的选题应在课程学习阶段后期或结束时启动。校、企导师组根据学员的自身条件、企业的实际需求以及企业的未来发展方向，指导学生正确选题；学生在对学位论文的选题进行调研和可行性论证的基础上，形成书面开题报告。开题报告由培养单位组织导师及来自企业的专家进行审议，重点考察学员拟进行的学位论文研究是否有可能达到机械工程领域工程博士专业学位论文的水准。
（二）学位论文中期考核
论文中期考核安排在开题报告后约一年左右进行。学员根据论文研究进展完成如下内容的考核报告：论文研究进展情况、存在问题分析、拟作调整的内容及方案、工作计划调整等等。在研究过程中允许对论文研究范畴作适当调整或补充，凡对开题报告内容不存在颠覆性的改变，则可继续论文研究工作，否则应重新开题。
（三）学位论文的评审
为了保证和提高博士学位论文质量，学院经过多年的探索和实践，从1999年开始就在院系一级试行博士学位论文双盲预审制度。博士学位论文双盲预审指的是评阅人、论文作者及与作者相关的一些信息均予以匿名，然后在博士学位论文正式提交审核之前，所在学院的研究生主管部门对论文所做的最后一次把关。多年的探索充分证明了推行双盲预审制度确实对提高博士学位论文的质量起到了非常有效和不可低估的作用。因此，学院决定沿用博士学位论文双盲预审制度来控制工程博士的学位论文。
四、结语
与学历博士相比，工程博士的答辩增加了论文评阅专家、答辩委员会成员，这在一定程度上提高了工程博士最后答辩管理的监控力度。总之，学院从工程博士的招生到培养以及最后的学位授予，都建立了一系列切实可行的培养质量保障管理条例。尽管如此，工程博士专业学位是我国研究生教育领域的一个新生事物，亟待提高与完善，以便工程博士培养更适应企业的需要和社会的发展。
参考文献
[1]程宜.《先进制造工程学》博士生特色课程建设的探索与实践[J].理工高教研究，2009，（5）.
[2]范巍.中国博士发展质量调查[J].学位与研究生教育，2011，（1）.
[3]程宜.博士学位论文盲预审制度的实践与探索[J].理工高教研究， 2009，（1）.
美国第一个获得心理学博士的妇女，被称为“管理学的第一夫人”。
莉莲•吉尔布雷思是美国管理心理学家，人因工程学的先躯，也是是美国第一个获得心理学博士学位的妇女。她出生于美国加利福尼亚州奥克兰市，逝于美国亚利桑那州菲尼克斯。
莉莲的《管理心理学》对管理发展史进行了整体概括。她将历史上管理方式分为三种：传统方式、过渡方式、科学方式。所谓传统管理方式，被她形象地喻为“驱赶式”或“昆斯伯里侯爵式”。昆斯伯里侯爵是一位英国贵族，由他制定的拳击规则在1891年得 到世界公认，拳击比赛由此实现了规范化。传统方式的管理，一般采取单一的直线指挥，特点是中央集权，管理的宗旨就同职业拳击类似，以竞争取胜。“昆斯伯里侯爵式”管理，象征着管理者与工人双方“根据比赛规则”展开体力和智力的竞赛，本身暗含着“对抗”的意味。所谓过渡管理方式，是指在工业化之后、泰罗制诞生之前的管理，这种方式差异较大，包罗万象，没有形成统一的范式。新的探索已经出现，但不成体系；旧的方式依然沿用，但多有改良。所谓科学管理方式，就是以泰罗制为代表的工业化管理的整体变化，是建立在人际合作基础上的、追求社会整体提高福祉的管理方式。
管理心理学
莉莲出生于加利福尼亚奥克兰的一个显赫的家庭，她的父亲是一位德国裔的糖厂主。莉莲是家中九个孩子中的老大，她的母亲身体一直不好，所以莉莲很早就承担起有关家务以及照管幼儿的责任，帮助体弱多病的母亲照顾年幼的弟弟妹妹。她从小性格腼腆、内向，一直由父母和家庭教师在家中教授知识，直到九岁才正式入学，她的父母不仅仅教她学习课本知识，还教她学习法语、德语和钢琴。她后来一直钟爱文学和音乐，这与她早年所受到的全面教育是分不开的。
1900年，莉莲在加利福尼亚大学伯克利分校取得了文学学士学位。稍后，又以关于本•约翰逊(Ben Johnson，与莎士比亚同时的著名剧作家兼诗人)的论文取得文学硕士学位。在她去欧洲旅行途经波士顿时，与后来成为她丈夫的弗兰克•吉尔布雷斯邂逅，据说两人一见倾心。弗兰克年长莉莲十岁，年轻、英俊而且富有，创新精神十足，17岁时就创办了自己的建筑公司。三周以后，莉莲接受了弗兰克的求婚，两人于1904年结婚。管理思想史学者雷恩这样评价这对夫妇的相识：“弗兰克和莉莲结婚这件事是现代管理学的运气，因为他们二人可以互相补充，他们各自思想上的兴趣以及掌握的知识的结合使管理学进入了一个新的领域。”
吉尔布雷思1914年的博士论文是《管理心理学》，1928年在《和我们的孩子们生活在一起》一文中发表了她在儿童管理方面的经验，有关杂志也发表过她在动作研究方面的成果。1944年L.吉尔布雷思和F.吉尔布雷思被授予美国机械工程协会奖章。她还在世界各地讲学，甚至在90岁以后，她的讲演对众人仍有着极大的吸引力。
管理史阶段划分
与同时代的其他从事管理研究的心理学家相比，莉莲的长处在于把自己的理论建立在对管理学的宏观认识基础之上。她有着深厚的文学功底，有着来自家庭生活的丰富经验，有着特别细腻的女性感觉和悟性，尤为可贵的是，她具备常人所缺少的坚韧毅力和奋斗精神。这些铺垫，使她的管理心理学研究不囿于对某个特殊管理问题的心理学解释，而要比其他人看得更为广阔，更为深远。莉莲对管理学的贡献，在她的博士论文《管理心理学：精神在判断、指导和实施最少浪费方法中的作用》中已经有了比较全面的反映。
莉莲的管理史研究，在当时具有重大意义，它能够使人们跳出解决某一管理具体问题的狭隘视野，更好地把握科学管理的时代价值。这种管理史阶段的划分，对后来的学术研究也产生了相当广泛的影响。
在对管理进行了三种历史类型的划分以后，莉莲根据这三种管理方式，对管理领域的关键环节进行了深入的比较研究，并围绕这些关键环节提出自己的管理见解。所涉及的内容，包括个人、职能化、衡量、分析综合、标准化、记录和计划、传授知识、刺激以及福利等。尤其是关于“个人”的研究，揭示了莉莲管理思想的本质和她的兴趣所在。她认为，当时的心理学主要关心“群体心理学”，而对个体的心理研究却比较少。在传统管理下，个人受到中心人物的权力压抑，事实上处于一种受“胁迫”的地位；而在科学管理下，个人则是一切活动的出发点和中心，挑选人员、激励工人、考虑工人的福利等活动，都得围绕“个人”进行。尊重“个人”是科学管理的基本内涵。在这个尊重“个人”的前提下，莉莲对全面考虑工人的“福利”提出了新的、更加完善的观点。科学管理提倡有系统的工作，鼓励良好的个人习惯，而且关心个人在物质上、精神上和经济上的发展，即要把“福利”理解为“总的幸福” ――它包括精神、物质、道德和经济等各方面的发展。在莉莲看来，昆斯伯里侯爵式的管理，关注的核心问题是如何使用和剥削工人。科学管理的目的，则是通过培养人的品德、特殊的能力和技巧，从而使每一个人都能发挥其最大的潜力；所关注的核心问题是为了相互共同的利益，管理部门如何才能使个人得到发展，重在强调“有效”前提下的劳资合作。
以人为本
莉莲指出，传统管理会使人缺乏安全感，而在科学管理的视域下，工人是“泰然自若和安全的”，因为传统管理完全依靠报酬和惩罚，而科学管理则努力争取工人的合作。
从提高安全感出发，莉莲对科学管理的积极作用进行了多方面论证。例如，立足于专业化的职能化管理，不仅仅是提高效率的措施，而且能够通过提高工人的产出，进而提高工资，给工人带来自豪感；这种自豪感又能使技术得以改进，从而能提高工人的福利； 而对工作的自豪感以及福利的提高，会进一步促进工人身心的健全发展。这种连锁反应式的变化，与其说是技术性的，不如说是心理性的。通过这样的研究，莉莲为科学管理与心理学的融合做出了自己的贡献。
在莉莲的管理思想中，“人”一直被置于中心的位置，她认为成功的管理“在于人而不是工作”，而她和丈夫弗兰克一直努力推广的科学管理，实际上就是为人们提供能最大限度地利用人的努力的方法。从人出发，她们夫妇提出了管理上的三个设想：一是吸引愿意参加本组织的人的必要性，二是保持并恰当安排和提升本组织已有成员的必要性，三是前两种必要性的相互依存。在这一方面，他们的思想已经向以人为本的方向跨进。
“直接面向国家需求，直接解决国家重大工程问题，直接贡献国防重点工程，直接服务行业、服务区域经济，依靠产学研强强合作，发挥大兵团作战的优势，为国民经济的发展做出重大贡献。”这就是中南大学产学研合作模式。正是在这种模式的引领下，才有了此次钟掘院士领衔的国家科技进步一等奖的荣誉。
“治有色学、兴有色业、铸有色魂。”这就是中南人的精神。也正是在这种精神的激励下，才会有中南大学今日的成果与明日的辉煌。
她是中国机械领域惟一女院士。她长期从事机械工程和材料制备领域的教学与科研工作。她的研究成果共获国家科技进步一等奖等有关奖励20余项。她被授予“全国先进工作者”、“全国十佳女职工”、国家有突出贡献科技专家等荣誉称号……她就是2007年度国家科技进步一等奖“铝资源高效利用与高性能铝材制备的理论与技术”项目的主持人、中国工程院院士、中南大学教授钟掘。
带着一份敬仰与好奇，本刊记者采访到了这位传说中的巾帼院士。虽已年过古稀，但在她的脸上依然可见年轻时的美丽；而更深深打动记者的则是她言谈举止中透露出的亲和与真诚。
集聚各方优势力量 攻克铝工业三大难题
当前，我国铝工业的发展面临着铝资源日益短缺、铝先进材料无法满足国家重大战略需求、金属铝发展存在高消耗和高污染的严峻挑战。
中国铝业公司作为我国铝行业参与全球化竞争的领航者，迫切需要构筑一个基于全球化的公司技术战略，但是要迅速提升企业自主创新能力，又不可能完全模仿西方老牌跨国企业，在较短时间内花费大量的财力、人力和物力建立起自己强大的研究机构。因此。构建产学研联盟，依托优势高校建立研发基地。成为中铝公司的必然选择，而中南大学则是强有力的战略伙伴。
中南大学拥有世界上最完整的有色金属学科群。涵盖了地质、采矿、选矿、冶金、材料、装备等国家重点学科(而中铝公司也拥有资源勘探、采矿、选矿、冶金、材料、装备等子公司，为学科链与产业链结合提供了最好的合作基础和合作空间)；拥有以国家重点实验室、国防科技重点实验室、国家工程研究中心为主体的有色金属技术创新平台；拥有13位两院院士(占全国有色金属领域两院院士的一半)。形成了一批以“长江学者”为代表的中青年学术带头人和学术骨干；为“两弹一星”、神舟飞船等国家重大战略工程提供了关键有色金属材料；国家在铝工业领域部署的两个战略性重大基础研究计划(“973”计划)项目全部交给中南大学主持。为解决上述制约我国铝工业发展的瓶颈问题，中南大学钟掘院士率领一个由在金属铝资源高效利用和高性能铝材制备的基础研究和产业化实施方面最优秀人才组成的强大队伍。依靠产学研强强合作，历时十年，充分发挥高校学科群与中铝公司的产业群协同与集聚优势，构成了一套完整的产业技术攻关链。发明了选矿拜耳法。可以经济利用占我国铝土矿储量80％约20亿吨的中低品位铝土矿，极大地延长了我国铝土矿资源保障年限；发明了抗氧化低电阻炭素阳极制备等技术，使冶炼过程节能减排达10％上。年节电量140亿度；发明了多场调控半连铸及多尺度多相强韧化等技术，生产出一系列高性能铝材，解决了我国对高性能铝材重大需求问题，打破了国外技术与材料的封锁，为保证国家国防和经济安全提供了高性能铝材保障。
该项目共获得67项发明专利、7项成套技术和16种高性能铝合金材料与构件。解决了现阶段铝工业持续发展的三大难题。有力地推动了我国铝工业的技术进步，推进了我国铝工业由完全依赖技术引进型向技术出口的重大变革，所研发的技术出口到国外建厂14家，近三年创利税116.75亿元。
“显著提高产业技术水平、增强科技竞争力要通过多部门协作、多学科集成。共同搞好重大科技攻关。突破核心技术，建设重大工程，形成战略产品。同时，培养一批杰出的科学家和学科带头人，锻炼和凝聚一支高素质的人才队伍。”这是总理在今年国家科学技术奖颁奖大会上的讲话中所强调的。钟掘院士带领这支队伍所取得的成就正好印证了多部门协作、多学科集成的重要性。
“这次一等奖的获得。是中国铝业公司、东北大学、北京工业大学等单位和学校合作的成果，是十年磨一剑辛勤汗水的结晶，是十年众志成城的结果，是产学研合作取得巨大成功的典范。”这是中南大学校长黄伯云院士在校庆功表彰大会上对此项成果的精辟总结。
谈到产学研结合的重大意义。钟院士不无感慨“高校要想在科研上出成就，绝不能闭门造车。一定要瞄准国家重大战略需求，立足解决实际问题。服务于行业和区域经济。中南大学一直都有跟企业紧密合作、为其解决实际问题的传统。因为企业的需求反映的就是国家的需求。我们跟企业合作。就是把国家的需求落到实处。另外，高校在校企合作、产学研结合的过程中。一定要有准确的定位。高校对技术是敏感的。主要任务是致力于为企业解决关键技术上的原理性问题。只有基本的原理弄清楚，才能产生成熟的技术和工艺，最后组装到整个生产线中才能出产品，变成现实的生产力。”
严格求实的学术态度 与人为善的待人方式
“这么大的项目，这么多的单位、这么多的人员是如何组织起来的?”当谈到最初立项的经过时。钟院士回忆说：“为了解决我国铝工业发展面临的严峻挑战，国家决定在‘973’计划项目立项。当时，各个单位都在争取首席这个位置。中南大学凭借着在有色金属研究方面的历史和成就。以及其与企业结合的紧密程度。终于拿到了首席的位置。我作为项目的领衔人，深深地感到了责任的巨大。3000万元这样重大的项目、这样艰巨的任务。这在当时是绝无仅有的。”
立项只是起点。为了避免各个单位关起门来自己搞自己的事。无法明确到国家的总体目标上来。钟院士组织国内有色金属领域的专家们一起研究确定项目的大主题。“经过专家们的多次探讨。最后确定了项目的三大主题，即：要解决铝资源缺乏的问题、要解决能耗过高的问题、要解决铝材的品质赶不上国家重大工程和国防需求的问题。只有符合这三大主题的才可以加入，不符合的就坚决请走。为此，我们又重新组织进行项目的投标申请与答辩，由权威专家们来评审决定哪个单位留、哪个单位走。就这样，这支队伍一步一步地凝聚起来，大家共同朝着一个目标奋斗。”
“到了项目中期评估时，再逐个检查，发现还是有拿着钱不干活或者没有进展的，又请走了一
批。”钟院士笑着说：“现在，像我这么严厉的首席恐怕不多见了。”本着对国家负责、对工作精益求精的态度，钟院士一直以来都非常严格地要求这支队伍。
“外人看我都说我挺慈祥的，节假日里还经常跟学生们在一起玩儿。然而如果他们在学习和工作上出错，我就很严厉，经常把我的博士生说得流眼泪。不这么做的话，他们很难接受教训：不严格要求自己，将来做出来的东西如果有虚假，怎样向国家交待!年轻人要培养自己的思维模式和锲而不舍的精神。我的每个博士生论文我最少要亲自看三遍，有的基础差点儿的，都会看六七遍。对于一个博士生来讲，最后的毕业论文应该反映出他明确的学术思想。如果我马虎了他的博士论文，那么对其今后一生的影响都不好。”
钟院士带过的博士生透露说：“钟老师在学术上对我们要求非常严格，不允许有半点错误和虚假存在；然而在生活上却非常关心我们，尽量给我们提供一些好的条件。听说。有些年轻的老师要买房子钱不够，她还很慷慨地把钱借给他们。”
“在学术上要绝对实事求是、不能有半点虚假；待人要与人为善、助人为乐、成人之美，要理解、宽容别人。”这就是钟院士的处世之道。“我其实是太普通了，只不过认真一点而已。”也许正是这份认真，才成就了这位巾帼院士今日的辉煌。
问到下一步的工作计划时，钟院士不假思索地说：“铝工业还有更艰巨的任务等着我们去做。我们还要上大飞机、要上第四代坦克、要上核潜艇，这些都对铝材提出了新的更高的要求。所以现在我们面临着新一轮的挑战。这是我们下一个‘973’计划项目的任务，已经立项启动了。在接下来的工作中。这支队伍将在原有的基础上更加强大和凝聚，还会不断地有年轻人加入进来。”钟院士说她没有退休的概念，有机会就会继续科研。只要能够为国家做贡献、为国家的科技进步服务。这就是她一生最大的满足。这其间，人生的价值才能真正体现。人活着才有意义。
无悔投入“硬冷”世界 爱国情怀伴随一生
1955年，钟掘在填报高考志愿时选择了机械专业，顺利考入北京钢铁学院机械系，成为学习钢铁专业的少数女生之一。谈及当初的选择，钟院士神采飞扬：“上中学时，总理作了关于第一个五年计划的工作报告，我在字里行间找到未来生活的方向。当时说，国家现在要重点发展工业。工业里面的重点又是重工业，而机械工业是重工业的基础。所以我当时就下定决心，高考填志愿时就填上了将重工业和机械工程整合的冶金机械专业。”钟院士继续回忆：“之后。我到冶金厂去实习，看到工人在那样艰苦的条件下仍奋不顾身地工作，那种豪情感染了我。我当时就想到我们国家整个的冶金工艺过程需要改革，要机械化，要让工人的工作条件好一些。”正是这份爱国情怀。让钟掘坚定地走向了机械工程这个“硬冷”的世界。从搞冶金机械到现在研究铝资源高效利用和高性能铝材制备，尽管专业有所变化，但都是国家最需要的基础工业。
“现在的很多年轻人缺乏一种爱国情怀，缺乏对国家的责任感。有一些搞科研的人，总是先以经济目标为准，这只能是短期行为。我经常教育我的学生不要总是好高骛远，不要总是想着能得到多少经济回报、得到多少奖励。只要用心去做事、把问题解决了，人家自然会记得你，国家也自然会表彰你。年轻人要树立一种自强不息，对国家、对人民负责的精神，这是第一位的。有了这种精神熏陶，总会找到事情做，总会把事情做好。”这是钟院士对年轻人的谆谆教诲。
“此外，年轻人还必须要脚踏实地。”钟院士介绍说，中南大学一直以来都有一种立足实际、脚踏实地做实事的传统校风。学生的每一个培养环节都始终跟实际紧密结合，从实习、课题设计到毕业设计。都有很多实战任务。“除了负责国家的纵向课题外，我们还经常跟一些大工厂紧密合作，做一些横向课题。因为工厂在生产上所反应出的问题总是最前沿、最活跃的。做横向课题能够真正了解生产第一线需要解决的实际问题，反过来再反映到国家的纵向课题上去，两者相辅相成。”
走进钟院士所在的中南大学机电工程学院教学楼，映入眼帘的是一块写有“自强不息”四个大字的匾额。“自强不息，这是一种民族精神。年轻人必须要拥有这种精神。”钟院士说。教学楼外面的大石头上，刻着“鬼斧神工。人天合一”八个大字。“这是我建议刻上去的。我们搞机械、搞装备的，在技术上一定要做到鬼斧神工、精益求精；此外。还要主动地跟天、也就是跟自然融合在一起，要不断地创新。这就是我所倡导的我们学院的文化。”
正是这种爱国的情怀、自强不息的精神和精益求精的态度。让钟院士几十年如一日地奋斗在国家最需要的领域。解决国家的燃眉之急，攻克了一道又一道科研难关、取得了一个又一个举世瞩目的成就。我们期待着钟院士和她带领的这支精干队伍能为国家的下一个重大需求交上更加圆满的答卷。
采访手记
采访钟院士，收获的更多是感动。钟院士举止随和、言谈亲切、开朗直率、风趣幽默，丝毫没因为院士的身份而高不可攀。
关键词：三维建模 脊柱 机械简化模型
0引言
脊柱作为人体骨骼的重要部分，起着"承上启下"的作用，它支撑着头部，又连接着人体的盆骨，是整个人体的中轴支柱，因此其结构特征和作用显得极其重要[53]。脊柱主要具有支撑体重、传递载荷、运动、保护及造血等功能[54]。脊柱主要由椎骨、椎间盘、小关节、关节囊等组成。随着脊柱疾病的日益年轻化及严重化，脊柱疾病的研究显得十分必要，通过查阅文献可知，采用有限元法，研究脊柱力学特性，是可行的。建立完整的脊柱模型是有限元法的前提，但脊柱的结构及外形相对复杂， 要获得准确的有限元模型比较困难，由于脊柱在结构及各部位之间的相对运动关系都与机械零部件有相似之处，因此，本文根据人体脊柱的数据，将脊柱的各个部位简化成一个个机械零件，利用Solid edge软件，建立脊柱的机械简化模型。
1脊柱的解剖结构特征
脊柱处于人体背部中间位置，主要由7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎、5节融合骶椎和3-4节融合的尾椎以及连接各椎骨的椎间盘、处于椎骨后方的小关节、关节囊、韧带和肌肉组织等组成。
1.1椎骨的结构特征
人体脊柱主要由颈椎段、胸椎段、腰椎段和骶椎段组成。脊柱的每块椎骨组成是一致的，都是由一块椎体和一块椎弓组成的，椎弓通过椎弓根与椎体连接在一起，椎弓根部分一般比较细，椎体和椎弓之间形成的孔为椎孔，脊柱从上之下的每一个锥孔依次连接，形成椎管，保护着脊髓。
1.2小关节的结构特征
脊柱的每两块椎骨之间通过上面椎骨的下关节突和下面椎骨的上关节突连接起来，构成处于椎体后部的关节囊关节，临床上又名小关节。
1.3椎间盘的结构特征
除了小关节之外，椎间盘也是连接相邻椎体不可或缺的结构，椎间盘位于上下椎骨的椎体之间，正常人体一般有24块椎间盘，高度约占人体脊柱总高度的30%。由上下软骨终板、纤维环和中间的髓核构成，软骨终板通常由透明软骨构成，厚度小于1mm；纤维环由胶原纤维构成的25个同心环状结构组成；
1.4关节囊的结构特征
关节囊是指生长在小关节周围的结缔组织，由外面的纤维层和里面的滑膜层组成，纤维层由结缔组织构成，坚硬而不乏韧性，具有良好的延伸性，滑膜层能够分泌一定的滑夜，对关节运动起着一定的作用，可以减小摩擦，减低小关节的损伤率。
1.5肋骨的结构特征
肋骨作为人体整个胸腔的构架，起着保护肝脏、心脏及肺部等重要器官的作用。正常人体共有12对肋骨，左右对称。肋骨后端与胸椎骨连在一起，前端借助软骨与胸骨长在一起的第1-7根肋骨称为真肋；第8-12根肋骨叫做假肋，其中第8-10根肋骨借肋软骨与上一根肋骨的软骨相连，形成肋弓，第11、12根肋骨前端游离，又称浮肋。
2 Solid edge软件介绍
Solid Edge是美国EDS公司的中端CAD-PDM产品，具有强大的功能模块和广泛的适用范围，是目前最优秀的三维机械设计软件之一。其卓越的性能、优异的实体和曲面造型功能、专业化的设计环境和有口皆碑的易学易用性，赢得了业界广泛的赞誉。Solid Edge功能强大，方便易用，物美价廉，可以说是中小企业进行计算机三维机械设计的首选。Solid Edge主要功能模块包括：零件设计、装配设计、钣金设计、焊接设计、工程制图、管道与线缆设计、干涉分析及测量工具、运动模拟、 虚拟现实、机构运动仿真、数据转换、INSIGHT PDM、二次开发接口、CREAT 3D（二维转三维）、工程设计手册、网络、特征识别等。因此，本文选用Solid Edge建立脊柱的机械简化模型。
3脊柱机械简化模型的建立
根据上述部分的真实结构，保持各个结构之间的连接关系和相对位置，查阅成年男性脊柱腰骶段外形结构数据，将椎骨、椎间盘、关节囊和肋骨简化，表1为成年男性脊柱结构参数。在Solid edge软件界面下，图1为椎间盘及关节囊的机械简化模型、图2为肋骨与椎骨的机械简化模型，且保持了肋骨与椎骨之间的连接关系，由于人体脊柱不同节段结构几乎相同，考虑到工作量及电脑性能，本文建立了脊柱部分结构的简化模型。图3为本文建立的脊柱部分结构的机械简化模型。
表1为成年男性脊柱腰骶段结构参数
图1 椎间盘及关节囊的机械简化模型
图2 椎肋骨及椎骨的机械简化模型
图3 脊柱部分结构的机械简化模型
参考文献：
[1]赵迪.成人退变性脊柱侧凸有限元模型的建立及后路三维矫形生物力学研究[博士论文].湖南，中南大学，2010
[2]Hooper.Orthopaedics（第2版）.天津：天津科技翻译出版公司，200
英国苏格兰皇家银行是英国本土最大的银行，以市值而论在全球排名第五，它在海外的分支机构遍布世界各地。李权博士现任苏格兰皇家银行中国业务董事和北京代表处首席代表, 负责该行在华业务发展与策划。
在各种知识的学习中成长发展
李权博士大学时的专业是机械工程，后来改学管理。他的第一个工作是记者，而目前在银行就职。这些看起来似乎是跳跃性的变化却有着本质性的联系，那就是他对学业的钻研和对机遇的把握。谈到李权博士从事银行业的经历，他开玩笑地用“阴错阳差”来形容自己学业和事业所取得的稳步发展。
大学时，李权在北京工业学院学机械工程，看似与金融无关，但专业的学习锻炼了他的逻辑思维能力，也使他打下了良好的数学基础。大学毕业时，教委开始从应届毕业生里选拔公派出国研究生。1985年李权以优异的成绩获得英国驻华使领馆文化教育处与国家教委共同设立的“技术合作奖学金”，去英国伯明翰大学学习计算机辅助生产和制造。这个专业较多地涉及生产过程的管理。出于自己的兴趣和对未来人才市场发展前景的考虑，李权很快改学工业管理，这门课程后来演变成许多商学院里的管理课程。获得管理学硕士学位后，他进入阿斯顿商学院继续攻读博士学位,研究经济转型国家的产业政策和战略管理领域。在撰写博士论文的同时,他因自己的亚洲背景和学术专长加入英国广播公司（BBC）任节目制作/新闻记者，主要负责亚太区和中国金融及市场方面的分析评论。这段过程使他的事业转为向金融业发展。
1993年下半年，随着中国经济的起飞，伦敦很多大的金融机构都希望进入中国市场。伦敦的大型投资银行和商业银行纷纷招聘了一批年轻人准备派到亚太区。李权就在这时加入英国四大银行之一英国国民西敏银行（National Westminster Bank）的经济研究部，负责亚太区的经济研究。不久后他被调任到香港，出任首席经济师并参与该行在亚太地区的战略决策。1998年夏，他回到中国，负责拓展国内的市场。李权博士对英国大银行做事的方式、程序以及监管当局的要求都有相当的了解，这对他在分行或者代表处的管理工作有很大的帮助。他相信，代表处作为整个银行的一部分，必须以同样的严格要求来保证同样高的服务标准。
海外留学经历让人体验完全不同的异国文化
从80年代初到90年代初，李权博士在英国前后学习、生活、工作了近10年。在英国读书多年的经历，令李权对中西方的教育方法和体制有着深入的了解。他说:“在国内，各门课程都有一本主教材，把这本书吃透，考试就基本能过，考高分也有可能。但到了国外，每一门课程都不是单一内容的，它有可能涵盖其他很多领域的内容，要求学生博览群书。”他还有另外一个心得：只要有机会就尽可能在课堂上进行小组讨论，每个人即使对所讨论的问题了解不深也可以尽量参与，因为这同时也是对语言表述能力的最好锻炼。读书时所积累的知识和所掌握的研究方法,有很多应用到了他以后的工作中，包括英文的口头表达能力和写作能力。银行工作特别要求严谨性和认真性，对人的逻辑思维能力和文字表述能力有很高的要求。另外，“在公共场合表达自己的能力也很重要。要很有条理、很清晰地把你所想的用让人信服的方式说出来。”今天回过头去看那段留学的收获时，李权认为，不管去哪个国家，一定要把那个国家的语言学好。因为“在很多大型跨国公司里，日常工作常常是以中文以外的语言作媒介，对语言能力的要求在外企里是比较高的。出国留学除了学好专业以外，一定要尽量地提高自己的语言表达能力。”
此外，李权觉得除了在课堂上的学习，从生活中去学习也是大有裨益的。课余时，他会和英国同学结伴去校园附近的酒吧，大家在非常放松的气氛中聊天、辩论。李权借此机会提高了自己的英语表达水平，也从周围人的身上了解了更多英国文化和社会底蕴。他认为和英国人交往完全不像一些人想象的那么难。英国人彬彬有礼，常与人保持距离的印象实际只是表面的。他抱着开放和欣赏的态度去主动地接触当地的文化，并从这个过程中学到了很多东西，这也成为他专业知识以外的另一个优势，对他事业的发展具有重要的意义。李权举了一个例子：“在任何一个企业里，工作的关系就是人和人的关系，如果你对这个企业所属国家的文化和历史有一定程度的了解，那么你就会和它的管理者或外籍雇员在沟通方面有很大的优势。”
李权不但乐于接受不同的文化，更希望让别人对中国文化有所了解。很多外国人对中国的认识是从中餐馆开始的，认识非常有限，李权则会在与朋友交往的过程中不失时机地介绍中国的风土人情和中国人看问题的方式。他觉得，“在人和人的交往中，双方互有给予，这种交往才会深入、长久。”
李权博士几乎走遍了整个英国，他去过的地方甚至比很多英国人都多。说起英国各地的风土人情，他如数家珍。伦敦是英国的政治和文化中心，也是很重要的国际金融中心。它是非常国际化的大都市，在这里你几乎可以找到任何你想要的东西，要找到和自己文化背景相似的东西更不是问题。对于生活在大城市的李权来说，英国乡村飘动着的那种空旷、自由更令他心神俱醉。英格兰中部和西南部有令人心驰神往的绿野，苏格兰多见苍茫的山林和羊群……各地的风光各有特色，各地的人也有不同的个性。比如;苏格兰、威尔士的小城镇的人们和蔼友善，甚至比生活在紧张的大都市中的人们更乐于接受新鲜的事物。求学期间，他还曾背着背包，买了铁路通票，在欧洲大陆游历了一个月。许多当时觉得有些艰苦的经历,现在回想起来很有意义。欧洲大陆拥有巨大的文化财富，而且具有很强的地域特点。几百公里以外就可能是一个完全不同的国度，可以让人体验到完全不同的文化色彩，那里有着真正意义上的多元文化。
本科学历+实际工作经验+深造才能成为优秀的管理人才
关键词： DVD光学读取头；非接触探头；纳米三坐标测量机
中图分类号：TH741 文献标识码：A
A Non-contact Trigger Probe Based on DVD Pick-up Head
GAO Wei， CHEN Xiao-huai， CHEN He
（School of Instrument Science and Opto-electric Engineering， Hefei University of Technology， Hefei Anhui 230009， China）
Abstract： This paper presents a non-contact trigger probe based on the commercial DVD pick-up head. The focus sensor and the mechanism have been designed and manufactured. Experimental results show that the non-contact trigger probe can obtains 1nm resolution and a repeatability of 12nm. The non-contact trigger probe can be used on a micro/nano CMM.
Keywords： DVD optical pickup head； non-contact probe； Nano-CMM
引 言
近年来，微纳米三坐标测量机整机及其接触式探头技术得到了快速发展，世界上许多国家和地区的研究机构都公布了自己研制的三坐标触发探头，比如德国PTB[1-2]、英国国家物理实验室[3-4]、荷兰Eindhoven大学[5-6]、台湾大学[7]、合肥工业大学[8]等。
本研究采用日立公司的DVD读取头HOP-1000作为开发对象，如图1 所示，应用于纳米三坐标测量机非接触触发探头上，并对其运作机理以及测量原理进行了应用性研究。
1 DVD激光读取头聚焦原理
DVD激光头组件中包括激光二极管，为读取头提供稳定的测量用激光光源；光学组件中包括穿透式光栅、分光镜、四分之一波片、聚焦物镜、光电传感器等，光电传感器将光信号转换为电信号，由光电传感器输出的电压信号的强弱可判断出入射光的光强度[9]。本研究中所使用的DVD激光头的内部传感器由四片面积相同且光电形式相同的光电传感器所组成，称为四象限传感器（Quadrant detector）。当光点打在检测器上时，光点落在各检测组件上的能量不等，因此其信号输出也不同，利用电子线路，比较各检测组件的输出，就可获知光点位置差。激光读取头就是利用四象限传感器来侦测四个象限分别的感光强度，并进而经由后续的电路信号来计算聚焦误差信号（focus error signal，FES）。
激光读取头的聚焦光点大小及品质决定资料读取的正确性，同时也影响聚焦误差信号FES的判断，决定了我们在测量应用时的精度。本研究中所使用的DVD读取头性能参数有：NA=0.6，λ=650nm，光点直径约为0.86μm。
DVD激光读取头的聚焦原理为像散法（Astigmatic Method）。像散是指光线经过像散透镜，造成成像时横向与纵向的放大率不同，因此造成像点的失真。利用此像散特性作为测量依据，并结合感测组件四象限传感器，当透镜的垂直焦距与水平焦距不同，如图2所示，则物体若偏离透镜前焦平面位置时，在四象限光传感器上的成像光点呈现椭圆变化，当物体处于透镜的正焦平面位置时，成像光点呈现圆形（FES=0），经信号处理，即四象限的（A+C）-（B+D），失焦信号对失焦位移量的关系成一曲线，即所谓的S 曲线，如图2所示。
2 DVD激光探头系统测量原理
2.1 DVD读取头运作原理
如图3所示，激光二极管在加电以后发射约为0.5mW的650nm波长红激光光束，经光栅衍射后形成三束检测光，再经分光镜、反射镜、准直透镜，将激光束变成准直光束。准直光束经过镜片中央呈现有间隔几十数百微米同心圆沟槽的全息透镜后，使准直激光束聚焦成适合DVD光盘信息读取的焦点。经光盘反射的光束沿圆光路再经过准直透镜、反射镜和分光镜后穿越柱面像散透镜，投射到四象限光电二极管传感器（four-quadrant photodetector）A、B、C、D 上。四象限光电二极管传感器根据光点在四个象限上的分布，输出一聚焦误差电压信号FES（B+D）-（A+C）。
这个聚焦误差信号经过运算放大，补偿处理，驱动音圈马达VCM（Voice Coil Motor），将固定在音圈马达上的全息物镜推到可以聚焦光盘平面的位置，达到自动锁焦的目的[10]。
在DVD激光读取头实际读取光盘数据的过程中，光盘除正常旋转运动外，也会产生上下抖动以及偏心旋转等不规则运动。读取头必须不断将位置误差信号反馈给伺服系统，通过音圈马达驱动器实时修正聚焦镜组的位置，使物镜回到聚焦面，以读取正确信号。由于自动聚焦的缘故，物镜始终随着光盘反射面的表面起伏，如果可以得知物镜位移的方法，就能了解工件表面的轮廓分布甚至粗糙度。
2.2 自动聚焦与测量原理
自动聚焦是指待测物的反射面总是可以锁在激光读取头的物镜焦平面上，也就是说当物体表面有起伏时，读取头的物镜会随之起伏，以便让物镜与物体表面间的相对距离不变，而这个相对距离就是该物镜的焦距。
如图4所示，在自动聚焦的过程中，当物体反射面位于物镜的焦点时，经过像散法处理，失焦信号为零，轨迹落在S曲线的中点。当物体反射面离开焦平面，无论是逼近还是远离物镜，都会使失焦信号输出一个不为零的值，这个值经过控制法则处理后，回去驱动音圈马达，使物镜超失焦信号为零的方向移动，最后到达平衡位置。此时维持物镜不动所需的电流转换成可读取的电压信号，即音圈马达的驱动电压信号。由于推动物镜回到平衡位置的过程是实时现象，光电信号的反馈运作与支撑物镜的弹簧微量运动的配合都是在非常短的时间内完成，所以在静态观察下，只能看到平衡后的结果，也就是物镜位移量对音圈马达驱动电压信号的关系。
在实验验证中，这个关系为近似直线的变化，因此音圈马达的驱动电压会随着表面高低而有线性的变化，只要测量到音圈马达驱动电压的变化，就可以依照这个线性关系求得物镜的位移量，也就得出物体表面的轮廓。因此，如果将物镜固定，根据输出电压的变化，就可以得到物体表面的形貌高低变化，成为位移测量的感测元件。
3 非接触式聚焦探头及应用
3.1 主轴系统设计
主轴系统提供Z方向运动，实现10mm行程范围，并能保证精密的测头瞄准功能，因此需要精密机械传动机构的设计。
图5所示为主轴机械结构设计效果图[11]，盖板固定在拱形桥架对称中心上，使桥架受力产生的变形集中在其中心部位，由前面章节叙述得知其对测头测量精度产生的影响很小。压电陶瓷纳米电机驱动精密滑动导轨的滑动块，将精密运动传给与滑动块相连接的中心轴，从而带动探头系统上下运动，使得探头在一定运动范围内实现纳米级的位移分辨率。中心轴通过滑轮和配重系统进行重量平衡，移动距离通过平面镜激光干涉仪基准进行精密位移感测。结构设计过程中兼顾激光干涉仪的测量轴与测头的测量轴重合，消除阿贝误差，提高探头系统的测试精度。
3.2 DVD聚焦探头改装
研究中使用的是DVD激光读取头的聚焦功能，因此将DVD探头进行初步改装。将音圈马达部分拆除，测量物镜可以独立出来，加夹持镜筒，可以使物镜测头部分的直径减小，如图6所示。并且合理调整物镜对准位置，并进行性能测试，其分辨率与测量重复精度与初装DVD读取头相比并没有改变。这为将其组装入接触触发式测头时进行空间体积上的改装提供了便利，物镜可调整与物镜镜筒的可伸长行为将来接触触发式测头微型化打下基础。
DVD探头实物图如图7所示。
4 实 验
实验架构示意图如图8所示，采用PI纳米驱动台作为位移基准，PI驱动台采用电容传感器的位移反馈标准，其重复性精度为2nm。实验架设实物图如9所示。
重复进行6次实验，得出聚焦信号FES如图10所示。从图中我们可以看出，1μm至3μm段线性比较好，FES电压变化量为8V，FES线性斜率为0.25nm/mV。从图11可以得知，FES信号噪声低于4mV，因此我们可以推断此非接触探头的分辨率优于1nm。
FES电压为零点为触发点，我们可以得到6组触发点数据，如表1所示，触发重复性精度低于12nm。
5 结 论
本文介绍了基于商用DVD读取头开发的非接触式激光探头的开发，对DVD读取头的运作原理进行了介绍，阐述了其光学测量原理、自动聚焦原理以及性能校正。拆除音圈马达，固定物镜，将DVD探头改装为非接触式光学聚焦探头，作为开发接触触发式微型探头的位移感测系统，通过实验室验证，具有高分辨率（0.25nm/mV）、高测量精度（测量重复精度
参考文献
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