直线度误差的光电非接触测量方法

基于光电检测技术,利用回转和轴向进给伺服系统,通过激光扫描检测系统测量刀口尺与被测零件素线之间的间隙,实现了对直线度误差的非接触自动测量。详细论述了直线度误差的测量方法和光电检测系统,通过实验对系统的测量精度进行了验证。     

定位定量检测光电内窥系统

本文分析定位定量窥测系统设计中普遍存在的问题,提出一种检测方案,并预示窥测仪器的发展趋势。     

光电经纬仪测量精度指标的确定

光电经纬仪测量元素误差是外弹道测量中最主要的误差源。为了保证外弹道的测量精度，就应对光电经纬仪的测量精度进行合理设计。通过数学解析的方法，推导建立了2个简洁的公式：1）单站定位体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角、测距精度以及目标斜距、高角之间的数学表达式；2）对称交会测量体制下弹道点位精度和光电经纬仪测角精度以及目标斜距、交会角之间的数学表达式。这2个公式为光电经纬仪精度指标的设计论证提供了理论依据。     

光电经纬仪测角精度分析

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度,对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发,找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源,并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算,并对各单元进行了误差分配。最后,计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示:通过精心设计、加工、检测,修正可使一部分误差减小甚至忽略,但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著;在当前工艺水平下,光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。     

空间目标共视观测定位的误差分析

通过两台光电望远镜对空间目标共视观测能够定位空间目标,并且能够解决光电望远镜短弧测角数据的初轨确定问题,但其定位精度与空间目标和两台光电望远镜所形成的观测几何有关。首先对空间目标共视观测定位误差进行分析,然后推导其均方根误差的解析表达式,最后基于长春站和上海佘山站并结合不同轨道高度的低轨激光星CPF(Consolidated Prediction Format)星历生成仿真共视观测数据,用来对空间目标共视观测定位以及定轨精度进行分析。结果表明,两台光电望远镜对低轨空间目标的定位精度能够达到100 m,利用定位数据进行初轨确定可以得到轨道的半长轴误差小于10 km。     

电气设备中远距离荧光测温技术研究

为了实现对高压电气设备的非接触温度监控,设计了中远距离(0~1.5m)非接触荧光光纤测温系统.该系统利用稀土荧光材料的荧光温度特性,通过测量物体表面荧光物质的受激荧光寿命获得物体的温度信息;通过增加聚光透镜和聚光锥罩,提高探测器接收到的光能量.实验获得荧光强度曲线及被测对象温度,实现了对温度的非接触实时测量,测量误差低于1℃,满足高压电气设备的非接触温度监控要求.     

影响光电侦察系统目标定位精度因素分析

以机载平台作为研究对象,通过分析光电侦察系统实现目标地理定位的原理,得出影响光电侦察系统目标地理定位精度的主要因素,即系统的位置误差、姿态误差、航向误差及侦察系统距被测目标的距离等,推导出了光电侦察系统对目标地理定位的误差模型。对目标定位精度与光电侦察系统的航向误差、姿态误差关系的分析和仿真结果表明,光电侦察系统的航向和俯仰角精度是最关键的因素,惯导系统的航向误差控制在0.02°~0.5°,姿态误差控制在0.01°~0.25°之间较为合理,最后提出了提高目标地理定位途径的建议。     

线阵CCD摄像机及其应用

简要介绍CCD器件的选择原则、摄像机工作参数的确定以及光学成像物镜的选配,并提出应该考虑的主要问题。最后,举例说明CCD摄像机作为光电传感器在非接触精密尺寸检测、定位、表面质量评定等方面的应用。     

一种便携式光电跟踪系统在线检测装置的设计与实现

某型光电跟踪系统在线检测是通过计算机模拟台实现的,而模拟台体积大、携带不便、安装复杂,为解决其在外场使用不便的问题,设计了一种便携式光电跟踪系统在线检测装置。该装置采用基于WinCE操作系统的ARM嵌入式平台,将工作状态检测分为一个系统级模块和多个部件级模块,可根据实际需要按模块进行检测,以此降低CPU的负荷及检测装置的功耗。通过实际验证,该装置能够对光电跟踪系统的详细状态实现实时在线检测,并准确地定位故障部位,达到快速修复故障的目的。     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ3μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ2″.     

光纤近场测量中自动聚焦系统的研究

在用近场法测量光纤几何尺寸时,关键在于调节光学系统,获得优质的光纤近场图象.而要使这样的测量系统实现自动化,关键在于寻找图象是否清晰的适当判据,继而构成自动调节与控制的闭环反馈系统.本文介绍了利用信息熵判别函数,可以较好地判断图象质量,从而实现了自动调焦和自动测量.     

基于梯度折射率透镜的管道内窥镜设计

 针对管道测试的需求,将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合,设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时,利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点,使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测,当它与CCD等器件相结合,不仅实现管道内窥镜的数字化测试,而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.     

电极圆锥内螺纹的无损检测

将CT技术和图像处理技术相结合,提出了电极圆锥内螺纹的无损检测方法。目前普通螺纹常用的测量方法大多为接触测量,有关文献介绍了非接触检测方法,但它们仅限于圆柱内螺纹,圆锥内螺纹的图像处理及非接触测量未见报道。从CT技术入手,探讨了电极圆锥内螺纹的图像检测方法,即在一个系统中实现对工件内部缺陷的检测及几何参数的测量。通过使用图像预处理、阈值选取及二值化、边缘检测及提取等方法,提取了螺纹轴截面齿形轮廓,并对不同处理方法进行了比较。使用自编程序测量计算了内螺纹的螺距、牙型角和锥角,测量精度分别达到了0 03mm,0 24°和0 02°。分析了误差产生的原因。理论分析及实验结果表明该方法正确可行。     

基于45°反射导光镜的圆孔内壁图像检测方法研究

圆孔工件广泛应用于航空航天等精密制造领域,快速准确地对圆孔内壁图像进行检测是保证工件质量的重要手段。介绍了一种基于45°反射导光镜的圆孔工件内壁图像检测方法,该方法通过将反射镜伸入工件内部获取内壁局部图像,采用连续旋转工件与图像拼接方式获得内壁的完整图像。针对4.5 mm内径的工件设计并制作了一种45°反射镜,理论分析了有效成像区域以及平移和倾斜误差造成的影响。搭建了圆孔工件内壁检测装置,设计并制作了一种专用标定工件,实现了检测装置像素当量的标定。实验结果表明,检测装置的系统像素当量约为5 μm,测量相对误差小于3.5%。单幅图像的有效成像区域得到明显提高,通过拼接方法获得了工件内壁的完整图像。     

基于像差特征分析的变焦光学系统装调

提出了一种基于像差特征分析的变焦系统共轴性装调方法。针对某型20倍变焦光学系统的装调,在分析变焦光学系统装调要求的基础上,通过采用光学定心加工技术,提高变焦系统各镜组内光学元件的同轴度;采用Zygo干涉仪,检测变焦系统在长短焦位置的像差特性分布;借助CodeV软件仿真计算各光学元件在系统中的公差灵敏度分布,并确定产生像差影响的敏感光学元件;在中心偏测量仪上,完成最终光学系统像质的调整。此外,还设计了一种变焦光学系统各动组间同轴度调试装置,对变焦相机主镜筒机械内孔轴线与直线导轨的平行性进行了精确测量,保证了动组组元光轴的同轴精度。装调结果表明:变焦系统成像质量有明显改善,像面一致性得到保证,长短焦轴上传递函数值分别优于技术要求值0.45和0.55,长短焦轴外0.7视场传递函数值优于0.25和0.35,实现了高精度装调,验证了该方法的可靠性。     

非球面光学系统设计、加工及检验的综合考虑

某研究所要求研制一台夜间红外观测系统 ,观测波段为 3～ 5 μm ,焦距 f =90 0mm ,相对口径为 1∶4,视场角 2ω =0 8°。红外焦平面是已有的 ,其冷屏直径为Φ5mm ,冷屏至焦面的距离为 2 0mm。由于从设计开始 ,要求完成的时限很短 ,因此必须将缩短加工周期的问题作为重要因素来考虑。工作在 3～ 5 μm波段 ,首选的必然是非球面反射系统 ,而非球面的加工与检验的难易直接和其参数有关。因此在评价设计结果时 ,不能仅从像质好坏来看 ,还要看其需要的加工周期长短。接受到任务之后 ,首先找到了可行的方案 ,然后设计了几个具体的系统 ,在比较了两个最可行的设计结果之后 ,选择了其中之一。     

超分辨率图像重构技术在航天器相对位置测量中的应用

以两颗航天器间相对位置参数测量为研究对象,确定了基于单目计算机视觉及目标特征的测量方案,提出了基于超分辩率图像重构技术的航天器间相对位置的高精度测量方法。分析讨论了图像传感器的观察模型、图像传感器及光学测量系统的点扩散函数、配准方法、重构原理及方法。利用地面试验验证了该方法的正确性。试验结果表明:该方法与基于单帧图像及目标特征的方法、基于插值的方法相比较,在测量精度及稳定性等方面都有了较大的提高;与基于单帧图像及目标特征的方法相结合,不仅可以保证在不同作用距离上相对位置的高精度测量,而且具有较高的测量稳定性和可靠性。     

计算全息法检测离轴凸非球面照明镜组初始结构设计

设计一种特殊的应用于计算全息法(CGH)高精度检测离轴凸非球面系统的照明系统。该照明系统一方面用作参考系统,另一方面将检测光近似垂直投射到待检测镜面上,使得检测系统为近似共光路系统,降低照明系统的制造精度。分析了照明系统的几何光路模型,将复杂的两用途系统简化,得到照明系统工作距离、照明系统焦距以及参考面曲率半径三个特征参量之间的关系。设计时,通过控制这几个特征参量,得到满足检测要求的系统初始结构。设计结果表明,该方法可以满足系统使用要求。     

Modelling and verification of white light oil immersion microsphere optical nanoscope

Microsphere has been demonstrated for imaging resolution improvement based on optical microscope, and applied in many engineering and biological fields successfully, while its mechanism is still inconclusive due to the complex physics of both near-field and far-field optics involved. In this paper, a comprehensive simulation model based on point spread function is built to develop a physical insight into microsphere optical nanoscope by numerical simulation. With this model, the Fresnel-region focusing of microsphere lens is studied, which shows the contradiction between focal spot size and focal length. Furthermore, the gap between microsphere and the sample surface is investigated by numerical simulation and experimental verification. As increasing of this gap, the image resolution declines rapidly, and the image becomes blur more and more. At last, a customized sample with a flower pattern etched on silicon substrate is demonstrated with microsphere optical nanoscope, and its feature sizes of 51 nm line width are imaged clearly. While it is generally accepted that microsphere optical nanoscope can be implemented in nano-imaging, these findings quantified the limit on image resolution of this setup, which serves as a general guideline in system design of the other microsphere or micro-particle assisted microscope/nanoscope.     

新型多功能集成光学耐压保护窗口

针对特殊环境下光学系统的需求，设计了一种具有三层结构的新型光学耐压保护窗口，其外层为石英玻璃，内层为开有小孔的化学钢化K9玻璃，中间为夹有电阻丝的PVB（聚乙烯醇缩丁醛）胶层，电阻丝通过内层玻璃上的小孔引出。通过强度仿真优化得出了内层玻璃最佳开孔位置和孔直径，设计了这种三层结构的保护窗口的工艺流程，并对具有三层结构的保护窗口进行了性能测试和验证。结果表明，这种新型耐压窗口集成了透光、耐压、抗冲击、加热、表面快速脱水等功能。