高分辨率星载光学系统装调过程的偏心误差分析

针对影响光学系统成像质量的装调误差,分析了偏心误差对高分辨率光学系统成像的影响。基于一款自主设计的接近衍射极限的高分辨率星载相机光学系统,利用Zemax光学软件分析光学装调过程中偏心误差对光学传递函数的影响,得出光学系统中各个分离元件对成像质量影响的权重,为光学系统的装调方案设计和实施提供了依据,实现了该光学系统2 500万像素高分辨率成像。这种误差分析方法实现了对光学系统装调过程的有效控制,提高了光学装调的效率。     

透镜中心偏测量中一种光轴拟合的新方法

光学中心偏测量对光学系统的检验和装校起着重要的作用,光轴拟合则是对中心偏测量数据的优化过程。提出了一种光轴拟合的新方法。该方法具有一些特点：原理上更科学,符合光学测量的实际;数学模型简单,易于编程实现;可以响应一些特殊的测量要求。该方法已经用于对多组实测数据进行优化,达到了预期的优化效果。     

光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用

从光学系统装调中影响像质的误差来源出发,分析了光学传递函数仪的检测结果与光学系统装调误差之间的关系,讨论了光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用。实验证明,光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用是可行的。     

光学系统装配误差分析及装调路径优选

分析了透射式光学系统中透镜以球面接触形式和平面接触形式装配时,多种公差对透镜装配误差(倾斜误差和偏心误差)的综合影响,从光学公差和机械公差设计的角度综合评价光学系统公差设计的合理性。借助于光学元件的分划工艺和绕中心轴线旋转装入的角度,提出了透镜与镜筒装配位姿量化的确定方法及装调路径描述方法。利用光学设计仿真软件ZEMAX进行了基于MTF指标的公差灵敏度分析,从而进一步提出了基于误差权重因子的装调路径优选方法,并用三片式柯克物镜系统的装调验证了研究方法的合理性。     

使用高精度三坐标测量仪实现透镜定中心

传统的光学测量定中心法受限于光源、转台大小和装调误差传递性而不适用于大口径、多透镜光学系统的装调,为此本文提出了使用三坐标测量仪接触式测定透镜中心的精密机械测量法。介绍了使用三坐标测量仪测量大口径透镜中心偏的原理,即在测量透镜上表面与基准轴等距离各点坐标的基础上拟合得到透镜光轴与基准轴的夹角,从而解算出透镜的中心偏。通过大口径长焦距镜头的装调对该方法进行了检验。检验结果表明:该透镜的装调偏差为6.47″,重复性误差为(1.16×10-4)″。该方法将光学测量变为机械测量,利于装调,可在保证装调精度的同时简化装调难度,提升装调效率,满足大口径多透镜光学系统对高精度装调的要求。     

大视场投影光刻物镜的研究

大视场投影光刻物镜是光学系统中的一种特殊的形式,其设计加工要求高。针对研制的8英寸视场的投影光刻物镜,从光学设计要求出发,分析了影响光学系统成像质量的各种主要误差因素,通过ZEMAX模拟,确定了加工容差,并对其加工和装校过程做了阐述,对研制完成的物镜检验了其曝光分辨力和畸变特性,达到了系统设计的指标要求。     

利用Zemax评估RC光学系统研究

针对RC(里奇-克莱琴)光学系统主次镜都为双曲面且轴外视场像散较大的特点,需要对这类光学系统的加工和装调过程进行分析,以明确加工误差和测试失调量对光学系统的影响。利用干涉仪和光学设计软件Zemax,对这类光学系统的光学特性进行分析。通过测试波像差与Zemax模拟结果的比对,完成了对加工误差和失调量的准确判断。经过对加工误差和失调量的正确修改,使光学系统的性能达到设计要求。     

大口径望远镜光学系统的误差分配与分析

光学系统的公差是光学设备加工、装调和使用中的一项重要性能指标。如何在加工、装调和使用中找到影响系统性能的因素以保证达到预期的精度,是大口径望远镜光学系统设计中的重要部分。本文以1.2m望远镜光学系统为例,阐述了误差分配原则,首先根据设计确定总体误差标准,然后计算误差分配的项数,最后依据分配原则,结合实际加工和装调水平,给出了合理的误差分配结果。结果表明,在满足目前国内加工要求和装配的条件下,使分配后该望远镜光学系统误差(RMS波像差)小于λ/8.5,为大口径望远镜光学系统的误差分配提供了有力的依据。     

高功率激光系统中大型光机组件的装配精度研究

大型高功率固体激光装置神光III中的48路强激光束组由许多大型精密光学系统组成,按照装置的研制要求实现这些光机系统的高精度装配是一项巨大的技术挑战。以具有亚微米级误差控制要求的大型反射镜组件为对象,提出了理论建模分析、数值计算仿真、工程现场试验研究三个层次相融合的反射镜组件装校精度分析研究方法。针对光机系统的装校精度建立几何误差传递和面形畸变形成的理论分析模型;并借助三维几何误差计算和结构有限元分析的专业化工具,分析预测了反射镜组件装配过程中的空间位姿误差以及夹持预紧作用下的镜面畸变作用;在工程环境下进行了反射镜组件的实体装配及其检测试验工作,检验了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机组件的精密装校研究有着普遍指导意义。     

Zemax软件在离轴三反射镜系统计算机辅助装调中的应用

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件,实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调.通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式,得到整个光学系统的波前像差,把波前像差代入到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中,计算出光学系统的失调量,与引入的失调量对比,证明了其正确性.在实际的装调过程中,用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图,得到失调光学系统的失调量,用Zemax软件验证失调量数据的正确性,从而指导装调.按此方法,在波长λ=632.8nm时,得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ.该方法也可以运用到其他光学系统中.     

反射式光学系统中心偏的测量

通过分析反射式光学系统的特点,在现有透射式光学系统中心偏测量仪的基础上,提出了适合该系统中心偏测量的方法,分析了球心像的观察条件,并推导出反射系统中心偏的计算公式,从而形成了一个完善的反射式光学系统中心偏测量体系。该方法能获得与透射系统中心偏测量相同的精度,操作方法也基本相同。     

位相复原技术在光学成像质量测评中的应用

对于大口径或特殊波段成像的光学系统,采用常规测试手段难以实现对光学系统成像质量的评估。而光学系统波像差是表征光学系统成像质量的重要指标之一。本文基于信息光学基础理论采用傅立叶变换和迭代算法通过对光学成像系统星点图像（光强点扩散函数PSF）计算分析,从而实现对光学成像系统位相的复原获得波像差信息。本文论述了有关的理论依据和分析计算公式;并研制了位相复原分析计算软件。通过计算机仿真与误差分析论证了研制的位相复原计算方法的正确性,复原误差小于5%。提出了在实际应用中采用此方法时减少复原误差的一种途径。通过实际采集的光学系统星点图像的位相复原实验验证了位相复原分析软件的适用性。此方法为非常规光学成像系统波相差的评估工作提供了新途径。     

扫描仪测量镜头畸变误差的软件校正

介绍CCD拼接扫描仪精度高于0.2mm时,测量镜头畸变带来的扫描误差情况.针对该项误差,进行测量、分析、计算,得到镜头畸变的规律和函数曲线,给出利用函数进行软件校正的思路和方法及基本流程.通过试验证明,此方法较好的改善了测量镜头畸变带来的成像误差,并使之满足精度要求.     

数控机床在线检测软件的开发

基于Windows平台开发了数控机床在线检测软件,并对软件开发中的关键技术:建立检测系统的综合误差模型,测头误差处理技术,对系统设置、通讯和检测程序自动生成等模块进行研究。利用该软件可以自动生成检测程序,并可对测头误差、机床几何误差与热误差进行补偿,有效地提高了检测的精度和效率。     

A method for evaluating spindle rotation errors of machine tools using a laser interferometer

This paper presents a method for assessing radial and axial error motions of spindles. It uses the Hewlett Packard 5529A laser interferometer. The measurement is made using reflection directly from a high-precision sphere. Such object is used as the optical reflector. The sphere is affixed at the end of a wobble device, which is clamped in the spindle. The principle of measurement is similar to that of a linear interferometer, except that the high-precision sphere is used in place of the usual retroreflector. A convergent lens is utilized to focus the laser beam to a small spot on the sphere surface. This minimizes the dispersion of the beam due to the reflection on the spherical surface. A software package has been developed for data acquisition and presentation of the error motion polar plots of the spindle. Application of this spindle error calibrator on a CNC machining centre is undertaken. The results are presented and discussed.     

机载光电平台球罩的视轴指向误差

摘要:机载光电平台光学镜头前的通光窗口,多选用内外球心重合的等厚球形玻璃球罩。球罩在加工过程中产生内外表面球心不重合,会给视轴指向精度带来附加误差。本文根据光路图推导出了产生这种误差的数学表达式,分析了内外球心偏离对视轴指向精度的影响。实验结果表明,实测数据与数学推导结果吻合得很好。当某型号球罩的内外表面球心沿视场中心线的偏离达到0.26mm时,45视场处的视轴指向误差实测值达到0.075,超出了0.029（0.5mrad）的允许值。为了将球罩加工误差带来的视轴指向偏差减小到0.017（0.3mrad）,内外球心偏离必须控制在0.10mm以内。     

单片机在车削细长轴误差补偿时的应用

建立了有跟刀架情况下的细长轴车削力学模型,并用Deform软件对细长轴车削过程进行了有限元仿真,得出车削过程的刀具磨损值;解释了由切削力引起的工件退让和刀具磨损是细长轴加工的主要误差来源;采用单片机对车削过程的误差进行了补偿,达到了抑制尺寸误差的目的.     

光纤透镜研磨抛光的轮廓成形控制系统的研究

为了有效地减小光纤透镜的研磨抛光轮廓误差,设计一种两轴联动的交叉耦合轮廓控制器,并且针对光纤透镜研磨抛光机床的运动特点,给出了交叉耦合轮廓误差模型.然后利用Matlab软件对该交叉耦合轮廓控制的效果进行了仿真研究与分析.仿真结果表明,利用该控制器能使系统轮廓误差从0.075 μm减小到0.03 μm,但由于加入了交叉耦合器的补偿量,Z轴的跟随误差也从0.05 μm增大到0.07 μm.同时也表明两轴联动的交叉耦合控制系统远远优于单轴PID控制系统.