用于惯性约束聚变靶丸测量的激光差动共焦传感器

针对目前原子力显微镜等方法只能测量激光惯性约束核聚变(ICF)靶丸外表面等难题,研制了高精度、非接触、小型化的激光差动共焦传感器(LDCS).该传感器基于差动共焦原理,利用激光差动共焦轴向响应曲线的零点对靶丸内外表面和球心分别进行定位,并结合物镜微位移驱动技术,实现靶丸内外表面和壳层厚度的高精度测量.该方法减少了靶丸表面的反射率、倾斜等因素对测量瞄准特性的影响,显著提高了系统的抗干扰能力.将传统的显微成像与差动共焦测量光路进行有机融合,实现了对被测样品的精确瞄准.初步实验与理论分析表明:当测量物镜的数值孔径NA为0.65时,LDCS的轴向分辨力优于5 nm,信噪比优于1 160,过零点的标准偏差为10 nm.该传感器为激光惯性约束核聚变靶丸测量提供了一种新的技术途径.     

基于图像拼接的惯性约束聚变终端光学元件在线检测

针对惯性约束聚变(ICF)终端光学元件的高精度在线检测,提出了一种基于图像拼接的检测方法。该方法主要包含图像配准及图像融合两个部分。在图像配准部分,采用基于局部损伤点特征匹配的方法来解决在线检测图像中信息过少,以及子图像间存在曝光差异的问题,并将检测系统的运动信息应用到配准过程中,提高了检测精度及效率。在图像融合部分,采用泊松融合的方法来消除曝光不均匀所产生的"拼接线",实现了检测图像的"无缝拼接"。用本文算法与尺度不变特征变换(SIFT)算法对ICF终端光学元件在线检测(Final Optics Online Inspection,FOOI)图像进行了实验对比,结果表明,本文提出的图像配准方法优于SIFT算法。通过4×4方式得到的拼接图像显示,本文方法可以大幅度提高ICF系统中FOOI装置的检测分辨率。     

双列调心球轴承轴向游隙测量仪器改进

由于双列调心球面球轴承幅高比较高,轴向游隙无法正常在X194上测量,通过对X194仪器底座的加高改进,实现了双列调心球面球轴承轴向游隙的测量。     

球面光学元件表面疵病检测技术研究

针对现有球面光学元件表面疵病检测技术研究较少的情况,根据疵病对光的散射特性,提出了一种基于机器视觉技术检测球面光学元件表面疵病的方法。实验分析了光照角度、光强大小和球面光学元件曲率半径对疵病散射光成像质量的影响。并对口径为Φ14mm,曲率半径为13mm的球面光学元件表面进行了检测,实验表明,该技术对元件样品上10μm以下的表面疵病可进行有效的检测。     

无需精确调整被测镜的平面面形检测新方法

现有的面形绝对检测法为了保证检测精度,在测量过程中需要耗费大量时间对被测镜进行精密的姿态调整。针对上述问题,提出了一种无需精密调整被测镜姿态的两平面面形检测方法。该方法需被测镜在3个位置进行测量:初始位置、旋转未知角度后的位置、横向平移未知距离后的位置。通过特征匹配求解被测镜实际旋转角度和平移量,通过迭代算法和拟合Zernike多项式恢复被测镜面形,并对被测镜面形中损失的角频率项进行补偿。该方法在保证精度的同时,避免了被测镜的精密调整,缩短了测量时间。实验表明,该方法与Vannoni的方法相比,二者检测结果的残差均方根(RMS)值为0. 004λ,测量中被测镜调整过程快速简单连贯,为光学元件的面形检测提供了一种新的技术途径。     

基于线结构光的盾尾间隙测量方法研究

针对现有盾构施工中盾尾间隙难以实时精确测量的问题,本文提出了一种基于线结构光的盾尾间隙自动测量方法。该方法首先利用线激光器在管片和盾壳之间投射出一道窄线型指示激光并通过工业相机实时采集线激光器投射在盾壳和管片之间的线激光图像,然后通过图像处理对图像目标特征进行识别并根据单目视觉成像原理和线结构光坐标测量算法提取盾尾间隙端点坐标,进而实现盾尾间隙值的精确解算。实验结果表明,本文所提出方法的重复性测量精度优于0.3 mm,绝对测量精度优于1.7 mm。该方法可以实现相机纵深方向0.2～1.9 m范围内盾尾间隙的实时精确测量,满足城市地铁隧道施工应用需求。     

基于共焦成像法的亚表层损伤散射仿真

光学零件的亚表面缺陷直接影响其使用性能和抗激光损伤阈值等重要指标,而造成这些危害的根本原因是由损伤层引入的入射光的散射。采用时域有限差分(FDTD)法,结合共焦层析测量系统进行模拟仿真。首先,针对常见的光学材料,分析了入射光经由亚表层中的微裂纹、气泡等常见缺陷调制后的光场分布,并结合不同形态参数和光学参数建立模型;其次,引入球面波激励源,模拟计算了入射波聚焦点沿固定间隔逐渐偏离缺陷时的散射分布。结果表明:共焦层析测量系统能够实现对亚表层损伤的测量,满足纵向响应函数趋势。     

提高万向轴系式快速反射镜指向精度的装置

为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙,改善FSM系统的指向精度,设计了一种轴系间隙消除装置。在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上,分析了FSM系统指向误差的来源。然后,设计了轴系间隙消除装置,计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定。最后,针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试。结果表明:该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度,使其在方位方向提高约4.4倍,俯仰方向提高约3.3倍。此外,在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置,不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度,还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑,从而进一步提高了FSM的承载能力。     

球面滚子三点测量的应用

介绍了在生产现场用轴仪测量球面滚子轴承滚子滚动面曲率半径和球面曲率位置的方法,测量精确、简便、效率高。     

圆锥量规锥度的高精度光学干涉法测量

针对超精密数控机床对圆锥量规锥度高精度测量的需求,研究了一种将“大数”和“小数”相结合,准确测量圆锥量规锥度的方法.介绍了锥度测量系统的基本原理及组成,给出了实验测量结果,分析了测量系统的不确定度.该测量方法利用最大分度间隔误差为0.10〞的多齿分度台构成高准确度分度系统保证测量“大数”部分的准确性,采用激光偏振干涉装...     

基于CCD图像检测的微间隙精密测量系统

将图像检测技术应用于零件微小间隙的测量,采用中值滤波算法对图像进行去噪预处理,将Sobel算子应用于基于梯度算法的图像边缘检测,并用修正实测标定系数K的方法提高实测精度.实验数据表明,系统总体测量精度达到15 μm,能够胜任生产中不同环境下的微间隙测量,同时在一定条件范围内,也可以适应其他要求非接触、高精度的场合.     

基于共焦法的透镜厚度测量系统设计

研究通过分析共焦法检测透镜厚度的原理,并结合实际,给出了共焦光学系统的设计指标及要求,据此设计了一套共焦光学系统,结合光纤、耦合器、光谱仪等设备构成了基于共焦原理的透镜厚度测量系统。文中分析了本共焦光学系统的公差,分析结果表明,所给公差相对较宽松,整个光学系统设计合理,且在此公差下,本光学系统仍能清晰成像。本系统的测量范围至少为15 mm,可以有较广泛的应用。对于普通的K9玻璃,本检测系统的测量范围可达23.4 mm,测量精度为1μm。