一种基于临界角法检焦系统的设计

临界角法检焦是利用光波在临界角附近的反射特性来检测聚焦状态,它具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点,是亚微米级离焦检测的首选方法之一。根据菲涅尔公式,并通过合理假设,利用高斯光学公式可以得到离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法,利用He-Ne激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成了离焦检测系统,实现了离焦信号的提取;通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号（FES）,以此获得了FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线,为临界角法离焦检测系统的工程实现提供了参考。     

误差分离技术在平面镜瑞奇-康芒法检测中的应用

为了提高瑞奇-康芒法检测平面镜面形误差的精度,提出了利用检测系统光瞳面与被检平面镜表面的坐标映射关系插值拟合平面镜面形的方法。结合最小二乘法分析,解算了由光路调整引入的离焦误差,获得了更为真实的平面镜面形误差。理论仿真分析显示,此方法的平面镜测量误差可控制在λ/100(λ=632.8nm)量级。对口径为40mm的小口径平面镜进行了实际检测,检测过程中通过多角度旋转被测平面镜,利用坐标映射关系和幅值转换关系对测试波前进行恢复,在分离系统离焦误差后得到被检平面镜面形RMS值为0.018 6λ,与干涉仪直接检测得到的RMS值0.021λ相比,残差为0.002 4λ。实验结果证明了此种误差分离技术在瑞奇-康芒法对平面镜面形检测时的有效性与准确性。     

微位移检测系统中精密光电转换电路设计

基于像散原理的光学检测系统,是通过对光路系统聚焦信号的离焦量FES的检测实现微位移的测量.四象限光电探测器作为检测系统的光电转换传感器,需要设计光电探测器电路,实现对FES信号的检测,并由微单片机系统采集处理,通过串口通信传给PC机进行数据存储和被测对象二维图像分析和重建.通过将所设计的电路集成在光学测头装置上进行实验测量,光电转换信号稳定,相对误差小于5%.     

基于差动式电容传感器的弹簧检长系统

针对弹簧检长系统测量误差大的问题,该文设计了基于差动式电容传感器的弹簧检长系统,该系统由差动式变面积式电容传感器、双T形交流电桥测量电路、信号调理电路、FPGA和显示组成,经试验得到电压与弹簧相对长度函数关系,在实际使用中运用该函数关系通过测量电压计算出待测弹簧长度。经实验测得电压与弹簧相对长度拟合函数其线性度为1%,灵敏度为2. 529 2 m V/mm,分辨力为0. 05 mm,按照国家标准1级弹簧长度误差小于标准弹簧±0. 2 mm为合格。实验表明,该系统完全可以满足弹簧检长要求,且线性度好、灵敏度高、分辨力强、稳定性好;经实际和标准仪器相比准确率达到100%,且比现有设备操作简单、成本低。     

透镜分离相位检焦技术在经纬仪中应用的研究

介绍了一种在经纬仪中应用相位法自动检调焦的技术通过检测CCD输出信号之间相位差获得像的相对偏移量,获得离焦量来调节物镜的位置,使目标的像始终位于焦面上,实现设备的自动调焦;检焦系统的ZEMAX仿真从理论上证明相位法自动检调焦技术在经纬仪中应用可行,整个系统的实现将使经纬仪的自动化检调焦功能更加完善.     

航空遥感相机Ronchi光栅自准直检焦模型分析与验证

为解决航空遥感相机检焦系统故障分析、元器件选型及提高检焦精度的问题,本文深入研究了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦法。首先,归纳总结了国内外航空相机常用的几种检焦方法,对比了每种检焦方法的优缺点。接着,重点介绍了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦系统的构成和工作原理,建立了数学模型,模拟了检焦系统在不同像面位置处的输出波形。然后,为衡量离焦程度,提出了离焦评价因子的概念,接着分析了光学系统的衍射效应和像差大小、Ronchi光栅的周期选择及检焦光源的能量分布这三种因素对检焦精度的影响,给出了Ronchi光栅周期的选择方法。最后,通过实验的方法对本文的仿真结果加以验证。实验结果表明:合焦波形的峰峰值占比0.82,对应0.05 mm步长下的平均检焦分辨力约为10%。     

基于FPGA的增量式编码器误差自动检测系统

为提高增量式编码器检测精度和效率,实现增量式编码器的自动检测,设计一种基于FPGA的增量式光电编码器自动检测系统,该检测系统能够快速地检测出被检增量式光电编码器的均匀性和正交性误差。首先,利用无刷直流电机带动被检增量式编码器匀速转动;其次,利用FPGA构成高速数据采集系统,自动采集被检编码器的相关数据,并计算出均匀性与正交性误差;最后,通过LCD液晶显示屏显示检测结果。实验结果表明:该检测系统可以准确地检测出分辨力为40″的增量式编码器误差。     

基于光学自准直的航空相机自动调焦系统

分析了摄影环境的大气压力和温度的变化对航空相机离焦的影响,介绍了基于光学自准直的自动调焦系统的硬件电路原理和软件流程设计.基于光学自准直的检焦技术,选用两种图像清晰度评价函数,运用爬山搜索法采用变步长进行检焦控制,不仅有效地节省了检焦时图像处理的时间,而且提高了检焦的精度.通过引入高度和摄影角度数据,进行离焦量计算,通...     

研磨石英玻璃亚表面损伤三维重构方法

石英玻璃在研磨过程中引入的亚表面损伤影响着下一步工序的去除量和加工效率,对于研磨石英亚表面损伤开展三维检测能够更加准确地指导优化加工工艺.利用偏振激光共聚焦系统对研磨石英玻璃的亚表面损伤进行层析扫描实验,通过对亚表面损伤信号图像特点的分析,提出插值算法提高图像分辨率.根据共聚焦系统特点对亚表面损伤信号进行图像处理,获取亚表面损伤二维分布,利用MIMICS软件对层析扫描结果进行三维重构,得到亚表面损伤的三维分布.此方法能够定量获得研磨石英玻璃亚表面损伤的完整三维信息,对研磨石英玻璃的工艺优化提供有效检测手段.     

航天级光电编码器的信号处理系统设计

为了实现航天级光电编码器的小型化,减小航天设备的体积、重量并满足其冷备份要求,设计了具有双读数系统的航天级光电编码器信号处理系统。首先,介绍了双读数系统航天级光电编码器的精码和粗码信号处理方法以及信号处理系统的小型化和可靠性设计;然后,从光电编码器误差产生的原因及空间分布特征出发,对双读数系统航天级光电编码器进行了精度分析;最后,采用比较法,以23位高精度光电编码器作为角度基准,对该光电编码器进行了精度检测。实验结果表明:应用该信号处理系统的双读数系统光电编码器的分辨力为20″,精度σ≤30″。该系统已在工程项目中得到应用,实践表明系统的设计满足航天设备的技术要求。     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。     

自研角度计量转台在圆分度器件校准中的应用

为了实现亚角秒级圆分度器件的高精度校准,建立了基于角度计量转台和自准直仪的角度测量系统,研究了基于无实物基准的圆分度误差检测方法和控制测量系统引入误差的策略。简要介绍了基于真空预载气浮支承和超声马达驱动的自研转台的结构,搭建了整个测量系统。利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了圆分度误差的测量算法,讨论了测量过程的误差来源,并分析了抑制各误差源的方法。最后,在构建的测量系统上测量了多齿分度台的圆分度误差,并对测量不确定度进行了分析。实验结果表明：自研计量转台和被校多齿分度台的最大圆分度误差分别为0.12″和0.15″,测量不确定度为0.05″（k=2）。通过比对,表明测量系统能够实现亚角秒级圆分度误差的高精度校准。     

Development of an auto-focus system based on the moiré method

An auto-focus system based on the moiré effect and a feedback control method is presented. First, a collimated laser beam passes through a focusing lens then falls incident on the surface of the sample. The deviation of the angle of the light reflected back is proportional to the defocus distance from the sample. The reflected light then passes through two spiral gratings, producing three types of moiré pattern which can be observed and recorded by a linear CCD. The defocus distance can be derived from the spiral angle in the moiré pattern. The results show that auto-focusing can be achieved by the moiré method for glass and mirror samples in a cycle time of less than 0.1 s.     

FUZZY ECCENTRICITY AND GROSS ERROR IDENTIFICATION

The dominant and recessive effect made by exceptional interferer is analyzed in measurement system based on responsive character, and the gross error model of fuzzy clustering based on fuzzy relation and fazzy equipollence relation is built. The concept and calculate formula of fuzzy eccentricity are defined to deduce the evaluation rule and function of gross error, on the base of them, a fuzzy clustering method of separating and discriminating the gross error is found. Utilized in the dynamic circular division measurement system, the method can identify and eliminate gross error in measured data, and reduce measured data dispersity. Experimental results indicate that the use of the method and model enables repetitive precision of the system to improve 80% higher than the foregoing system, to reach 3.5s, and angle measurement error is less than 7 s.     

A novel method for focus assessment in atomic resolution STEM HAADF experiments

Analysis of the Fourier components of through-focal images in scanning transmission electron microscopy with a high angle annular dark field detector is used to assess illumination defocus values. The method is based on a least squares fitting of the peculiar dependence of Fourier components of the high angle annular dark field image on defocus. The validity of the method has been checked against simulations and experiments obtaining a good level of accuracy on the defocus measurement (δf=2 nm) for simulated specimen thickness up to 40 nm. The difference between simulated and experimental Fourier coefficients for large defoci can be used to estimate the specimen thickness at least up to 30 nm but with decreasing precision for larger thickness.     

机载成像系统像移计算模型与误差分析

研究了机载成像系统的像移及其对成像质量与相机分辨率的影响。为准确获取像移矢量,实现成像系统像移补偿,提出了一种基于坐标变换的机载成像系统像移计算模型。通过线性坐标变换,建立了从地面目标景物到成像系统像面的坐标变换模型,推导了地面目标景物在成像系统像面的解析表达式,根据坐标在相机积分时间内的变化来确定像移矢量。分析了成像系统像移误差的主要来源,讨论了载机轨道坐标、飞行姿态角和相机视轴角误差对像移计算结果的影响,采用蒙特卡罗方法分析和统计了像移计算误差。样本实验结果表明,在载机姿态角和相机摆角不变条件下,像移量与载机速度成正比,与目标距离成反比,像移误差随着参数误差的增加而增加,其中载机经度和纬度误差是影响像移计算误差的重要因素。结果显示本文方法对机载成像系统的像移补偿具有实用价值。     

空间激光主动探测离轴三反系统的猫眼效应

采用光线追迹法,分析了空间环境下离轴三反结构系统的猫眼效应。给出了离轴三反系统的像面倾斜、视场和离焦对猫眼回波效率和发散角的影响,证明了离轴三反系统像面倾斜量是决定能否发生猫眼效应的主要因素。提出利用阈值法实现激光主动探测猫眼信号的基本原理,并结合高阶余弦漫反射模型,分析了目标漫反射信号对猫眼信号检测的影响。估算了20km到120km探测距离下,理论上所需不同光束质量激光的最小脉冲能量。仿真表明,当发射光束的全角发散角为0.3mrad时,50km和120km探测距离下所需的最小激光脉冲能量分别为0.7mJ和3.1mJ。最后,通过原理实验,验证了空间激光主动探测法探测目标"猫眼"效应的可行性。     

Optimization of helix angle for helical gear system

A method is presented to optimize the helix angle of a helical gear from the viewpoint of the transmission error, which is the deflection of the teeth due to the transmitted load. The deflection of the gear teeth is calculated by using the bending and shear influence function, which is formulated from the common formula for deflection obtained from FEM, and the contact influence function based on Hertzian contact theory. Tooth contact analysis is performed to calculate the contact lines of the helical gear, where the deflection of the tooth is measured. A numerical example is presented to explain a method to optimize the helix angle of a helical gear system. The relation between the contact ratio and transmission error is investigated through calculations of the variation in the transmission error with the helix angle. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Hong Hee Yoo     

编码器自动检测过程的虚拟仪器化设计

在传统的光电轴角编码器手动检测基础上,设计了一种编码器自动检测系统。以LabVIEW为开发平台,采用直接比较法,通过RS-232串口传输数据,24位高精度编码器作为基准,步进电机控制转台自动定位,多点检测以消除系统误差。系统具有自动记录数据、误差分析、绘制误差曲线、数据存储等功能。实例检测结果表明:该系统可对高达18位的各类光电轴角编码器实现自动检测,操作简单,可靠性高。与传统手动检测相比,消除了人眼读数和手动定位误差,检测效率提高近3倍。