轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验

根据轻型空间相机光学系统的特点以及相机的焦深,优化设计了一种适用于该类相机的调焦机构.为了满足相机总体要求,综合考虑重量、外型尺寸、刚度、误差等各方面的因素,选择丝杠和连杆配合使用的双滑块机构,将丝杠的转动通过连杆机构转换成调焦镜沿光轴方向的直线运动,实现了通过调整像面移动来解决离焦的问题.对该调焦机构在调焦范围内的调...     

航天立体测绘相机调焦机构的设计与实验研究

介绍了一种光学结构为准像方远心光路形式的相机调焦机构的设计,其主要指标为:调焦范围±2mm,调焦精度±8μm.通过几种调焦方案的对比,选择了调焦凸轮和导轨配合使用的方案,将凸轮的旋转运动转化成CCD靶面沿光轴方向的直线运动,实现了通过调整像面移动来解决离焦的问题.介绍了调焦量的确定、调焦机构的工作原理及可靠性设计,精度分析结果表明,该调焦机构的传动误差为±1.71μm,CCD靶面的直线移动精度为:X方向11.2",Y方向11.8",绕光轴方向的旋转量为:4.7".满足立体测绘相机对主点主距的要求.通过实验检测,结果表明设计合理,满足使用要求.     

由平行平板提供的多目标空间准线

本文描述了用平行平板构成多目标空间准线的原理，给出了当平板有光学不平行度误差时，点光源经平板多次反射，折射后的象点分布轨迹及其对准线的偏差。     

航天立体测绘相机调焦机构设计与精度分析

航天立体测绘相机受发射过程的振动、冲击以及复杂多变的空间温度、压力等环境的影响,相机的CCD靶面将产生不同程度的偏移,为保证相机成像质量及后续测绘任务的完成,需将变化的CCD靶面进行补偿。因此本文设计了一种基于凸轮导向的调焦机构,通过传动误差的分析及精度验证试验结果表明,该调焦机构的传动误差为±1.71 μm;CCD靶面的直线性精度X方向11.2〞、Y方向11.8〞;CCD靶面绕光轴的旋转4.7〞,满足用户提出的精度要求。     

基于准线-母线的空间孔位姿重建

空间孔位姿重建广泛存在于工业和建筑领域。针对空间孔位姿重建提出一种准线-母线法,其原理为根据孔横断面上的边缘点拟合孔准线,分别过孔柱面其他少量任意点,以假定轴线的方向为方向作孔柱面母线,采用LM(Levenberg-Marquard)法优化各条母线与孔横断面的交点到孔准线距离代数和最小得到孔轴线方向,孔准线中心可作为孔位置。实验表明,该方法需要数据量少、过程简单、精度高,也适用于轴位姿及其他柱面位姿重建。     

传输型立体测绘相机的调焦机构设计

提高立体测绘相机地面像元分辨率和地面目标的定位精度,相机需设计调焦环节用以补偿CCD靶面的离焦量.本文根据立体测绘相机光学结构的特点以及相机的焦深,设计了一种基于凸轮导向的调焦机构.在设计中采用了可靠性设计和消空回措施,以保证结构的强度和刚度以及调焦精度.对传动误差的分析及精度验证试验表明:该调焦机构的传动误差为±1.71 μm;CCD靶面的直线性精度在X方向为11.2″、Y方向为11.8″;在调焦行程内CCD靶面绕光轴旋转4.7″,满足用户提出的精度要求.     

超声电机驱动的旋转变倍机构

变焦功能是光学系统中常用的一种功能,完成变焦功能的载体一般被称为变倍机构。传统的沿光轴切向移入移出变倍镜组式与沿光轴同向移动变倍镜组式变倍机构存在：占空间大、机构复杂、变倍时间长、断电不能自锁等缺点。为了弥补传统的变倍机构的不足,本文研究开发了一种新型超声电机驱动的旋转变倍机构,并利用该变倍机构进行了试验并验证这种机构的有效性;这种机构还可以同时实现数组焦距的切换。实验结果证明：新变倍机构可以实现最大转角误差0.432′, 当相机像元大小为30μm,光学系统焦距为300mm时,最大转角误差时光线在成像面上的偏移量小于0.034 mm ,远小于一个像元相当的长度。     

空间相机均力输出式调焦机构

为了补偿空间相机因所处复杂运载环境和空间运行环境导致的焦平面偏移,研制了一套利用均力输出组件驱动,正反双曲柄滑块机构传动,直动组件导向的新型高精度调焦机构。介绍了其结构组成和运动原理,并对其误差来源及影响因素进行了深入分析。该调焦机构采用两点支撑方式,两支撑点均力输出且无同步性误差,机构内应力小,运行平稳,调焦精度高;运动副采用预压消间隙措施,有效消除配合间隙,无空回,重复精度高。在模拟空间环境条件下,对其各项参数进行了测试。试验结果表明,该调焦机构可在±1.77mm间调焦,直线定位精度大于±8μm,重复性优于±2μm;同步性误差小于±4μm,重复性优于±3μm;调焦行程范围内调焦反射镜转角精度优于±5″,重复性优于±1.5″。得到的结果能够满足空间相机在复杂空间环境下的成像需求。     

大尺寸焦平面空间相机调焦机构的精度分析

由于大尺寸焦平面空间相机调焦机构的焦平面两端存在的不可消除的同步运动误差会直接影响相机调焦精度,因此对焦平面两端同步运动精度进行了分析。首先,研究了大尺寸焦平面空间相机调焦机构的特点,提出了焦平面两端同步运动误差是影响其调焦精度的主要因素;其次,分析了影响同步运动精度的主要误差来源,建立了同步运动误差的数学模型,并采用蒙特卡罗仿真算法对数学模型进行了仿真分析;最后,通过测试焦平面两端同步运动精度对仿真结果进行了验证。仿真结果显示,同步运动精度为0.02 mm,与试验数据分析结果0.023 mm一致,说明此方法能够比较准确地确定焦平面两端同步运动精度,为后续在轨调焦策略的确定以及同类产品的研制提供技术支持。     

求解直线度两种评定方法产生的误差极值

1引言 在工程实际中,评定导轨直线度误差的方法常用两端点连线法和最小条件法。两端点连线法,是将误差曲线首尾相连,再通过曲线的最高和最低点,分别作两条平行于首尾相连的直线,两平行线间沿纵坐标测量的数值,通过数据处理后,即为导轨的直线度误差值;最小条件法,是将误差曲线的“高、高”（或“低、低”）两点相连,过低（高）点作一直线与之相平行,两平行线间沿纵标坐测量的数值,通过数据处理后,即为导轨的直线误差值。     

空间相机透镜调焦机构的设计与测试

高分辨率空间相机受发射段恶劣的力学环境以及空间复杂的温度环境影响,光学系统会产生微小的离焦量。为保证相机成像质量,本文设计了一种由蜗轮蜗杆与凸轮滑块机构组成的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计通过蜗轮蜗杆实现第一级减速,并且使驱动器旋转轴与光轴正交,使机构更紧凑。通过凸轮滑块机构进一步进行减速,同时将旋转运动转化为直线运动,并通过直线导轨保证滑块的直线运动精度。该机构体积小、精度高,并且能实现断电自锁。机构运动副上溅射固体润滑涂层,防止发生真空冷焊。结合机构自身的特点,分析了机构调焦的分辨率与误差。对该机构开展了力学与热真空循环试验,试验前后对机构的精度指标进行了对比测试。试验与测试结果表明:该机构环境试验后性能参数正常,其调焦位移误差优于5.8μm,线性度优于0.3%,偏摆角优于14″。在热光试验中通过调整焦面,成像质量有显著的提升。该调焦机构能够满足光学系统的精度与环境适应性要求。     

空间相机直线调焦机构的设计

针对空间相机在使用时受空间环境中重力、温度及压力等因素的影响,引起各光学镜面位置相对变化,从而导致像平面与焦平面不重合的问题,在分析空间相机的3种调焦方式及调焦机构设计基本原则的基础上,针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构.利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移.该机构具有低摩擦、传动简单等优点,可有效地减少过多的传动环节所带来的传动误差.采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,并讨论了误差产生的原因.实验数据的统计分析及残差分析表明,直线调焦机构的开环调焦精度为0.002 5 mm,闭环调焦的精度可达到0.001 5 mm,满足0.01 mm使用要求.     

宽带多传感器光轴检测系统的研究

测量装载在一个平台上的多个光学系统的平行性有多种方法。介绍了一种针对航空机载平台的多波段、多传感器瞄准线(光轴)及其安装基准轴之间一致性进行检测和定量标定的一种方法。并设计了一套装置,进行了误差的分析,利用这种方法能够更简捷、更快速地对被测设备进行平行度检测与标定。     

滚齿产生的齿面波纹分析

笔者在《工具技术》1995年No12上发表的“滚齿时必然产生的几种误差”一文中谈到齿形误差时，提到了齿面波纹的影响，本文拟对滚齿时产生齿面波纹的原因及防止方法作较为深人的探讨。齿面波纹在GB10095—88《渐开线圆柱齿轮精度》标准中称为螺旋线波度，是指宽斜齿轮齿高中部实际齿线波纹的最大波幅，沿齿面法线方向取值。在滚切宽齿的大型斜齿圆柱齿轮时，由于滚齿机工作台蜗杆和滚刀垂直送给丝杠的周期性误差、滚刀齿距误差及由于昼夜温差等原因而产生的滚切深度的变化，使齿面沿齿向出现周期性的凹凸不平，称为齿面波纹。齿面波纹的存…     

广角天文望远镜的自动调焦

介绍了一种基于步进电机(无位置检测传感器)和像质反馈的广角天文望远镜自动调焦系统,该系统由步进电机位置开环控制系统和图像清晰度评价系统组成。基于天文图像的特点,提出利用天体点源星像的半高全宽(FWHM)作为图像清晰度的评价参数;为了提高系统精度,对定位控制系统进行了误差分析;测定了调焦当量、光学焦深、系统回差、步进脉冲当量等系统关键机构参数,进而高精度地修正了系统定位误差;分析和测定了温度变化和像质变化的相关性,明确了调焦方向和温度变化之间的定性关系;设计了焦深边缘定位策略,实现了快速调焦。该系统具有"容错"和"自学习"功能,具有较高的自动化和智能化程度。将系统设计应用于SVOM天文卫星地基广角相机阵[1-2](GWAC),实际测试和天文观测表明,调焦系统的定位精度为±3.0μm,调焦精度为0.05pixel,且一次调焦过程即可获得最佳像质,调焦效率较高,系统运行也很稳定,基本满足天文观测的需求。     

空间相机调焦平台动力学特性研究

调焦机构作为空间相机中至关重要的组成部分,其动力学性能很大程度上影响了相机的可靠性。为了完成调焦机构的动力学分析,本文以某型空间相机调焦机构平台作为研究对象,将导轨滑块作为切入点,利用优化的串联弹簧阻尼单元及有限元方法完成对导轨结合部及调焦平台的建模。本文基于Hertzian接触理论获取动力学参数,将调焦机构中与导轨关联的滚珠丝杠和联轴器的刚度等效至导轨滚珠上,并提出了关系表达式和修正参数。通过以联轴器为变量的对比实验获取修正参数,实现该空间相机调焦平台的动力学分析。最后本文利用该分析方法完成了在不同状态下调焦平台的动力学仿真分析,通过对比实验结果表明其误差小于2%。证明了该分析方法具备较高精度和可靠性。     

极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法

提出一种光栅反射对准法:在极坐标激光直写系统中利用光栅反射聚焦光斑来校准光轴和工件台的转动轴;被光栅反射的聚焦光斑成像在CCD上。当聚焦透镜的光轴和工件台的转动轴存在对准误差时,如果转动光栅,激光光斑将在光栅上扫描出一个圆形轨迹。通过观测这个轨迹,能估算出光轴和转轴的对准误差并相应地做出调整减小对准误差。采用光栅反射法,现将光轴和转轴的对准误差减少到小于0.5μm。     

一种空间相机直线调焦机构的设计与分析

空间相机在使用时由于空间环境中重力、温度及压力等因素的变化,引起各光学镜面位置的相对变化,进而导致像平面与焦平面的不重合。为了保证成像质量,必须采用调焦机构补偿离焦量,从而改善成像质量。本文分析了空间相机的三种调焦方式及调焦机构设计的基本原则,并针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构,利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移,采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,通过对试验数据统计分析及残差分析可以看出,直线调焦机构的开环调焦精度为0.0025mm,闭环调焦的精度可达到0.0015mm,讨论了误差产生的原因,满足0.01mm使用要求,同时该直线调焦机构具有精度高、灵敏度高、模块化程度高、传动方案简单、易于装调等优点。     

大准线电气化牵引供电补偿方案的研究

大准线是单线电气化铁路,由于牵引负荷不平衡等原因,导致功率因数低,电能质量问题突出。目前,我国电气化铁道变电所无功补偿与谐波综合治理有多种方案,结合大准线负荷特点,通过对多方案进行比较,得出了适合大准线的牵引供电补偿方案。     

空间相机调焦平台的动力学特性研究

调焦机构作为空间相机的重要组成部分,其动力学性能很大程度上影响了相机的可靠性。为了完成调焦机构的动力学分析,本文以某型空间相机调焦机构平台作为研究对象,将导轨作为切入点,在调焦平台的有限元模型中利用优化的串联弹簧阻尼单元完成对导轨结合部的建模。基于Hertzian接触理论获取动力学参数,将调焦平台中滚珠丝杠和联轴器的刚度等效至导轨结合部上,并提出了关系表达式和修正参数。通过以联轴器为变量的对比实验获取修正参数,实现该空间相机调焦平台的动力学分析。最后,利用该分析方法在不同的参数条件下完成了调焦平台的动力学仿真分析,仿真值与实验结果得到的基频值的误差小于2%,证明了该分析方法具备较高的精度和可靠性。