离轴椭球面的反射式补偿检验

使用要求离轴椭球镜的面形PV(峰谷)值优于0.4λ(λ=351 nm)。根据三级像差理论球差表达式和补偿检验原理,得出检测光路中球面补偿镜的半径表达式。由已知数据求解补偿光路的初始结构参数,并带入软件中得到优化后的设计结果,优化后的结果和初始结构参数没有变化,说明补偿光路的求解方法是正确的。考虑到元件的加工误差和检测光路的调试误差,将误差带入检测光路进行模拟分析后,得出被检元件的面形精度:取98%的合格概率时,椭球镜的面形PV为0.379λ(λ=351 nm),能够满足使用要求,说明离轴椭球面的反射式补偿检验法是可行的。     

子孔径拼接干涉检测中机械定位误差的补偿

为减少子孔径拼接干涉检测中机械精度引起的定 位误差对检测结果造成的影响,在一般的调整误差 拼接算法上加入机械定位误差的补偿项,建立了补偿机械误差的综合优化方法。针对参考 面未知的拼接 干涉检测,研究了应用极大似然估计法拟合出用Zernike多项式表示参考面面形分布的方法 ,在除去参考面 面形后采用补偿机械误差的算法拼接。模拟对比实验表明,在相同的机械精度下,机械误 差补偿算法得 到的全口径相位差异分布均方根(RMS)值减少到近一般调整误差 拼接法的1/6,机械误差补偿算法拼接精度高于一般 调整误差拼接法。在搭建的拼接检测装置上检测口径为280mm的平面 镜,与大口径干涉仪检测的全口径相位差异分布的峰谷(PV)值为 0.099λ,R MS值为0.006λ,验证了综合优化方法在重构 参考面面形基础上能有效补偿机械定位误差。     

大口径离轴碳化硅非球面反射镜加工与检测技术研究

分析了碳化硅作为空间反射镜材料的各种优点,研究了加工和检测离轴碳化硅非球面反射镜的各项关键技术。利用自行开发的非球面加工中心FSGJ-2对离轴碳化硅非球面进行了研磨、抛光和轮廓测量,分析了计算全息补偿检测离轴非球面的基本原理,并专门设计研制了计算全息衍射检测装置,对大口径离轴非球面反射镜进行了零位补偿干涉测量。结合工程实例对一口径为468mm×296mm的离轴碳化硅非球面进行了超精加工与检测,最终面形误差峰谷(PV)值为0.148λ,均方根(RMS)值为0.017λ(λ=632.8nm),达到了良好的效果。     

温度变化对胶粘结透镜面形精度的影响

为了保证透镜的面形精度受温度影响较小,透镜采用低应力胶粘结要优于采用机械方式装夹。首先对比了胶粘结透镜在16℃,20℃,26℃时透镜轴向应力大小和面形的变化。实验验证了在不同温度下,胶粘结透镜面形的峰谷(PV)值(0.073λ,0.064λ,0.085λ)要优于机械方式装夹的透镜面形PV值(0.204λ,0.108λ,0.105λ)。最后对不同温度下胶粘结透镜面形变化的理论计算、仿真和实验结果的误差进行了分析。实验结果表明在温度变化时,采用胶粘结透镜的面形精度要优于机械装夹的透镜面形精度,并且能有效控制温度变化对透镜面形精度的影响。     

面向高性能的红外折射式镜头装调技术

针对红外光学材料折射率不均匀导致系统波前产生异常像差,从而引起镜头像质严重下降的问题,提出了一种光学件位置迭代调整和面形修配相结合的系统波前补偿方法,实现面向高性能的红外折射式镜头装调。在光学件精密定心的基础上,设计了在线装调检测装置,依据镜头实测波前并结合计算机辅助装调技术,通过迭代调整光学件位置矫正系统波前初阶像差。对系统残留的中高阶像差,根据各视场测得的系统波前综合分析计算,采用修配光瞳处光学件面形,引入反残留波像差的方式补偿。实验上,通过对某红外折射式镜头装调,将镜头三个视场系统波前RMS (λ=3.39μm)分别由精密定心后的0.162λ、0.118λ、0.166λ降低至0.064λ、0.040λ、0.067λ,平均MTF (@25 lp/mm)由0.31提升至0.67。结果表明,这种装调技术对红外折射式镜头系统波前补偿效果明显,可大幅提升镜头成像性能,具有重要的工程应用价值。     

离轴三反望远镜主镜和三镜面形误差补偿机理

为保证大口径离轴三反消像散(Three-Mirror Anastigmat,TMA)光学系统在轨成像质量,探明离轴TMA系统中次镜位姿与主镜及三镜面形误差补偿机理,以矢量像差理论为基础,用Zernike多项式表述离轴TMA系统镜面面形误差,并对系统镜面面形误差进行解析。通过分析发现,位于非光阑位置三阶彗差经光瞳坐标变换衍生出与视场线性相关像散;提出结合失调离轴系统矢量像差校正解析式,以系统出瞳波像差RMS值为评价标准,构建离轴TMA系统像差补偿模型,利用次镜位姿对主镜及三镜存在面形误差的离轴TMA系统进行补偿。仿真实验表明：系统主镜存在0.5λ像散与彗差时,所构建像差补偿模型可将系统出瞳波像差由0.18λ补偿至0.08λ;系统三镜存在0.05λ像散与彗差时,可将出瞳波像差由0.3λ补偿至0.1λ,且当三镜面形误差在(-0.03λ,0.03λ)范围内时,可将系统各视场RMS值补偿至系统设计值,使系统成像质量满足要求,为大口径反射式空间望远镜在轨主动装调提供进一步理论指导。     

小F数标准球波面透镜组的F''C重合误差分析

标准球波面透镜组是光干涉计量测试凸、凹球面面形质量的重要测量器具,它能产生p-V值优于λ/20(λ=0.6328μm)的标准球面波,透镜组中末球面为标准球面.其使用特点要求透镜组的焦点F'与末面球心C重合;如果存在重合误差,则用于球面面形检验时会引入测量系统误差.推导分析了F'C的允许重合误差与透镜组F数等参量的关系,运用ZEMAX光学设计软件模拟给出系列小F数标准球波面透镜组允许的F'C重合误差,并设计实验测试方案,得到反映标准球波面透镜组F'C重合误差的干涉图,它们的波像差均小于5λ.由理论分析与实验测试结果可知,F数很小(如F/1.5,F/0.75)的标准球面透镜组,F'C重合误差小于0.03 mm,甚至达到微米量级.     

非零位拼接检测凸非球面金属反射镜

随着单点金刚石车削技术和抛光技术的发展,实现了金属反射镜的快速高效低成本制造。然而,金属反射镜的检测手段存在明显不足,尤其是没有一种快速、高效的检测手段用于检测凸非球面金属反射镜。为提高凸非球面金属反射镜的检测效率,提出一种非零位拼接检测凸非球面金属反射镜的检测方法。结合工程实例,对口径为120 mm,顶点曲率半径R为1121.586 mm,二次曲线常数K为?2.38的凸非球面金属反射镜进行了拼接检测实验,拼接所得面形误差均方根值（RMS）为0.016λ(λ=632.8 nm)。与Luphoscan检测结果对比,验证了非零位拼接检测方法的检测精度RMS为0.007λ,结果表明该方法能够实现凸非球面金属反射镜的快速、高效检测。     

高精度平面子孔径拼接算法研究

对平面子孔径拼接累积误差的理论分析及数值仿真表明,参考镜面形的拼接重叠区域的局部斜率差和直流偏差是产生累积误差的原因。为了提高大口径平面光学元件子孔径拼接检测精度,提出一种简单有效的可以减小子孔径拼接测量累积误差的方法,该方法采用第4项和第6项泽尼克像差拟合一个假设的准参考镜面形,再从每个子孔径测量结果中减去,最后拼接合成全口径面形。对450mm×60mm的平面镜进行了8个子孔径的拼接检测,去除准参考镜面形前后,拼接测量结果与Zygo公司24英寸(600mm)口径干涉仪检测结果的偏差峰谷(PV)值从λ/7减小至λ/100。所拟合的准参考镜面形误差为0.02λ(PV值),与标准镜的面形误差为同一量级,其对每个子孔径测量结果的影响可以忽略。实验结果表明,本文方法能够有效控制拼接累积误差,提高拼接检测精度。     

大口径非球面镜加工建模与控制技术

数控(NC)加工技术是解决非球面镜加工困难的一种方法。针对激光装置所使用的大口径光学玻璃非球面透镜,提出采用超精密磨削技术来实现高效、高精度的成型加工。通过加工实验研究了控制磨削切深和进给速度对表面加工质量的影响,寻找出大切深缓进给的磨削加工方式,改善了元件表面加工质量,有效抑制了加工过程引入的亚表面缺陷。开展了非球面补偿加工技术实验研究,采用等面形误差曲线补偿加工方法,能有效降低元件面形峰谷(PV)值,通过两次补偿加工,330 mm×330 mm非球面镜的磨削面形误差可控制在约3μm,获得较为理想的面形加工精度。     

基于RBF神经网络的虚拟仪器测试系统动态补偿方法

测试系统存在着动态测试误差,为了准确地复现出被测量的原始信号,提出了基于RBF神经网络的虚拟仪器测试系统动态补偿方法.该方法不依赖于测试系统的数学模型,而是根据测试系统的输入和响应数据,利用神经网络的强非线性逼近能力获得补偿系统的模型参数,通过LabVIEW构造出测试系统的动态补偿系统.实验结果表明,将RBF神经网络和虚拟仪器相结合,对测试系统进行动态补偿具有良好的效果.     

Performance optimization of a fast tool servo for single-pointdiamond turning machines

This paper describes a new, fast tool servo system designed for fabrication of nonrotationally symmetric components using single-point diamond turning machines. A prototype device, designed for flexible interfacing to typical machine tool controllers, is described, along with performance testing data of tilted flat and off-axis conic sections. Techniques for controlling the piezoelectric actuator to less than 1% error are discussed. The performance of a standard integral controller shows a significant error due to hysteresis in the actuator. The effects of the hysteresis were reduced by implementing two control schemes, an optimized PID controller and a technique that utilizes a dynamic compensator module in conjunction with the linear controller. The compensator samples the hysteretic voltage/displacement relationship in real time and modifies the effective gain accordingly. Experimental implementation results in an 80% reduction in the motion error caused by hysteresis, but peak-to-valley errors are limited by side effects from the compensation     

光电经纬仪轴系误差仿真计算的新方法

轴系是决定光电经纬仪测量精度的关键组件,过去常将球面三角学方法做某些简化后来推导轴系误差引起的光电经纬仪测量误差,存在适用局限性。根据光电经纬仪的测量坐标系,采用坐标变换方法,将轴系误差出现的过程看作坐标系的旋转过程,并用旋转矩阵来表示各个轴系误差,最终建立了轴系误差引起测量误差的数学模型。采用MATLAB与VB混合编程的方法对该误差模型进行了仿真分析,通过比较仿真结果与单项误差法计算的结果,验证了该轴系误差模型的正确性,为光电经纬仪的精度分析和误差修正提供了参考。     

衍射光学元件车削误差控制技术

衍射光学元件在光学系统中的应用越来越广泛,对衍射结构的加工质量提出了更高的要求。单点金刚石车削可直接加工出高精度衍射微结构表面,但衍射结构的位置误差和表面质量对其光学性能有较大影响。为了提高衍射光学元件的性能,需要精确控制其车削误差。基于此,分析了影响衍射元件加工质量的因素,建立了揭示位置误差、衍射面形状和刀具半径之间的关系的数学模型,揭示了衍射带位置精度影响规律。通过补偿加工提升基底表面质量来提高衍射曲面面形精度。结合仿真模型与粗糙度影响参数,指导车削刀具半径的选取。最后,基于仿真结果,选择半径为0.02 mm的半圆弧刀具加工,最终加工的衍射元件面形误差为292 nm,衍射环带位置误差最大为55 nm,高度误差最大为16 nm,粗糙度为5.6 nm。实验结果表明,该预测模型可以指导衍射光学元件高精度表面形貌的获取,有利于提高光学系统的成像质量,为高精度衍射光学元件的批量生产提供了技术支持,具有广泛的工程应用价值。     

小F数标准球波面透镜组的F′C重合误差分析

标准球波面透镜组是光干涉计量测试凸、凹球面面形质量的重要测量器具，它能产生PUV值优于λ／20（λ=0．6328μm)的标准球面波，透镜组中末球面为标准球面。其使用特点要求透镜组的焦点F′与末面球心C重合；如果存在重合误差，则用于球面面形检验时会引入测量系统误差。推导分析了F′C的允许重合误差与透镜组F数等参量的关系，运用ZEMAX光学设计软件模拟给出系列小F数标准球波面透镜组允许的F′C重合误差，并设计实验测试方案，得到反映标准球波面透镜组F′C重合误差的干涉图，它们的波像差均小于5A。由理论分析与实验测试结果可知．F数很小(如F／1．5，F／0．75)的标准球面透镜组．F′C重合误差小于0．03mm，甚至达到微米量级。     

星载P波段SAR电离层效应的双频校正方法

对于高分辨星载P波段SAR系统,电离层效应对P波段SAR会带来一系列较为严重误差,包括时间延迟、法拉第旋转和色散等,这些误差与电波频率和电离层TEC值关系密切,并使得图像质量下降。如何测量与校正电离层效应误差是星载P波段SAR面临的重要问题。根据SAR系统自身的宽带特点,借鉴GPS系统采用的电离层双频测量校正方法,提出了一种基于双频SAR距离像相关的延迟误差测量方法,计算机仿真结果表明,该方法有效提高了双频回波信号的电离层延迟误差测量精度,适于低频段星载SAR系统的电离层效应测量与校正应用。     

长焦透镜焦距及透射波前检测

提出了在球面光路中利用凹球面反射镜同时测量长焦透镜焦距和透射波前的干涉检测方法,分析了该检测方法的误差以及测量误差和调整误差对检测结果的影响,确定了在检测过程中所需控制的相对敏感自由度。结果表明,该检测方法可对F/#≥50的透镜进行检测,其焦距计算相对误差为0.2%,透射波前P-V值可达1/25λ。     

红外人体测温精度补偿方法研究

针对现有人体测温方案测量精度低,使用条件受限等问题,研究了基于红外热成像的无接触人体测温精度补偿方法。综合考虑测温器件,测温环境对测量精度的影响,为解决常规测量方法存在的红外相机输出值随时间发生漂移,红外相机存在周期性斩波信号,温度测量距离不断变化,温度输出值存在频域噪声等多种问题,提出了综合性的温度测量精度补偿方法,有效降低了温度测量的误差。实验表明,通过本文的精度补偿方法,在不同距离下的人体温度测量误差不超过±0.2℃,可以实现人体温度的精确测量。     

基于多体系统理论的光电望远镜误差建模分析

大型光电望远镜在空间目标探测和天文观测中发挥的作用越来越大,它的探测能力、指向精度是影响其发展的主要因素。首先分析了影响望远镜指向精度的各个误差,然后根据多体系统理论,构造望远镜拓扑结构,在此基础上建立其空间误差指向模型。根据得到的指向误差模型,分析研究了三轴误差对方位测角误差和俯仰测角误差的影响。区别于传统球谐方法,该误差指向模型更全面的综合了各项误差,对进一步的误差分配和误差补偿具有一定的指导意义。     

星间相对运动补偿算法

针对卫星间的相对运动误差问题,提出了一种即时准确对相对运动误差进行补偿校正的方法。对星间距离与钟差解耦原理进行研究分析,推导出由于卫星之间的相对运动造成的误差表达式,为消除相对运动误差提供了理论依据。通过仿真相对运动误差,利用星间多普勒测量值以及其中一颗卫星速度进行处理,可以得到比较理想的相对运动补偿结果。以全球卫星导航系统(GNSS)星座卫星为例,最后得到的钟差测量结果可以将由相对运动造成的钟差测量误差降低到0.001 ns以下,为以后星间高精确度测量与时间同步提供了可靠保证。