以三维激光跟踪测量机器人的性能

美商务部国家标准局的研究人员正在研制一种自动激光干涉仪跟踪系统，他们确信这种测量系统将能极大地提高机器人性能测量的精度。这种系统由激光干涉仪、伺服控制反射镜、装在机器人臂腕关节上的伺服控制跟踪反射镜及电子计算机组成。当机器人在其正常工作通道上运动时，该系统能连续测量目标反射镜的位置，包括测量机器人的三维尺寸友手腕的转动与俯仰。     

同步辐射光刻曝光均匀性测量

曝光均匀性是同步辐射光刻的一个重要参数,均匀性测量是一个重要课题。本文给出了光强均匀性的两种测量方法。其一是利用双光栅莫尔条纹信号进行在线实时测量。即将指示光栅固定于扩束用的扫描反射镜上,随扫描反射镜以大于25Hz的频     

高精度长焦距测量系统反射镜安装误差分析

大口径长焦距测量系统中,为了缩小测量系统的尺寸,加入两块反射镜形成折返光路。折返光路中两块反射镜的安装误差是影响测量结果的重要因素。将条纹理解成条纹成像面上的点光源阵列,通过这一思路分析了反射镜偏转角度对最终检测结果的影响。研究了反射镜偏转角度与反射镜单位法向量的计算公式,结合反射定律的矩阵形式,求出入射光矢量到出射光矢量的变换矩阵。基于反射镜的单位法向量、出射光的方向向量,利用解析几何得到理想接收屏上条纹所在直线的方程,求出接收屏上测得的条纹的角度。计算了两块反射镜小角度旋转的49种组合情况下,莫尔条纹角度的偏差结果。使用自准直仪分光路的方法调整反射镜,将反射镜安装误差控制在1以内,莫尔条纹角度的偏差在10-4数量级。通过实验验证莫尔条纹的测量精度实际达到0.005,充分说明了反射镜的调整效果。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

短脉冲激光信噪比测量的标定方法

为了实现脉冲信噪比(SNR)的高动态范围测量,确保测量结果的准确性,研究了信噪比测量标定方法.当光束入射到玻璃反射镜上时会在前后表面之间产生多次反射,这些反射光之间的强度依次递减.时间间隔是固定的.提出了信噪比测量系统的标定方法,计算了反射镜上的多次反射光的理论公式.实验结果表明,后表面上的相邻两次反射光之间的光程延迟都近似等于24 mm,而且相对强度的衰减量都在10-2数量级.通过分析脉冲序列,可判断该信噪比测量系统的动态范围在2.6×10-6左右.分析了材料吸收和群速度色散对信噪比测量系统的影响,确认这两个因素对信噪比测量的影响可以忽略.     

薄膜反射镜的静电成形

利用薄膜反射镜作为太空望远镜主镜是研究大口径、超轻型未来空间光学系统的最新方向之一。基于静电学原理，设计了口径Ф200 mm薄膜反射镜静电成形实验系统，该系统包括薄膜反射镜固定装置、电极板装置以及直流高压系统。采用ZYGO干涉仪和莫尔偏折术，分别对薄膜反射镜面形随直流电压的变化情况以及不同电压下薄膜反射镜的顶点曲率半径进行了观察和测量，并与理论值进行了比较和分析。实验结果表明，该系统可有效改变薄膜反射镜的面形。目前，在700 V电压下，薄膜反射镜的顶点曲率半径达17.7 m。     

一种新的360°三维测量系统及标定技术

针对现有的360°三维测量系统结构复杂、标定要求高、测量时间长等问题,提出了一种结构简单、测量速度快的单传感器360°三维测量系统和一种操作方便、精度较高的标定方法。该系统由条纹投影系统、摄像机、两个前表面反射镜组成。测量时,物体点云数据由三部分组成,前表面通过摄像机获取,对应于所拍图片的中间区域,左右两面分别由左右两块前表面反射的平面镜获取,分别对应图片的左右两区域。先对不含反射镜的系统进行标定,然后加入两套反射镜,利用透过式投影屏完成对左右两套系统的二次标定,获得全局坐标系下的物体三维数据。实验表明,该系统搭建成本较低,标定精度较高,重建速度快,适合现场标定。     

奇异值方法在大口径反射镜面形分析中的应用

为了更好地分析大口径反射镜的面形,引入奇异值方法来分析系统的重力印透造成的大尺度起伏以及由磨削加工、测量噪声等因素造成的中高频误差。首先对奇异值分解的基本方法以及在反射镜表面评价中的具体应用方法进行了研究;之后利用数值仿真,验证了奇异值分解应用在反射镜表面分析中的可行性;最后,将提出的方法应用在实际的反射镜镜面评价之中,得到系统去除高频误差后的结果。所提出的方法对于低信噪比的大口径反射系统面形评价有较好的指导作用。     

基于4Q-PSD的高分辨率横向位移探测方法研究

在分析四象限位置敏感器件(4Q-PSD)结构及特点的基础上,利用该器件作为核心探测器,设计了一种光电探测系统,对高分辨率横向位移的探测进行了研究。系统主要包括LED光发射、光接收、信号处理和显示等部分。LED发射的光束经聚焦透镜汇聚后射向反射镜,反射光聚焦到一个4Q-PSD上,经线性化的信号处理电路处理后,可实现高分辨率横向位移的测量。实验证明:横向位移测量稳定性与精度与测量距离无关,系统的误差主要来自反射镜反射的非均匀性。     

光纤和曲面反射镜组合的光学应变仪

东京农工大学研制出光纤和曲面反射镜组合的光学应变仪. 光学应变仪与普通电阻应变仪相比,具有很强的抗磁、电波和化合物质干扰的能力,并具有将光纤直径和反射镜曲率最佳化容易制成应变仪的特点. 在光纤上入射激光束,从光纤端面射出的激光束扩束后入射至曲面反射镜上,激光束以与反射镜曲率相应的反射角反射,再入射到光纤端面.这时的入射光强随光纤端面和反射镜距离的不同而发生线性变化,在测量部分显示出应变.如果光纤端面和反射镜距离发生微小变化,反射镜反射回来的入射光强则发生较大变化,用光电二极管检测其强度就可以测量出应变. (以上由车会生供稿)     

基于模拟退火的软X射线多层膜反射镜设计

基于模拟退火(SA)算法,对软x射线短波段中的几个波长的多层膜反射镜进行了优化设计,获得了它们的光学参数,包括多层膜反射镜的最佳周期厚度、最佳厚度比和峰值反射率,进而制作多层膜反射镜并在北京同步辐射装置上进行了反射率的实际测量。测量结果表明,该反射镜具有实用的反射率。这表明,SA方法适用于软x射线短波段多层膜反射镜的优化设计。     

扫描激光位置和姿态测量算法及实验研究

对空间飞行器交会对接过程中的扫描激光测量算法进行了系统的分析和研究,提出了一种利用四反射镜测量飞行器位置和姿态的算法。建立了一套原理性的扫描激光测量实验系统,通过测量反射镜返回光信号的时间差、模拟计算出飞行器之间的距离和方位角,实验结果与理论计算结果相符。     

激光照射系统远距离动态指示精度的测量方法

为了满足实际工程应用对激光照射系统动态指示精度的高精度测量需求,提出一种无参考距离的双透视校正激光远场动态指示精度测量方法。采用同轴异源的设计方法,用可见光和近红外相机分别对靶板和光斑进行成像,通过室内标定获得双成像系统的配准矩阵,在外场测试中根据靶板合作目标获得可见光图像透视校正矩阵,结合两个矩阵推导出双透视校正矩阵,实现激光动态指示精度的测量。室内标定和室外动态指示精度测量实验的结果表明:双成像系统的图像配准标准误差为0.94 mm,动态指示精度的平均误差为2.45 mm,标准差为9.90 mm,可见所提系统可用于激光照射系统指示性能的室外考评。     

采用T分支元件的毫米波反射系数之测量

在毫米波段,电路与元件的损耗比在微波波段大,测量电路复杂化,从损耗增大这一点来说,它不是所希望的。另外,毫米波电路元件价格太昂贵,从经济方面来看,也是一个问题。为了采用尽可能简单的测量电路,在宽频带以较短的时间测量毫米波束电路的反射系数,本文提出了一种测量方法。这就是在无调整的T分支元件连接振荡源、检测器组成的简单电路中,采用可动短路器事先测量该系统的常数,接着用数个标准线路等效地使负载反射系数的相位变化,根据检测器的指示值计算反射系数。34.OGHz的实验结果表明了这种方法的有效性。对反射系数的振幅为0.3来说,误差评价的结果为2.7％,但要更正确地决定短路器的长度,还有待于达到更高的测量精度。     

以激光三角测量监视地震

美国国家航空和宇宙航行局将在今年夏季试验地震预报系统,该系统以对沿加利福尼亚州有名的桑·安德烈亚斯断层移动的测量为基础。据报道,地面激光器将利用卫星上的反射镜,以建立长基线三角测量系统。     

制造光激射器反射镜的新技术

反射镜工艺方面的进展,使得贝尔实验室已经制出了具有椟近100%反射率的反射镜。这个技术包括一个有效地消除光从反射镜表面散射的方法,即在一个反射镜的坯上镀以多层光学透明的介质层。反射率几近于100%,以致损失部份还不能测量。     

基于半角机构的反射镜光电平台测角研究

偏仰两轴反射镜光电平台通过控制光路中反射镜的转动实现视线的角位置跟踪。实时测量视线和视轴的角误差是完成角位置跟踪的前提。传统的光电稳定平台将探测成像系统安装在稳定平台上,所以目标像在图像平面中的脱靶量等于视线角误差。反射镜光电平台采用探测成像系统和平台分离的结构形式且光路发生折转,使得目标脱靶量不再等于视线角误差。基于光学反射定律和等距坐标变换,对反射镜光电平台的视线角误差计算进行了研究,得到目标脱靶量和视线角误差的映射关系,并且可以将其近似为关于外框架角的旋转变换。通过数值仿真和样机实验验证了分析结果的正确性。     

全息光栅法测凹面反射镜焦距

本文报道了一种利用全息光栅测量凹面反射镜焦距和球面反射镜曲率半径的新方法.这种方法测量精度高,不仅适合于球面反射镜,而旦特别适合于各类非球面反射镜焦距的非接触测量。     

三层多晶硅结构的挠曲式静电驱动MEMS微反射镜

将悬臂梁结构与平行平板型结构相结合,研发了一种挠曲式静电驱动微电子机械系统(MEMS)微反射镜。为了实现大扭转角度、小驱动电压的设计目标,通过仿真实验进行对比分析,确定了微反射镜的相关尺寸。采用低压化学气相沉积、光刻、反应离子刻蚀和溅射等工艺,成功制备出了一种具有三层多晶硅结构的微反射镜。在制备过程中得出氢氟酸去除牺牲层(磷硅玻璃)释放出微反射镜结构的最佳刻蚀时间为45 s。制作了开关频率为200 kHz的MOSFET高速驱动电路,电路中的栅极驱动电阻(R_G)是影响输出的关键因素。实验结果表明,当R_G额定功率为300 W、电阻为47Ω时,微反射镜能够达到足够启动速度,实现高速开关的设计目标。最后,设计并搭建了微反射镜的测试系统,施加60 V的驱动电压进行测试,通过显微镜观察到微反射镜的明显动作变化以及屏幕上光斑的位移变化,表明制备的微反射镜可正常驱动。     

基于多准直光的六自由度测量方法

提出了一种利用三个CCD探测三路准直光束位置以实现被测物六自由度测量的方法.测量系统包括两部分:一个反射镜和通过连接杆连接的两个CCD为移动部分,固接在被测物上;固定部分的光源、光开关和三个光学准直器产生三路准直光束.其中两路分别投射到两个CCD上,第三路经移动部分的反射镜反射回并由第三个CCD探测.被测物发生六自由度变化时,移动部分同步变化,三个CCD探测的光斑位置也随之变化,通过特定算法可解算出被测物六自由度运动.构建了一个可以表征六自由度测量特性的四自由度测量系统.测量结果表明:在相应测量范围内,与双频激光干涉仪或光电自准直仪测量值相比,系统偏摆角最大差值为1.27,滚转角最大偏差为1.03,两个平动位移最大偏差均小于1 m.