大视场并列型仿生复眼光学系统

为了实现大视场微型仿生复眼系统的增材制造,对仿生复眼的成像原理、微透镜阵列与中继系统的设计以及复眼系统的机械结构进行了研究。根据仿生复眼的光学原理设计出单个微透镜,并完成微透镜阵列。通过设计中继系统,使曲面阵列所成的曲面像转换成平面像,从而被平面探测所接收。将微透镜阵列与中继系统组合并对其进行优化。为了满足复眼系统3D增材制造工艺,对其机械结构进行设计。整个复眼系由3481个紧密拼接的正六边形微透镜组成,每个微透镜的视场为4°,通光口径为110μm,整个复眼的视场为123.7°。在120 lp/mm处,复眼各视场的MTF值均大于0.3,各视场点列图的RMS半径均小于艾里斑半径。该系统成像质量良好,公差分析结果表明其像质满足成像要求,满足增材制备工艺需求。     

基于视场分割的仿生复眼系统设计方法

针对传统大视场成像设备难以兼顾高分辨率和实时性的问题,通过模仿昆虫曲面多目复眼结构,提出一种基于多相机阵列的球面复眼设备设计方法.该方法利用相机原始矩形视场对预定视场进行分割,根据矩形视场存在水平、垂直 ２ 个视场角的特点,通过对球壳纬度层和经度层 ２ 个方向的分割,在无缝分割的前提下,最大限度地降低相邻相机间的重叠区域,提高相机的利用效率,降低系统复杂度.基于该设计方法,采用水平视场角、垂直视场角及分辨率为 ２００ 万的 ７ 个完全相同的相机制作了一款 ２ 层的仿生复眼,并利用该设备实现了视角为 ７９．５° ,分辨率为 １２００ 万的全景成像,证明了该设计方法的有效性.     

仿复眼视觉系统的研究进展

复眼是昆虫重要的光感受器,由成千上万的小眼构成,具有大视野的动目标快速检测能力。仿复眼的多孔径系统在机器人视觉导航、大视角测量和全景成像等领域应用广泛。首先介绍了复眼的生物机理、成像特性及现有的大视场成像系统;其次介绍了微透镜阵列的仿复眼光学设计现状,分析了微透镜阵列的大视角与多景深的全景成像质量,指出目前曲面微透镜一体化制造存在的成像缺陷;最后提出结合曲面与平面微透镜阵列实现大视角、多景深分辨率的仿复眼系统的可行性。该成像系统不仅可以实现全景范围内的清晰成像,而且还具有全景范围内的目标位置估计能力。     

曲面复眼成像系统的研究

研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9 mm×0.9 mm×0.5 mm和0.9 mm×0.9 mm×0.75 mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。     

基于超精密复眼加工的光场成像研究

复眼透镜是光场成像系统中的关键光学元件。提出一种针对复眼透镜的新型设计加工方法:该设计方法可根据不同的相机参数,优化复眼透镜的设计参数,提高成像质量;该加工方法主要包含超精密车削加工和模压注塑两道工艺,并对车削加工工艺进行了改良。在光场相机的基础上,对光场成像中合成孔径以及数字重聚焦等关键问题进行了深入探讨。试验结果表明,设计加工的复眼透镜阵列具有较高的精度和较好的一致性,可有效实现光场成像的核心功能。     

基于视场拼接方法的仿生复眼光学系统设计

为解决传统单孔径光学系统存在的大视场与高分辨率之间的矛盾,利用复眼大视场、高分辨率的特点,将大孔径仿生复眼成像技术应用于目标定位系统,并克服了子眼孔径小、视距短的缺陷。首先,通过系统地研究相邻子系统视场间的关系,分析了子系统视场分布形式与总视场角的关系。然后,依据入射窗与出射窗的物象共轭关系,提出了子眼视场拼接的几何模型,并推导了子眼视场拼接与子眼系统参数之间的数学关系。最后,利用该方法设计的31组元仿生复眼成像系统全视场可达53.9°,系统最高角分辨率为0.006°,最低角分辨率为0.017°。13组元样机的仿真与实验结果表明:图像采集与视场重合结果与仿真数据一致,验证了该视场拼接方法理论及31组元仿生复眼成像系统设计的正确性。对视场拼接方法的研究解决了大孔径仿生复眼光学系统中子眼视场分配与布局的问题,为大孔径仿生复眼中子眼系统的设计与结构布局提供了理论依据。     

先进光学制造技术最新进展

在激光核聚变、大型天文望远镜等国家大光学工程及各种光机电产品的驱动下,高面形精度、高表面质量、多结构型式光学组件的需求量日益增加,因此,先进光学制造技术显得尤为重要.主要综述了近十年来光学超精密加工技术的发展情况,主要包括超精密车削、磨削和抛光技术.根据光学组件的材料特性、结构特征和加工要求等,阐述了超精密加工技术的具体研究进展,包括传统技术的迭代更新与新型技术的研制开发,并针对典型应用进行举例.最后,展望了超精密光学加工技术的发展趋势.希望能为光学制造领域后续深入研究提供参考.     

高性能光学制造

聚变点火、同步辐射、光刻机、深空探测、侦察预警等高端装备要实现一系列前所未有的极端性能,并朝着多样化和复杂化的方向发展。强光元件、同步辐射反射镜、掩膜版和光刻物镜、深空探测X射线反射镜等关键光学元件是这些系统实现聚焦、极高能量输出、极高峰值功率、极端尺寸光束聚焦和纳米尺度精确图案转印等极端性能的关键。要实现这些高端装备的极端性能,对核心关键元件的光学制造提出了高精度、低损伤、低应力、洁净制造和功构一体等要求,要求实现的是多物理参数约束下的高性能。元件的性能不仅由设计约束,更受到制造水平的制约,传统的以提升精度为目标的光学制造方法面临挑战,亟待实现从高精度制造到高性能制造的跃升。高性能光学制造是指面向极端性能高端制造装备发展对材料/结构特殊、高功率/高能辐照、低缺陷和洁净制造等关键光学元件的制造需求,以服役性能精准调控为目标,通过高性能光学制造装备、工具、检测和工艺等方面的技术创新,制造特殊材料/结构或者极高功能的元件,可作业于极端性能服役环境的制造。将近年来国内外围绕光学元件和超精密零件高性能光学制造的工作进行初步凝练,总结高性能光学制造典型元件的特点、光学制造要求和光学制造技术,尝试...     

基于人造复眼的多谱成像系统

针对采用滤光片转轮配合普通相机实现光谱分离与成像的多谱成像系统体积大,结构复杂,操作不便等问题,本文基于微机电系统技术提出了一种新的多谱成像系统的设计方案和加工方法。该方法将人造复眼结构和多通道彩色滤光片集成在同一块基片上来实现多谱成像结构。该结构具有多个光通道,分别对应红、绿、蓝、近红外4个波段,每个通道能独立获取对应波段的图像信息。以这种复眼结构作为镜头搭建了多谱成像系统并进行了成像实验,获取了多组对比图像。得到的图像说明该结构能够实现预期的色彩分离和多通道成像。由于这种复眼结构高度集成且具有可见光及近红外多波段图像并行捕捉能力,因此在多谱成像领域很有应用前景。     

折射微透镜及其阵列加工技术

介绍折射微透镜及其阵列的几种最新加工技术。     

光学非球面复合加工机床的设计与精度分析

介绍了集铣磨成形、研磨、抛光于一体的大中型非球面光学加工机床(AOCMT)，分析了其设计方法、结构特点和主要技术参数；通过X、Y、Z、A、C五轴数控联动，AOCMT能加工出任意复杂的光学表面，且始终保持刀具轴线位于加工点的法线方向，以消除非对称误差的影响；研究了各运动轴定位误差对铣磨精度的影响，通过采取必要的工艺措施，AOCMT的铣磨精度能稳定地优于8μm；分析了AOCMT的后置处理算法，通过坐标平移和旋转，得到了三、四、五轴数控加工的通用坐标变换公式。     

Design,fabrication and testing of a compact large-field-of-view infrared compound eye imaging system by precision glass molding

Bionic artificial compound eyes inspire a promising field of miniaturized imaging systems. In this research, a novel infrared (IR) three-dimensional (3D) compound eye imaging system, consisting of a double-side molded 3D microlens array and an aperture array, was designed and fabricated by combining modulated slow-tool-servo diamond turning and precision glass molding. To facilitate the complex profiles on the mold inserts, two novel slow-tool-servo strategies were adopted, namely virtual-axis based diamond broaching and adaptive diamond turning. This microlens array consists of 3 × 3 channels for a field of view of 48° × 48° with a thickness of 1.8 mm. The freeform microlens array on a flat surface was employed to steer and focus the incident light from all three dimensions to a two-dimension (2D) infrared imager. Using raytracing, the profiles of the freeform microlenses of each channel were optimized to obtain the best imaging performance. To avoid crosstalk among adjacent channels, a 3D printed three-dimensional micro aperture array was mounted between the microlens array and the IR imager. The imaging tests of the infrared compound-eye imaging system using the molded chalcogenide glass lenses showed that the asymmetrical freeform lenslets were capable of steering and forming images within the designed field of view. Compared to a conventional infrared camera, this novel microlens array can achieve a considerably larger field-of-view while maintaining low manufacturing cost without sacrificing image quality.     

新型链条并车传动装置的设计研究

针对现有的链条并车驱动钻机,驱动泥浆泵时,转速调节范围窄,不能满足不同井深时,对泥浆排量的需求,更换缸套耗用时间长,效率低等问题,设计研制了新型链条并车多档控制传动装置。该装置采用链条传动,将4台柴油机动力机组通过摘挂离合器和换挡拨叉,驱动泥浆泵工作,控制输出不同排量的泥浆,同时,为了提高柴油机的功率利用率,适时开启节能发电机,合理分配功率。通过链条并车箱内部的换挡机构实现了不同排量泥浆的连续输出,节省了更换泥浆泵缸套的时间,结构简单紧凑,具有很好的适应性。     

金属基复合透明导电多层膜的研究进展

简要分析了金属基复合透明导电多层膜的发展及应用现状，对其原理、结构设计、稳定性等方面的研究概况及其存在的问题进行了讨论。阐述了金属基复合透明导电多层膜的发展趋势。     

VERICUT 仿真技术在转向架制造领域的应用及二次开发

随着制造技术的不断提高,产品更新换代的周期越来越短,数控机床满足了越来越复杂的产品加工需求,随之而来的问题是如何保证数控机床试切的安全性,缩短产品的试制周期和试验费用,降低制造过程中的废品率,减少制造的工时成本,最大限度地提高数控设备的使用率。基于企业的上述需要,虚拟仿真加工技术成为数控加工前一个必不可少的重要环节。从长客股份公司转向架生产中典型大部件数控加工中存在的问题入手,结合VERICUT计算机辅助仿真技术,指出了在高速加工中进行加工虚拟仿真的必要性,并描述了VERICUT仿真软件在转向架制造领域的应用情况及效果。     

基于形状记忆合金弹簧阵列的人工肌肉设计与研究

针对形状记忆合金（SMA）丝、SMA弹簧驱动力和输出位移小的缺陷,提出了基于SMA弹簧阵列的人工肌肉设计方法。利用仿生学原理,设计了SMA弹簧阵列的空间串并联结构,推导了人工肌肉驱动力计算公式,对其输出模拟量用组合学方法进行了分析。利用UG和ADAMS建立了人工肌肉的多体动力学模型,同时,在Simulink上建立了人工肌肉的激活控制模型,在这些基础上,模拟仿生手臂弯曲伸展运动的工作过程,分析该人工肌肉的驱动和控制特性。仿真结果表明,SMA弹簧阵列结构能显著增大SMA驱动器输出位移和驱动力,并简化模拟量输出的控制。     

基于DSP和FPGA提高增量式光电编码器精度的研究

研究一种基于数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）增量式光电编码器精度提高的方法。首先分别对低精度（500puls/r）和高精度（2 500puls/r）的增量式光电编码器的原始输出信号进行滤波和电平转换处理,然后将低精度光电编码器和DSP输出的采样脉冲信号输入到FP-GA中,通过数字时间转换（TDC）方法测出2个脉冲信号之间的时间差值（误差为0.67ns）,将时间差值利用数据总线实时送入到DSP中进行算法处理,得出采样处的位置,并与输入到DSP中的高精度光电编码器位置进行比较,分析表明精度提高了5倍。