60°二维扫描镜轴系误差测量方法研究

绕固定Q轴和动短轴Z轴摆动的60°二维扫描镜,在相同的扫描视场内,比45°镜摆动角度小、像旋也小。但是其特殊的结构也使得它的轴系误差分析比45°镜复杂,采用传统的测量方式无法满足测量的需要。通过对国外相关测量技术的调研,结合60°二维扫描镜自身的特点,提出了一种新的测量方式,并给出了这种测量方式的理论模型,实验证明这种测量方式能够较好地适用于分析60°二维扫描镜轴系误差的情况。     

激光360°扫描镜体的动平衡设计

一、前言 激光360°扫描原理如图1。其中几何体称椭圆平面反射镜,其法线与转轴中心线Z成45°,激光束沿Z轴入射,反射激光束始终与转轴垂直,便形成了激光360°扫描。例     

大幅宽长波红外变帧频变焦成像

为了验证变焦扫描大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变的矫正效果,并降低扫描镜控制难度。首先分析了变焦成像时扫描镜扫描速度与扫描视场角间非线性变化关系;针对扫描镜变速扫描稳定性低且控制难度大的问题,在结合探测器变帧频分析与实现的基础上,提出采用扫描镜匀角速度扫描结合探测器变帧频变焦成像方法。推导了扫描镜匀角速度扫描时,光学系统焦距、相机实时帧频与扫描成像视场角的关系式。最后基于课题组已有的可连续变焦长波红外光学系统,搭建了一套基于扫描镜扫描成像的大幅宽长波红外变焦实验系统,并利用该系统进行了成像验证。成像结果表明,采用变帧频结合变焦成像方法,可有效抑制大幅宽成像时扫描方向边缘视场图像畸变问题。变帧频成像方法降低了变焦扫描时扫描镜扫描复杂度,证明了变焦扫描方法具备图像畸变矫正能力。     

热成像光学扫描系统设计参数的研究

本文按多面镜鼓的扫描运动原理,推导了多面镜鼓的外接圆半径,接收物镜的通光口径,接收物镜的光轴与镜鼓旋转中心的相对位置,以及镜鼓上每个镜面的有效扫描角关系间的几个方程式。用图形明确而直观地表示了这种关系。并按平面镜的成像原理,推导了物平面上探测器像的扫描轨迹方程式。     

大尺寸垂直梳齿驱动MOEMS扫描镜

提出了一种采用垂直梳齿驱动器驱动的大尺寸、大扭转角度、低驱动电压微光机电系统（MOEMS）扫描镜。理论分析了垂直梳齿驱动器的工作原理,研究了垂直梳齿的制作工艺,采用体硅加工工艺结合硅-硅键合工艺制作了垂直梳齿驱动的MOEMS扫描镜。制作的扫描镜镜面尺寸为3 mm×2 mm,谐振频率为1.32 kHz。测试表明,该扫描镜镜面具有很好的光学表面,其表面粗糙度的均方根只有8.64 nm;扫描镜在驱动电压为95 V时可以实现最大2.4°的扭转角度;测得其开启时的响应时间为1.887 ms,关断时的响应时间为4.418 ms。     

基于冗余关节机器人的插接管道焊缝扫查系统设计

针对相贯线焊缝难以检测的问题,提出了一种新型的管道插接相贯线焊缝扫查机器人系统,通过管道夹紧装置使得机器人可附着于支管上作360°圆周运动,特别是通过冗余关节的设计实现了机器人末端探测器要求的空间相贯线扫查轨迹.该系统可实现两种管道扫查方式:一种是沿不同的扫查半径做360°周向扫查;另一种方式是沿径向呈"Z"字形进行扫查.可实现支管直径为100～400mm,被扫管道直径为600～1000mm范围内的相贯线焊缝扫查.系统设计分析和控制运行结果表明:扫查的周向步进精度≤0.2mm/m,径向步进精度≤0.5mm/m,轴向步进精度≤1mm/mm.     

基于多种群遗传算法的全景成像系统非球面设计

提出了一种基于多种群遗传算法的折反射全景成像系统复杂非球面的设计方法。结合广义科丁顿公式及几何光学原理,推导出非球面两镜系统像散表达式。在此基础上,利用多种群遗传算法以像散作为非球面两镜系统像差评价参数,求解出满足消像散及指定透视投影关系的非球面面形方程。给出多种群遗传算法求解非球面面形的实现过程。并用遗传算法最小二乘混合优化算法得到了便于实现光线追迹和像差计算的非球面多项式。研制了一个焦距为-1.2mm,F数为2 ,视场为35°～90°的折反射全景成像系统,给出了实验图像,获得了较好的成像质量。     

推扫型TDI CCD光学遥感器动态成像研究

针对基于推扫技术的TDI CCD空间光学遥感器动态成像试验,研制了一套检测系统。在系统中,设计了模拟卫星推扫的双支承U型结构精密转台。搭载遥感器,以角速度0.555°/s在±5°的范围内转动时,转台稳速控制精度达到0.3%。设计了一种奈奎斯特频率靶标,在每组矩形垂直靶条间加入公差为a/n的等差级数间隔靶条,解决了遥感器推扫时CCD像元与垂直靶条像匹配不确定性问题,使配准简化,提高了测量结果的准确性。试验结果表明:遥感器获得了垂 直、水平及45°方向的0视场,±0.86视场奈奎斯特频率靶条像,验证了采用推扫技术的TDI CCD遥感器所具有的高品质。     

5-DOF ATOS扫描平台的造型设计

为提高扫描的效率、简化扫描数据的处理及扩大扫描仪的扫描范围,根据ATOS三维扫描仪的扫描工作原理,以在自制简易扫描平台实验装置上所做的扫描实验结果为基础,规划了一种适合于ATOS扫描仪扫描的5自由度扫描平台的设计方案,并对基于该方案的扫描平台进行了详细的造型设计。设计完成的扫描平台上的基准盘可以沿X、Y、Z轴平移、绕Y轴±75°摆动和绕Z轴360°旋转,在ATOS扫描仪镜头不移动的情况下,实现被扫描物体在任意姿态下的扫描。     

复合扫描计算机分层成像研究

针对薄板类工件成像,计算机分层成像(CL)技术因无损、直观而应用广泛。 CL 成像方法主要分为直线扫描和圆周扫 描, 直线扫描效率高, 圆周扫描数据均匀性好。 然而, 由于两者的投影数据均不完备, 均存在分层图像混叠及图像边缘不清 晰的问题。 基于此,提出了一种复合扫描 CL(HyCL)成像方法, 由直线扫描和圆周扫描组成。 建立了几何模型, 采用同时迭代 重建图像(SIRT)算法进行了仿真及成像实验, 分析了成像效果及层间混叠表现。 实验结果表明, 相比于相对平行直线移动扫 描 CL(PTCL)、正交直线移动扫描 CL(OTCL)及圆周扫描 CL(RCL), HyCL 的重建结果能够有效减少混叠伪影, 图像特征轮廓 信息能够保留得较为清晰且均匀, 对比度更好。     

用于稳定和单轴扫描的快速控制反射镜结构与性能

快速控制反射镜(FSM)是采用反射面在光源和接收器之间控制光束的一种装置.在目标探测和跟踪应用中要求迅速扫描和转动光束以保持视线(LOS)稳定,这些任务要求装置具有精密扫描和高水平干扰抑制能力.贝尔通信系统分部(BCSD)已研制,实验和交付了用于机载战术场合的无反作用快速控制反射镜,此装置在8°范围内以15Hz的三角形扫描轨迹控制、扫描和稳定两英寸光束;反射镜绝对位置为±40μrad,扫描时对90%三角波的绝对位置在34μrad之间.     

高分辨力光学微扫描显微热成像系统设计与实现

为提高已研制的基于非制冷焦平面探测器的显微热成像系统的空间分辨力,研究提出了一种基于光学平板旋转微扫描器的高分辨力显微热成像系统.分析了光学平板旋转微扫描的工作原理,给出了微扫描器相关的参数设计、加工容差,并与现有的非制冷显微热成像系统实现了一体化设计与加工,确定了光学微扫描显微热成像系统的技术指标.利用该系统实际采集的显微热图像与过采样处理结果表明系统整体设计的有效性,系统空间分辨力得到提高,可应用于高分辨力显微热分析.＃     

锥摆扫一体化空间相机成像模式设计

针对高分辨相机难以实现超宽覆盖的问题,本文设计了锥摆扫一体化成像模式.通过对锥摆扫一体化成像原理进行分析,建立了锥摆扫一体化成像模型;然后,设计了最佳地面轨迹模型,并分析了轨道速度、平台旋转角速度和摆扫转动角速度的关系,并基于地面轨迹给出了曝光时间、帧频的计算方案.最后,通过MATLAB进行算例仿真,并对地面覆盖宽度和...     

用光腔衰荡法测量高反射率的实验研究

根据光腔衰荡光谱技术开展了测量镜片高反射率的研究,建立了测量实验装置。理论上给出了反射率测量的计算方法,在实验中测定了一对反射率相等的高反射腔镜的反射率,以及一块45°反射镜样品的反射率,并分析了影响光腔衰荡曲线的参数。     

软X射线—真空紫外反射率计

软X射线-真空紫外反射率计系统由光源、单色仪、反射率计、电子学及微机控制系统等几部分组成。可完成各种光学镜面、光栅、成像系统等的性能评价工作,反射率计真空室直径φ800mm,长1200mm,工作波段25～100nm,更换光源和探测器可扩展到1～250nm,角分辨率0.03°,扫描范围0～90°。     

扫描电化学池显微镜阿基米德螺旋快速扫描方法的研究

针对现有扫描电化学池显微镜(scanning electrochemical cell microscopy, SECCM)的扫描方法在扫描成像快速性上的不足,提出一种基于阿基米德螺旋线的新型SECCM快速扫描方法。传统跳跃扫描模式的跳跃高度是在没有先验知识的情况下靠人工经验设定的,为了避免碰撞其取值往往偏大,因此设置的扫描行程越长,消耗时间越久,速度慢、效率低。利用螺旋线轨迹预扫描快速获得待测平面的最高点,进而有效地降低了传统跳跃模式的跳跃行程,大幅提高了SECCM的扫描成像速度。此外,以螺旋线轨迹高速运动来检测最高点时,轨迹具有无冲击、因此样本运动过程无偏移,该扫描方法具有成像稳定性高的优点。通过带状金属表面成像实验表明,相对于传统跳跃扫描模式,阿基米德螺旋扫描方法在保证成像质量的同时扫描速度提高了约110%。可见提出的方法对提升SECCM扫描速度和成像质量有着重要的意义。     

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。     

大口径拼接式合成孔径光学系统设计

在三反消像散系统基础上,介绍了一种大视场长焦子孔径合成光学成像系统的设计方法。在对子出瞳波前利用菲涅尔衍射直接积分叠加的基础上进行像质评估,以实现对拼接镜面的全面仿真和分析;用非序列面误差分析和分配的结果修改初始结构;通过高次曲面平衡象差,并在结构优化时使用较小F数的系统,增加结构对子镜的失调的误差冗余度,迭代完成系统的最终设计。设计了一个同轴三反子孔径合成光学成像系统,焦距44m,f/8,7子镜拼接,视场角达0.6°×0.06°,通过不断迭代,获得了较好的结构和成像质量。     

曲轴激光淬火处理方法的研究

本文从曲轴实际受力分析出发,提出了曲轴轴颈及过渡圆角处采用激光淬火表面处理的两种方法,并讨论了各自的优缺点.实验与分析证明采用轴颈周向螺旋扫描,过渡圆角处激光束与轴心线成45°角的部分圆角的激光扫描处理方法,更能获得较为均匀的硬化层和残余应力,从而达到了提高曲轴抗磨损,抗疲劳的综合机械性能.     

微电路热阻45°计算法

微电路的热扩散是一个很复杂的过程。内热阻的计算基本上有三种方法:一维导热法、解析法和45°扩散法。45°扩散法认为热流是以45°的扩散角从热源向导热体扩散开来的。因计算结果和实测值颇为接近,所以常为人们采用。本文结合具体厚膜组件,详细地介绍了热阻的计算公式、平均热流通路概念,以及热流通路互相覆盖时热阻的计算和梁引线的热分析。