莫尔条纹测量扭转变形角的方案研究

提出了一种基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量扭转角的高精度光学测角方法.为了验证莫尔条纹测量设备间扭转变形精度的有效性,进行了方案设计及实验分析.采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行了方案设计测量实验,并通过实验比较了不同的设计方案.选择的实验方案首先使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定,然后采用滤波细化等图像处理方法得到采集到的莫尔条纹的宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量.实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7'的视场内旋转时.该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度为1 615～1 712μm时,扭转角的测量精度为4.3"(3σ).该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础.     

基于莫尔条纹测量扭转变形角的方案研究

为了精确检测大型光电测量设备之间的三维变形,提出了基于双光栅干涉产生莫尔条纹测量的一种高精度光学测角方法。采用平行光管模拟设备,通过微调机械结构调节平行光管的扭转角来模拟三维物体的扭转变形,在独立的地基平台上进行测量实验。通过实验比较不同的设计方案,采用使CCD靶面在平行光管内像面处安装固定的实验方案;并采用滤波细化等图像处理方法对采集的莫尔条纹进行处理得到条纹宽度,进而根据条纹宽度变化通过数学模型计算出扭转变形量。实验结果表明,当微调机构使平行光管在±7'的视场范围内旋转时,该方案可以得到较为清晰的莫尔条纹图像,经过算法处理后,当莫尔条纹宽度在1615~1712 范围内时,扭转角的测量精度为4.3"(3 )。该方法满足了设备间扭转角高精度测量的要求,为提高光电测量设备的测量精度奠定了基础。     

基于莫尔条纹法的船体扭转角测量技术研究

提出用双光栅产生的莫尔条纹测量船体扭转角,对此方法进行实验验证.船体用焦距为550 mm的平行光管模拟,设计微调旋转机构使平行光管产生小角度转动,模拟船体扭转角的产生;两光栅分别安置于两平行光管焦面上,光管相对扭转引起莫尔条纹变化,根据测量原理通过图像的变化求得船体扭转角测量值.给出实验设备布置方案、实验操作原理、实验数据处理的基本思想,及提高数据处理精度的关键问题.对不同的条纹初始宽度做了对比实验,处理结果表明当莫尔条纹越细时.测量精度越低;当莫尔条纹越宽时,测量精度越高,本实验允许的条件下,扭转角最高测量精度达到1.2".     

用于畸变标定的大视场平行光管的研制

在光学系统畸变标定中,大视场小畸变的平行光管是必要的高精度目标模拟设备。研制的新型平行光管采用一体式硬铝合金结构、四片式光学系统、LED阵列和匀光板形成的大面积均匀光源、精密分布星点板等,实现了焦距为601.2mm,视场角18.2°,全视场内物镜分辨力为5",畸变小于0.1%,满足了某型星敏感器的光学系统畸变标定需要。     

微光夜视系统试验中微光应力源的模拟

针对微光夜视系统可靠性试验的需要,在实验室准确模拟微光夜视系统在自然条件下所受的光应力具有重大意义。野外自然微光主要由月光、星光、大气辉光及杂散光经多次漫反射而成,所以在不同的环境条件下形成的自然微光不同。为模拟出不同的微光应力源,在试验过程中需要改变平行光管出瞳处的光照度,并使其对微光夜视系统的作用与自然微光对微光夜视系统的作用相当。在实验室条件下,当平行光管的视场大于微光夜视系统的视场时,通过改变光源光照度的办法即可改变平行光管出瞳处的光照度,从而实现自然微光应力源的精确模拟,并通过实验验证了该方法的可行性。     

微光夜视系统试验中微光应力源的模拟（英文）

针对微光夜视系统可靠性试验的需要,在实验室准确模拟微光夜视系统在自然条件下所受的光应力具有重大意义。野外自然微光主要由月光、星光、大气辉光及杂散光经多次漫反射而成,所以在不同的环境条件下形成的自然微光不同。为模拟出不同的微光应力源,在试验过程中需要改变平行光管出瞳处的光照度,并使其对微光夜视系统的作用与自然微光对微光夜视系统的作用相当。在实验室条件下,当平行光管的视场大于微光夜视系统的视场时,通过改变光源光照度的办法即可改变平行光管出瞳处的光照度,从而实现自然微光应力源的精确模拟,并通过实验验证了该方法的可行性。     

大视场平行光管光学系统的研制

一般的平行光管,其视场角大多在±1°左右,而检测战斗机仪表的平行光管,其视场角要求达到±15°,为此必须对光学系统做特殊的设计。通过理论计算和Zemax光学设计软件的优化,给出了通光口径为Φ100mm、视场角为±15°的四分离式光学系统的实例,并介绍了物镜组制造时的材料检测、物镜组的加工、装配组合等相关技术措施。     

大口径长焦距平行光管主反射镜支撑与调整机构的研究

检验大口径长焦距光学系统,需要相应的大口径长焦距平行光管,而大口径长焦距平行光管的制造不同于短焦距平行光管的制造,环境因素及光学元件的固定方式对光管的成像质量有很大的影响.为了使光管有着较好的质量,光学镜面要有较好的面形及灵敏的调整机构.本文介绍主反射镜的支撑方式对镜面面形的影响及主反射镜的支撑和调整机构.     

基于CCD的平行光管十字叉线亚像素提取技术

平行光管是光学实验及计量检测的重要设备,应用CCD的图像处理技术,是基于平行光管测量自动化的有效途径。本文 介绍一种新颖的基于灰度积分的十字叉线位置确定方法,它是确定十字叉线精确位置的有技途径。结果表明本方法能达到亚像 素级精度,运算简便,适用性强,移植性好。     

单镜头大视场拼接成像方法及实现

在远距离目标轨迹测量系统中,当前的长焦相机由于CCD尺寸限制一般视场角度较小,无法实现对目标的可靠捕获。在对比当前的几种大视场拼接成像方法后,针对远距离目标测量系统的要求提出了一种通过控制单个相机进行圆锥旋转来模拟4相机阵列实现大视场成像的方法。设计了实验样机对该方法进行验证。首先根据该成像方法设计了相机运动控制方案和相应的机械结构,然后设计了相机的触发控制以及图像数据的传输和处理流程,最后使用该样机进行了实验。实验中样机经校准后采集到了相对位置正确的子视场图像,并拼接获得了大视场图像。使用视场角度为1.02°的小视角相机,实现了4个有一定程度重合的子视场2×2拼接,最终获得了1.93°的大视角。该方法为远距离目标测量系统中的目标捕获子系统设计提供了新思路。     

大型光学设备检测中大口径平行光管波像差的消除

使用大口径平行光管检测大型光学设备或元件时,平行光管的自身误差会影响检测结果,故本文提出了一种消除光学检测结果中平行光管引入误差的新方法。该方法使用干涉仪获取平行光管和光学检测系统的出射波前信息并以37项Standard Zernike Phase多项式进行拟合;通过两组系数相减分离平行光管引入误差,再配合ZEMAX中建立的等效被检光学系统的仿真模型模拟真实系统的出射光锥,最终获得被检光学系统真实的出射波前信息。利用ZEMAX中的光学系统模型验证了该方法在大口径光学检测工作中的可行性;使用焦距为1 597mm,口径为150mm的小型平行光管、焦距为50mm的光学镜头进行了实验。实验结果表明:使用该方法获得的被检光学系统出射波前与真实波前的PV值误差小于0.005λ,RMS值误差小于0.001λ,可以满足实验室中对被检光学系统成像质量参数检测的精度要求。     

直线度误差实验教学软件的开发

结合水平仪、自准直仪、激光准直仪等测量仪器开发了直线度误差实验教学软件。实验结果表明:该软件运算精度高、运算速度快,可与多种直线度误差实验仪器配合使用,用于实验教学中可丰富实验教学内容并解决实验设备不足的问题。     

基于激光准直的直线度误差自动测量系统

介绍了基于激光准直原理的直线度误差自动检测方法，详细分析了激光器、传感器信号处理电路和数据采集处理系统的设计。软件开发时结合了直线度误差的两类测量方法和两种误差评定方法，不仅能与激光准直仪、电子水平仪、光学自准直仪等多种仪器配合使用，而且采用了符合最小条件原理的两条理想包客参考直线精确计算直线度误差，具有运算精度高、运算速度快的特点，应用袁明系统性能稳定可靠，具有推广应用价值。     

传统瞄准镜调节数字化改进

通过对传统瞄准镜结构分析，把电子测量技术引进到瞄准镜系统中，结合瞄准镜的特点，提出了一个适合瞄准镜使用的调节测量与显示电路。实验表明，系统取得了良好的效果。     

极紫外太阳望远镜成像质量检测系统设计

为了在实验室模拟空间环境,检测极紫外太阳望远镜成像质量,提出了由激光等离子光源、Newton型准直光管系统、背照射CCD相机、真空系统等组成的工作波段为17~30 nm的极紫外准直光管检测系统,给出了详细的物理分析、光学设计和真空系统设计方法和结果。真空实验测试结果表明,系统在80 min内,真空度即可达到5×10^-4 Pa的设计指标,满足极紫外波段检测太阳望远镜的要求。     

基于高速相机的多叶光栅机械性能测试方法研究

基于高速相机搭建了多叶光栅机械性能测试平台,进行了实验测试和数据处理,研究了高速相机图像分辨率、采集速度及图像处理方法对机械性能测试精度的影响。结果表明,采用视野分区的形式,在40 mm×40 mm区域视野中,选用高速相机在单方向图像分辨率4000、帧率500帧/s时,对叶片运动速度不高于250 mm/s的多叶光栅进行机械性能测试,测量精度可以达到0.01 mm。     

基于图像处理技术的光纤准直器封装新方法

运用"可检测性"概念和Design For Test(DFT)方法,提出了一种基于图像处理技术的光纤准直器封装方法。在装配前利用机器视觉和数字图像处理技术保证插针到达正确相位,然后保持插针相位姿态不变插入不锈钢套筒,同时光纤插针做进给运动,以调节插针和自聚焦透镜在不锈钢金属套筒中的间隙,使插针快速地到达最佳装配位置,保证输出光功率最大。该系统主要由CCD摄像机、图像采集卡、系统控制和图象处理软件构成,由计算机控制其装配全过程。实验证明了该系统的有效性和实用性,其相位误差可控制在公差±3°内,满足光纤准直器装配精度要求。该封装方法已应用于生产,较大地提高了生产效率和产品合格率。     

硬X射线调制望远镜准直器的有限元分析

利用有限元方法对硬X射线调制望远镜的关键部件准直器进行了分析与计算。首先，基于有限元软件ANSYS提出一种SOLID单元与SHELL单元自由度连接的方法，并应用此方法建立了准直器的有限元计算模型。然后计算了不同设计参数的准直器在过载情况的应力与应变；最后对准直器进行了模态分析，得到前100阶固有频率与振型。文中的分析结果为准直器的结构设计提供了重要依据。