空间相机直线调焦机构的设计

针对空间相机在使用时受空间环境中重力、温度及压力等因素的影响,引起各光学镜面位置相对变化,从而导致像平面与焦平面不重合的问题,在分析空间相机的3种调焦方式及调焦机构设计基本原则的基础上,针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构.利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,并结合直线导轨约束运动形式,采用绝对式编码器检测位移.该机构具有低摩擦、传动简单等优点,可有效地减少过多的传动环节所带来的传动误差.采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度,并讨论了误差产生的原因.实验数据的统计分析及残差分析表明,直线调焦机构的开环调焦精度为0.002 5 mm,闭环调焦的精度可达到0.001 5 mm,满足0.01 mm使用要求.     

空间相机调焦机构误差分析

空间高分辨率遥感仪器的发射过程和在轨复杂的温度环境条件会使其光学焦平面发生偏离,从而影响相机的成像质量.为补偿相机焦平面位置的变化,本文根据高分辨红外相机的在轨应用环境以及光学设计要求,对相机的调焦机构进行了方案设计和误差分析.计算了结构误差对系统精度的影响,对不同类型结构的精度进行了归类,并利用齐次坐标变换矩阵建立了误差分析模型.同时,详细分析了误差源的特性、概率分布和变换矩阵参量间的关系.利用Monte Carlo法进行了仿真,结果表明该机构设计合理,满足仪器的使用要求.样机测试表明,该机构行程内轴向位置误差为(-0.01±0.003 6)mm,透镜最大倾斜角为25″,最大离轴量为0.005 mm.目前,该机构已成功在轨使用.     

空间相机透镜调焦机构的设计与测试

高分辨率空间相机受发射段恶劣的力学环境以及空间复杂的温度环境影响,光学系统会产生微小的离焦量。为保证相机成像质量,本文设计了一种由蜗轮蜗杆与凸轮滑块机构组成的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计通过蜗轮蜗杆实现第一级减速,并且使驱动器旋转轴与光轴正交,使机构更紧凑。通过凸轮滑块机构进一步进行减速,同时将旋转运动转化为直线运动,并通过直线导轨保证滑块的直线运动精度。该机构体积小、精度高,并且能实现断电自锁。机构运动副上溅射固体润滑涂层,防止发生真空冷焊。结合机构自身的特点,分析了机构调焦的分辨率与误差。对该机构开展了力学与热真空循环试验,试验前后对机构的精度指标进行了对比测试。试验与测试结果表明:该机构环境试验后性能参数正常,其调焦位移误差优于5.8μm,线性度优于0.3%,偏摆角优于14″。在热光试验中通过调整焦面,成像质量有显著的提升。该调焦机构能够满足光学系统的精度与环境适应性要求。     

轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验

根据轻型空间相机光学系统的特点以及相机的焦深,优化设计了一种适用于该类相机的调焦机构.为了满足相机总体要求,综合考虑重量、外型尺寸、刚度、误差等各方面的因素,选择丝杠和连杆配合使用的双滑块机构,将丝杠的转动通过连杆机构转换成调焦镜沿光轴方向的直线运动,实现了通过调整像面移动来解决离焦的问题.对该调焦机构在调焦范围内的调...     

离轴三反空间相机调焦机构设计

空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移.为提高成像质量,本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机构来修正离焦量.该设计采用防冷焊措施、预压消间隙措施和双重防卡死设计,有效地提高了结构强度、刚度和可靠性,从而保证了调焦精度.介绍了其结构和工作原理,描述了相应的可靠性设计措施,最后通过精度检测试验对调焦机构进行了综合性能测试.试验结果表明:该调焦机构具备良好的自锁特性,其直线运动精度优于±2 μm,重复定位精度优于±1 μm;调焦行程范围内调焦反射镜摆角精度绕X轴和Y轴方向均优于±3.5”,满足用户提出的精度要求.     

大尺寸焦平面空间相机调焦机构的精度分析

由于大尺寸焦平面空间相机调焦机构的焦平面两端存在的不可消除的同步运动误差会直接影响相机调焦精度,因此对焦平面两端同步运动精度进行了分析。首先,研究了大尺寸焦平面空间相机调焦机构的特点,提出了焦平面两端同步运动误差是影响其调焦精度的主要因素;其次,分析了影响同步运动精度的主要误差来源,建立了同步运动误差的数学模型,并采用蒙特卡罗仿真算法对数学模型进行了仿真分析;最后,通过测试焦平面两端同步运动精度对仿真结果进行了验证。仿真结果显示,同步运动精度为0.02 mm,与试验数据分析结果0.023 mm一致,说明此方法能够比较准确地确定焦平面两端同步运动精度,为后续在轨调焦策略的确定以及同类产品的研制提供技术支持。     

空间相机调焦平台动力学特性研究

调焦机构作为空间相机中至关重要的组成部分,其动力学性能很大程度上影响了相机的可靠性。为了完成调焦机构的动力学分析,本文以某型空间相机调焦机构平台作为研究对象,将导轨滑块作为切入点,利用优化的串联弹簧阻尼单元及有限元方法完成对导轨结合部及调焦平台的建模。本文基于Hertzian接触理论获取动力学参数,将调焦机构中与导轨关联的滚珠丝杠和联轴器的刚度等效至导轨滚珠上,并提出了关系表达式和修正参数。通过以联轴器为变量的对比实验获取修正参数,实现该空间相机调焦平台的动力学分析。最后本文利用该分析方法完成了在不同状态下调焦平台的动力学仿真分析,通过对比实验结果表明其误差小于2%。证明了该分析方法具备较高精度和可靠性。     

空间相机调焦机构自锁特性评价与试验

空间相机调焦机构需具有一定的锁止能力,以应对火箭发射中的冲击与振动,因此,对机构的自锁特性进行评价是保证空间光学遥感器正常工作的关键。针对某型空间相机调焦机构,研究了螺纹接触面的滑移机理,建立了工程分析模型,详细分析了两种螺距(1mm,1.5 mm)的螺纹的接触应力、切应力分布特征及其自锁性。结果表明:螺纹螺距为1mm的调焦机构Mises应力值大于其自锁标定值,自锁失效;螺距为1.5mm的调焦机构Mises应力值小于其自锁标定值,满足自锁要求。最后,对调焦机构进行了振动试验,结果显示:螺距为1mm的调焦机构焦平面位移达2 753μm,自锁失效;螺距为1.5mm的调焦机构焦平面位移为6μm,小于测量误差,机构自锁正常,验证了分析方法的可靠性。这种动力学环境下研究机构自锁性的新方法对工程应用具有重要的意义。     

空间相机调焦平台的动力学特性研究

调焦机构作为空间相机的重要组成部分,其动力学性能很大程度上影响了相机的可靠性。为了完成调焦机构的动力学分析,本文以某型空间相机调焦机构平台作为研究对象,将导轨作为切入点,在调焦平台的有限元模型中利用优化的串联弹簧阻尼单元完成对导轨结合部的建模。基于Hertzian接触理论获取动力学参数,将调焦平台中滚珠丝杠和联轴器的刚度等效至导轨结合部上,并提出了关系表达式和修正参数。通过以联轴器为变量的对比实验获取修正参数,实现该空间相机调焦平台的动力学分析。最后,利用该分析方法在不同的参数条件下完成了调焦平台的动力学仿真分析,仿真值与实验结果得到的基频值的误差小于2%,证明了该分析方法具备较高的精度和可靠性。     

一种航空画幅遥感相机调焦机构的设计

提出了一种用于解决某画幅相机离焦的调焦机构。通过几种调焦方案的对比,选择了一种适合于某型相机的调焦方案。采用调焦凸轮和直线导轨配合使用的方案,将凸轮的旋转运动转化成调焦镜的直线运动,实现了通过调整反射镜的位置来调整相机焦面和成像介质的相对位置,解决离焦问题。通过试验验证调焦镜在动态条件下的调焦精度,满足使用要求。     

空间光学遥感器精密调焦机构设计与试验

外界环境变化会引起空间光学遥感器产生离焦现象,导致遥感器成像质量下降,需要设计调焦机构来解决离焦问题。从保证遥感器成像质量和轻小型化的角度出发,详细介绍调焦机构的调焦方案、工作原理和系统组成,提出由双滑块机构实现调焦功能的新型调焦机构;对调焦机构的精度进行理论计算,得到该机构的定位精度和调焦镜的倾斜角度误差均满足设计指标要求。对环境试验前后的机构进行精度测试,试验结果表明,机构定位精度0.006 mm,调焦镜的最大倾斜角为16.5″,满足光学设计指标要求。理论分析和环境试验结果充分表明,该调焦机构具有结构稳定,定位精度高,环境适应性广泛等特性,在复杂多变的环境条件下能够满足空间光学遥感器精确调焦的目的。     

机器视觉中的摄像机标定技术研究

机器视觉中在对景物进行定量分析或对物体精确定位时,都需要进行摄像机标定,即准确确定其内部和外部参数。寻找快速有效的摄像机标定计算方法是机器视觉中的重要问题。分析了带有透镜径向的一阶畸变的摄像机模型,利用RAC标定提出一种求解其参数的标定计算方法,标定过程每一步都用线性求解,避免了非线性优化中的不稳定性。试验证明,该标定方法操作简便,标定精度高。     

空间相机偏流调整旋转轴系的设计与精度分析

为提高空间相机的摄影精度和偏流角的控制精度,应用刚度较强的外筒机座平面作为轴系止推轴承轨道平面,设计了双径向与轴向复合约束力封闭式旋转轴系结构,其结构具有质量轻、转动灵活、回转精度高等特点.讨论了影响轴系旋转精度的诸多误差因素,如轴向窜动误差,角度摆动误差等,并定量分析了构成轴系零件的形位误差引起旋转轴系在回转运动中的晃动误差.通过对轴系晃动误差的检测,验证了所选用的轴系精度为3.8″,满足了总体技术指标在5″以内的要求.     

空间相机均力输出式调焦机构

为了补偿空间相机因所处复杂运载环境和空间运行环境导致的焦平面偏移,研制了一套利用均力输出组件驱动,正反双曲柄滑块机构传动,直动组件导向的新型高精度调焦机构。介绍了其结构组成和运动原理,并对其误差来源及影响因素进行了深入分析。该调焦机构采用两点支撑方式,两支撑点均力输出且无同步性误差,机构内应力小,运行平稳,调焦精度高;运动副采用预压消间隙措施,有效消除配合间隙,无空回,重复精度高。在模拟空间环境条件下,对其各项参数进行了测试。试验结果表明,该调焦机构可在±1.77mm间调焦,直线定位精度大于±8μm,重复性优于±2μm;同步性误差小于±4μm,重复性优于±3μm;调焦行程范围内调焦反射镜转角精度优于±5″,重复性优于±1.5″。得到的结果能够满足空间相机在复杂空间环境下的成像需求。     

三关节坐标测量机测量空间分析和随机误差分布的计算方法

基于三关节坐标测量机样机模型分析了测量机空间测量范围,对于形成空腔的原因进行讨论,并通过分析计算得出理想的测量机构参数关系.在目前可测空间中,由于模型参数随机波动造成测头位置误差会随着位姿不同而变化,本文设计了求取随机误差随位姿变化分布的算法,并且根据实验情况设定参数波动值讨论实际误差分布状况,其中参数波动又分为单参数...     

面向制造的并联机床精度设计

精度设计是机床误差避免技术的重要手段,涉及在工作空间中给定刀具的最大位姿允差后,合理地制定零部件制造公差及装配工艺的问题。以３－ＨＳＳ型并联机床为对象,利用空间矢量键模型建立零部件制造误差与动平台位姿误差的映射关系。给定零部件制造公差后,利用该模型即可预估出动平台的位姿误差。在此基础上,根据灵敏度分析结果,提出一种在给定刀具位姿允差条件下,以零部件制造公差加权欧氏范围最大为目标,以角性公差和线性公     

基于状态空间模型的数控机床热误差建模

为了减小机床运行参数变化导致的机床热误差变化对模型预测精度的影响,提出了状态空间建模算法,该算法可根据机床运行参数的变化而自动调整模型,从而使模型对机床运行参数的变化具有良好的自适应性。通过实验比较了模型对机床处于不同条件下的热误差预测精度,并基于状态空间模型在Leaderway V-450型数控机床上进行了平面切削的热误差补偿实验。实验结果表明：与传统热误差建模算法相比较,所提算法的预测精度提高了58.12%,稳健性也得到了有效提升,且实际热误差补偿效果显著。     

可见与红外双波段航空侦察相机光机设计

为满足高分辨率昼夜凌空侦察和中低空战术昼夜侦察需要设计灵巧型双波段航空侦察相机,该相机的研制为发展新型机载光电侦察设备提供技术储备。根据目标在不同光谱波段下的光学特征设计可见、红外双波段光学成像系统,全视场传递函数达0.5以上。基于SiC材料反射镜设计一种叶片式柔性支撑结构,该结构能够较好的保证反射镜的面形精度,仿真结果显示反射镜在重力载荷和热载荷叠加的情况下面形精度优于12 nm。针对目前航空相机主支撑结构难于同时保证质量小且刚度高的问题,采用NX/Narsrtan软件对相机主支撑结构进行优化设计,优化结果使相机框架结构一阶固有频率提高15 Hz,质量减小10%。通过环境试验、动态成像试验及分辨率检测试验验证设计结果的正确性。相机切实可行的光机设计有效地保证整个系统的性能指标都能满足设计要求。