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F/0.78高次非球面零位补偿检测与投影畸变校正

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光子学报 2023年第2期52卷 31-45页

作者：郝三峰张建杨建峰中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049 西安电子科技大学机电工程学院西安710071

为实现高次非球面的高精度检测与确定性加工,从高次非球面检测的零位补偿器设计和干涉检测图的投影畸变校正两方面出发提出了具体的解决方案。首先,基于三级像差理论与PW法推导了高次非球面三片式补偿器初始结构参数计算公式。针对有效... 详细信息

为实现高次非球面的高精度检测与确定性加工,从高次非球面检测的零位补偿器设计和干涉检测图的投影畸变校正两方面出发提出了具体的解决方案。首先,基于三级像差理论与PW法推导了高次非球面三片式补偿器初始结构参数计算公式。针对有效口径314 mm、F/0.78的8阶偶次非球面,将基于公式获得的初始结构参数代入光学设计软件进行缩放、优化后获得PV=0.0096λ、RMS=0.0012λ(λ=632.8 nm)的补偿器设计结果,公差分析结果表明此设计满足高次非球面λ/50的检测精度要求。进一步地,针对基于零位补偿器的干涉检测图存在畸变的问题提出了一种校正方法,该方法采用零位补偿器的成像畸曲线数据确定干涉图的畸变规律,利用畸变零点求解算法确定畸变中心,结合畸变规律与畸变中心点坐标进行逆向求解实现干涉检测图畸变的快速校正。采用本文所提方法对零位补偿检测结果进行畸变校正,基于畸变校正结果对非球面进行了6次磁流变抛光后,面形RMS由0.270λ收敛至0.019λ,验证了该畸变校正方法的有效性。

关键词：高次非球面零位检测补偿器设计投影畸变校正确定性抛光

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摆动式泥浆脉冲器驱动电机零位偏差检测

国外电子测量技术 2021年第6期40卷 125-128页

作者：朱伟红尚捷孙师贤中海油田服务股份有限公司北京101149

摆动式脉冲器通过电机在有限转角范围内往复摆动,带动阀片在泥浆通道内产生压力波动,从而井下数据传输到地面。摆动电机工作在有限转角范围内,为了电机的工作范围得到有效控制,通常会采用限位装置来对电机的摆动角度进行限制。在电机装... 详细信息

摆动式脉冲器通过电机在有限转角范围内往复摆动,带动阀片在泥浆通道内产生压力波动,从而井下数据传输到地面。摆动电机工作在有限转角范围内,为了电机的工作范围得到有效控制,通常会采用限位装置来对电机的摆动角度进行限制。在电机装配完成后,需要对电机的零位偏差进行检测,即电机的定子三相位置和旋转变压器的相对位置进行测量。由于电机摆动角度受限,不能采用传统的零位检测方法,摆动式脉冲器采用了5通道旋转变压器和4极对永磁同步电机,使零位检测的检测难度进一步增加,提出了一种自动零位检测算法,经测试和现场应用,该算法简单实用。

关键词：摆动式泥浆脉冲器永磁同步电机零位检测有限转角多通道旋转变压器

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旋转机构零位姿态传感器设计及测量方法

中国惯性技术学报 2024年第7期32卷 696-706页

作者：张鹏波王舒雁张激扬樊亚洪赵同爽北京控制工程研究所北京100190

面向新型旋转成像载荷姿态角测量需求,针对现有传感器无法同时测量无接触旋转机构零位三轴姿态角的问题,提出了一种基于光电传感的旋转载荷零位姿态测量方法,并研制了零位姿态传感器,使用光电传感器获取过零波形,采用最小二乘法得到过... 详细信息

面向新型旋转成像载荷姿态角测量需求,针对现有传感器无法同时测量无接触旋转机构零位三轴姿态角的问题,提出了一种基于光电传感的旋转载荷零位姿态测量方法,并研制了零位姿态传感器,使用光电传感器获取过零波形,采用最小二乘法得到过零时的时间信息,通过时间和转速获得精确的旋转角和定转子相对位移。在此基础上,通过坐标变换求解出零位时的三轴姿态信息。分析平台舱和旋转舱平动、转动对传感器的测量精度的影响,建立传感器测量误差与光源组件轴安装误差、采样误差、传感器安装误差等的理论模型,仿真分析各因素对零位测量误差的影响。搭建了磁悬浮旋转支撑机构测试平台,对比所设计零位姿态传感器测量结果与电涡流位移传感器和旋变传感测量结果,分析所设计传感器的测量精度。结果表明,所设计传感器位移测量误差均值不大于2.4mm,转动角度测量误差均值不大于3.7"。所设计传感器能够准确检测出定转子间隙变化时的零位姿态信息,可为高精度的载荷舱姿态控制提供参考。

关键词：旋转载荷光电原理零位检测姿态测量

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复杂曲面光学元件高精度面形检测技术概述

南通大学学报（自然科学版） 2024年第1期23卷 1-27页

作者：刘斌王孝坤程强刘忠凯李凌众蔡梦雪张洛嘉李文涵王金成张学军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室吉林长春130033

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及... 详细信息

复杂曲面光学元件应用于光学系统中可以增大系统设计自由度,同时减少系统所需元件数量,有利于实现光学系统的紧凑化、轻量化,被誉为现代光学系统的变革性元件,被广泛应用于空间光学、光刻系统、汽车照明等领域,极大推动了航天、国防及高科技民用事业的发展。然而,复杂曲面光学元件对面形精度要求较高,如何对其面形进行高精度检测从而指导加工成为限制该类元件大范围应用的瓶颈。文章对10余种常用的复杂曲面光学元件面形检测方法进行了分类梳理,按照是否采用干涉原理,将检测方法分为非干涉检测法和干涉检测法两大类,分别介绍了各种检测方法的原理和适用范围,回顾了各方法的发展历程,着重分析了几种典型方法进行面形检测的特点,并对未来复杂曲面光学元件高精度面形检测技术的发展趋势加以展望。

关键词：复杂光学曲面面形检测非接触检测干涉检测零位检测非零位检测

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基于计算全息的非球面零位共路干涉检测技术研究

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基于计算全息的非球面零位共路干涉检测技术研究

作者：梁子健浙江大学

学位级别：硕士

随着光学非球面元器件加工技术水平的不断提高,其在各相关领域内的应用也愈发广泛,然而,面型误差仅为纳米量级的精密非球面的加工离不开相应的精密检测技术来保障。光学非球面常用的精密检测方法是干涉法,其中采用Offner补偿器的零位法... 详细信息

随着光学非球面元器件加工技术水平的不断提高,其在各相关领域内的应用也愈发广泛,然而,面型误差仅为纳米量级的精密非球面的加工离不开相应的精密检测技术来保障。光学非球面常用的精密检测方法是干涉法,其中采用Offner补偿器的零位法只能适用于简单非球面,而各种非零位干涉检测方法则需要严格校正额外引入的系统误差(回程误差),过程复杂且精度受限。在干涉系统的光路结构上,传统的泰曼-格林(Twyman-Green)式为非共光路,受环境因素干扰大;而ZYGO干涉仪采用的菲索(Fizeau)式为部分共光路,但干涉仪外的气流扰动仍对其检测结果有较大影响。计算全息(Computer Generated Hologram,CGH)作为一种衍射式的补偿器,丰富的设计自由度使其可针对各种非球面实现零位检测;而横向剪切干涉装置所具备的共光路结构又可几乎完全消除环境扰动的影响,因此将两种检测技术结合可解决传统的非球面干涉检测方案的诸多弊端。本文对CGH零位补偿器的设计理论与方法展开了研究,针对该领域目前存在的一些关键问题,在相位求解、干扰级次分析以及载频量计算等方面提出了以一系列新方法,完善了CGH的设计体系;针对传统编码二台阶CGH存在+3级顽固干扰衍射级次的问题,对CGH的编码方法展开了研究,提出了可以从物理上消除+3级顽固级次的随机编码CGH;针对传统非共路干涉装置受环境干扰影响大、稳定性差的问题,引入了基于随机编码混合光栅的四波前横向剪切干涉(Quadriwave lateral shearing interferometry based on Randomly Encoded Hybrid Grating,REHG-QWLSI)装置,将其与CGH零位补偿器结合,提出了非球面零位共路干涉检测技术。本文的主要研究内容如下:论述了光学非球面在各领域的广泛应用以及常用的非球面干涉检测技术,对各种检测技术的优缺点进行了对比分析,分析了将CGH零位补偿器与REHG-QWLSI共路干涉装置结合的意义。介绍了CGH零位补偿器的相关理论与目前常用的设计方法与流程。针对传统CGH相位计算方法仅可粗略算得相位而需要依靠光学设计软件(如Zemax)优化的问题,提出了一种基于嵌套迭代光线追迹的计算方法,该方法通过对CGH衍射面均匀采样的离散点进行计算,能够直接得到可用于后续编码、加工的离散相位值,不会受到传统方法中由于对待测面均匀采样而导致的投影畸变问题的影响,不存在计算误差的同时也避免了传统方案需要跨平台的弊端;针对现有CGH干扰级次分析方法适用范围有限、精度差或仅能分析部分衍射级次的问题,提出了基于双向光线追迹的CGH干扰级次精确分析方法,该方法可以快速、精确追迹任何解析非球面的任意衍射级次在系统光阑面上的分布,比前人提出的各种方法有非常明显的提高,同时在精度上也优于受光瞳像差和多项式误差等因素影响的Zemax软件追迹结果;针对目前CGH设计中载频选择的盲目性问题,在上述两种新方法的基础上提出了基于线宽与分离条件双重约束的最小载频求解方法,该方法可以准确求得分离干扰级次所需的最小载频量,从而得到使CGH线宽最大的最优设计结果。针对传统二台阶CGH需要大量载频才能分离顽固级次的弊端,参考REHG的编码思路,提出了物理上不存在+3级顽固级次的随机编码CGH。首先建立“建模-采样-量化”(MSQ)模型阐述了衍射光学元件(Diffractive Optical Element,DOE)的编码过程与随机编码理论;接着提出了振幅型RE-CGH与混合型HE-CGH两种随机编码CGH并仿真了编码过程;然后建立了CGH的菲涅尔(Fresnel)衍射仿真模型并利用该模型对传统CGH和新提出的随机编码CGH进行了仿真,验证了随机编码CGH从物理上消除+3级衍射光的能力;最后利用本文提出的双重约束最小载频求解方法,定量分析了随机编码CGH和传统CGH对载频的需求量,进一步阐明了随机编码CGH消除顽固级次所带来的优势。针对传统非球面干涉检测装置多为非共路结构的缺点,提出了结合REHG-QWLSI共路干涉装置与RE-CGH零位补偿器的非球面零位共路干涉检测方法。首先介绍了REHG-QWLSI干涉装置的工作原理:以MSQ模型阐述了REHG实现剪切分光的原理并通过对干涉图进行频谱分析说明了QWLSI的干涉原理;然后介绍了QWLSI干涉图的处理流程与波前重构方法,对其中常用重构方法进行了仿真与对比;最后给出了非球面零位共路干涉检测实验系统的设计方案,对主要误差源进行了分析并介绍了误差控制方法。对本文研究内容进行实验验证。加工了随机编码的RE-CGH并对其进行了测试;搭建了基于REHG-QWLSI波前传感器与RE-CGH零位补偿器的非球面零位共路干涉检测实验系统,检测了一块抛物面并与ZYGO干涉仪基于无

关键词：非球面检测干涉检测零位检测计算全息光线追迹四波前横向剪切干涉随机编码

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瞄准镜零位的在线检测

瞄准镜零位的在线检测

作者：戴晓雨南京理工大学

学位级别：硕士

零位及零位走动量检测,是光学瞄具生产和日常使用的重要检测项目,往往作为瞄具质量与验收合格的关键考核参数。复杂战场环境和作战需求衍生出各式瞄具和瞄准分划,而目前一对一的检测方式,通用性不高,工作量较大。因此,本文提出零位在线... 详细信息

零位及零位走动量检测,是光学瞄具生产和日常使用的重要检测项目,往往作为瞄具质量与验收合格的关键考核参数。复杂战场环境和作战需求衍生出各式瞄具和瞄准分划,而目前一对一的检测方式,通用性不高,工作量较大。因此,本文提出零位在线检测的方案,可适用于多种瞄具,规避重复装卡等因素对检测结果的影响,既而提高检测精度和工作效率。本文以通用支架前端面为客观基准,基于自准直光路检测基准在振动、冲击试验前后的变化,通过图像判读修正目标发生器姿态,消除基准偏差,实现纯零位走动检测。基于数字图像处理的检测方案,包括分析图像特征、预处理验证和算法开发,主要算法为设置定时器,分别联合霍夫圆检测和模板匹配,实现对全息瞄具和白光瞄具的零位检测;基于霍夫直线检测原理和灰度重心算法实现自准直标定。同时,基于《GJB 5815-2006》等相关瞄准镜检测标准与规范,完成了复合平行光管、待测产品支架、图像传感器等器件的设计与选型;基于Visual Studio 2017编写具备系统自检、图像检测和数据库存储等功能的MFC工程软件。综上,在完成原理样机的光学性能调校和空间基准标定,提高检测精度和实时性的基础上,对检测结果进行分析,最终对白光瞄具和全息瞄具的检测精度高于0.05mil,检测范围满足0～17mil,达到指标要求,实现项目检测功能。

关键词：瞄准镜全息瞄准镜零位检测自准直系统光轴一致性图像判读

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基于计算全息的零位补偿干涉检测

辽宁大学学报（自然科学版） 2020年第4期47卷 306-311页

作者：马云时中荣潘国柱皖西学院电气与光电工程学院安徽六安237012

光学面形的检测精度直接影响成像系统的性能,对基于计算全息的补偿干涉检测技术进行了研究,针对共轴计算全息的衍射波面在成像中心区域发生重叠,形成测试盲区这一问题,采用离轴计算设计方案对非球面的面形进行测量,检测方案采用分光路... 详细信息

光学面形的检测精度直接影响成像系统的性能,对基于计算全息的补偿干涉检测技术进行了研究,针对共轴计算全息的衍射波面在成像中心区域发生重叠,形成测试盲区这一问题,采用离轴计算设计方案对非球面的面形进行测量,检测方案采用分光路干涉结构,用离轴计算全息和会聚透镜组构成联合补偿器对波面进行零位补偿并分离衍射级次,完成非球面面形的干涉检测.结果表明,该方案能够消除测试盲区,同时测得全口径面形数据,并保持了良好的精度.

关键词：计算全息零位检测光学面形干涉非球面

非球面光学元件面型检测技术研究进展与最新应用

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中国光学 2022年第2期15卷 161-186页

作者：梁子健杨甬英赵宏洋刘圣安浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027

非球面光学元件,特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面... 详细信息

非球面光学元件,特别是其中的自由曲面元件,在设计自由度上相比于球面具有很大的优势,基于非球面构建的光学系统能够以简单的光机结构实现复杂的设计目的。面型检测技术是保障光学非球面加工精度的关键,针对不同种类的非球面以及非球面加工的不同阶段对检测指标要求的多样性,现已发展出了种类繁多的检测方法。本文回顾了非球面光学元件面型检测技术的发展历程,分非干涉法与干涉法两大类整理了常用的检测技术,介绍了各自的技术指标与适用条件、研究进展与应用情况。本文重点讨论了基于干涉方法的非球面精密检测技术,举例说明了非零位与零位两条技术路线下各检测方法的基本原理、光路结构与检测能力,对比分析了各方法的优缺点与适用范围,介绍了一些配套算法以及检测光路的精密调节方法。

关键词：非球面检测自由曲面检测干涉检测零位检测非零位检测

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共形整流罩新型检测系统设计

红外与激光工程 2012年第9期41卷 2494-2497页

作者：张续严姜瑞凯陶淑苹中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100049

现代飞行器对于其气动性能、隐身性能要求越来越高,传统的整流罩已无法满足要求。设计适应导弹、飞机等飞行器外部形状的共形整流罩可以提高飞行器的空气动力学性能以及减小雷达反射面积。因此必须加快对于共形整流罩的加工和检测技术... 详细信息

现代飞行器对于其气动性能、隐身性能要求越来越高,传统的整流罩已无法满足要求。设计适应导弹、飞机等飞行器外部形状的共形整流罩可以提高飞行器的空气动力学性能以及减小雷达反射面积。因此必须加快对于共形整流罩的加工和检测技术的研究。文中主要对共形整流罩的检测方法进行了初步研究及仿真设计。首先分析了几种可行的共形光学检测方法,结合实际条件提出了红外干涉仪结合零位检测的检测方法;而后参考相关文献检测技术结合零位补偿检测理论设计了一套新型检测系统。该系统主要由中波红外干涉仪、补偿镜、场镜、反射镜组成。检测波长λ=3.39μm,检测精度PV=0.23λ,RMS=0.035λ。检测结果表明该检测方法精度高,检测结果满足系统要求,可以用于共形整流罩的检测。

关键词：零位检测共形光学轮廓测量补偿器