洁净保持箱洁净处理风速的分析

在建立洁净保持箱结构模型的基础上,分析洁净处理的过程,提出风速是影响洁净保持箱洁净处理的重要参数之一,着重从控制尘源污染和满足气流均一性两个方面对洁净处理要求风速大小进行了分析计算,结果表明控制尘源污染要求风速大于等于0.25 m/s,满足气流均一性的最佳洁净处理风速约为0.25 m/s,最后结合计算和实验,确定洁净保持箱洁净处理方案在采用FFU产生的自上向下垂直流,最佳洁净处理风速为0.25 m/s。

大口径传输反射镜在装配紧固力下的面形误差分析

400mm级通光口径的大型传输反射镜是我国在建的高功率固体激光装置中的关键部件,反射镜的面形精度对最终的激光打靶精度有直接影响。针对反射镜所采用的螺纹紧固型装配固定方式,通过结构有限元分析和波面拟合方法研究了理论螺纹紧固力和反射镜面形变化定量作用规律。考虑零部件的制造误差、材料以及人为操作等变化因素的影响,实际中各个螺钉的紧固力在一定范围内呈随机分布,基于蒙特卡罗模拟仿真方法研究了实际螺钉紧固力的不确定性对反射镜面面形精度的影响,得出了满足面形精度要求的临界紧固力大小,为现场反射镜装配工艺的校准和优化提供了理论借鉴。

基于激光雷达数据的火星表面障碍物识别

火星车的环境感知能力是其进行智能移动和探测的基础,而障碍物检测识别是环境感知中的一个重要方面,识别效果直接决定了火星车工作能力和安全性。本文提出一种基于激光雷达数据的火星表面障碍物自动识别方法。通过获取的激光雷达点云数据,首先在分析激光反射强度理论的基础上,通过强度补偿理论将点云强度根据距离、角度因素进行修正,进而构建激光雷达强度值与目标特征的反射关系。通过大津法自动求取全局阈值,自适应的将火星表面点云分类为障碍物点云和非障碍物点云;然后通过曲率约束剔除不符合条件的障碍物点云;最后利用基于八叉树叶节点的连通性聚类,实现火星表面障碍物点云的识别。模拟实验结果表明,该方法可实现激光雷达点云中的火星表面障碍物有效提取,典型障碍物识别精度接近90%,为基于火星车障碍物检测和环境感知相关研究提供借鉴。

大口径反射镜波前畸变控制技术

依据高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变的严格要求,通过选择适合的结构形式、材料及连接方式和支撑位置设计了大口径反射镜支撑结构,并对其进行了优化分析计算和验证性试验。面形精度试验结果表明:装夹引入的附加波前畸变的峰谷值(PV值)约为150nm,小于λ/3(λ=632nm),结构满足设计指标要求。

夹持方式对KDP晶体三倍频转换效率的影响

针对压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式进行理论建模和数值计算分析,并讨论了不同夹持方式的优缺点及其对KDP晶体面形和三倍频转换效率的影响。研究结果表明:晶体面形形变对高斯光束三倍频转换效率的影响明显小于平面波时的情况。当入射基频光光强为6GW.cm-2时,对于平面波的情况,压条固定方式、粘胶固定方式和全外围夹持方式3种夹持方式相对于不考虑夹持作用时的三倍频转换效率分别减小7.5%,9.0%和7.2%;对于高斯光束的情况,三倍频转换效率分别减小了1.3%,1.0%和1.5%。

利用Ansys和Matlab联合求解钢筋混凝土框架结构的优化设计问题

以框架结构造价最低为优化目标,用分部优化法对框架结构进行了优化设计。利用Ansys软件建立了框架模型,计算结构内力,再利用M atlab的fm incon命令对数学模型进行优化设计。实例计算结果验证了该方法的可行性。由于采用商业应用软件,该方法具有操作简便、节省资源的优势,值得推广。

大口径KDP晶体角度相位匹配离线测量精度研究

为满足惯性约束聚变(ICF)实验对激光驱动器高效三倍频能力的要求,对离线测量晶体角度相位匹配方案进行了优化。采取的主要优化措施是:提高晶体准直技术能力;降低模拟小口径激光输出变化对测量不稳定性的影响。通过理论分析和对实际测量结果的系统分析,得到了晶体离线测量的不确定度:其中二倍频相位匹配角测量扩展不确定度为15.94μrad,三倍频相位匹配角测量扩展不确定度为27.8μrad,达到了较高的晶体离线测量精度要求。

拼接干涉仪在控制装校面形中的应用

通过对比大口径光学元件夹持不当时全口径与局部口径之间的图像关系,研究局部面形控制的新方式。并与高精度的大口径干涉仪进行比对测试,验证拼接干涉仪的测试精度。实验表明,拼接干涉仪局部测试精度可达50 nm(PV值).空间分辨力高达5 mm^(-1),可以实现中频段的装校临控。使用拼接干涉仪扫描测试全口径面形,测试不确定度小于100nm.与φ600 mm的大口径干涉仪测试结果差别小于0.04λ(波长λ=632.8 nm)。

激光驱动器数字化装配仿真验证关键技术研究

激光驱动器具有规模大,零件多,洁净、精度要求高,部分装配空间狭小的特征,因此其数字化装配仿真验证所面临的难点与关键点也不一样。以靶场变形镜安装工艺仿真验证为例,详细介绍了基于Delmia软件平台激光驱动器数字化装配仿真验证的3大关键技术——顺序装配仿真建模技术、增强仿真建模技术、不同工位仿真验证的快速扩展技术,实现了对工艺、工装详细的仿真验证,丰富了工艺仿真验证的内涵,并以此为基础,针对驱动器的特点,实现了不同工位仿真验证的快速扩展。

高功率激光系统中大型光机组件的装配精度研究

大型高功率固体激光装置神光III中的48路强激光束组由许多大型精密光学系统组成,按照装置的研制要求实现这些光机系统的高精度装配是一项巨大的技术挑战。以具有亚微米级误差控制要求的大型反射镜组件为对象,提出了理论建模分析、数值计算仿真、工程现场试验研究三个层次相融合的反射镜组件装校精度分析研究方法。针对光机系统的装校精度建立几何误差传递和面形畸变形成的理论分析模型;并借助三维几何误差计算和结构有限元分析的专业化工具,分析预测了反射镜组件装配过程中的空间位姿误差以及夹持预紧作用下的镜面畸变作用;在工程环境下进行了反射镜组件的实体装配及其检测试验工作,检验了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机组件的精密装校研究有着普遍指导意义。

大口径反射镜低应力夹持技术

高功率固体激光装置对大口径反射镜附加波前畸变和姿态稳定提出了苛刻的要求,在确保姿态稳定性的同时,要求低应力夹持使附加波前畸变峰谷值(PV值)<λ/3,波长λ=633 nm。提出了一种正面三点支撑结合侧面八点限位的大口径反射镜夹持技术,对该夹持结构下引起的附加波前畸变进行了仿真和实验研究,并对反射镜姿态稳定性进行了不同工况下的实验模拟。结果表明,该夹持方式引入的附加波前畸变PV值约为23.6 nm,振动、晃动、翻转不同工况下反射镜指向变化PV值小于50μrad,附加波前畸变和姿态稳定性均满足高功率激光装置的要求。

大型精密光学系统准直误差分析方法及其应用

大型高功率固体激光装置神光III中包括许多大型、精密光学模块,完成各类模块高精度准直是一项巨大的技术挑战。提出了基于光传输建模分析,数值计算、工程实践3个层次相融合的大型光学系统准直误差分析研究方法,并以空间滤波器系统为对象进行了深入的研究与分析。针对模块准直精度建立了带误差传递的光传输模型,借助误差分析方法,分析了主影响因子及权重,结合工程实际,完成了模块光轴精度分解。采用光轴实体化表征技术和齐次矩阵变换方法,实现了模块、光轴、镜片位姿统一表征,结合激光跟踪仪,完成准直平台设计。最后以具有亚毫弧度准直要求的典型光机模块为例,在工程环境下搭建了准直平台,验证了理论分析方法在实际工程中的适用性。这一方法对激光聚变装置中光机模块精密准直技术研究有着普遍指导意义。

时空结合的近景运动目标检测

运动目标检测是智能视频监控中图像序列分析的基础和研究热点,针对时域算法在检测近景大目标缓慢运动时,仅能检测出目标边缘、内部存在大量空洞等完整分割问题,提出了一种结合时空特征的近景运动目标检测算法。该算法在时域运动历史多模态均值背景模型的基础上,运用图像空域信息研究前/背景分割技术,通过能量最小化模型、网络构造及网络流理论,把目标检测转换成最大流/最小割问题。实验表明,该算法能在复杂环境中克服光照缓慢变化、背景扰动和摄像机轻微抖动,有效转换前/背景,准确完整地分割大运动目标。

大口径KDP晶体夹持方式对面形的影响

对大口径KDP晶体的夹持方式以及夹持对面形的影响进行了研究。利用ANSYS建立KDP晶体侧面和正面夹持的有限元模型。研究了侧面均布荷载、侧面均匀及非均匀两点荷载作用时KDP晶体面形,得出了总荷载大小是影响晶体面形的关键因素。讨论了理想状态和实际状态下KDP晶体正面夹持面形,得出了元件表面平面度是影响晶体夹持面形主要因素。通过分析和计算,找到了降低元件平面加工精度对晶体正面夹持面形影响的理论技术方案。

神光-Ⅲ主机装置光传输系统安装精密准直技术研究

为实现高功率激光装置长程传输光路中反射镜法线指向的精密准直,分析了反射镜法线指向安装误差来源。针对高功率激光装置结构和安装特点,选取了预准直、模块姿态离线复制和柔性对接相结合的精密准直方案。对离线准直测量精度和复位精度进行了验证,实验数据证实了方案的可行性。该技术在神光-Ⅲ主机装置光传输系统安装调试中取得了良好的效果。

大口径反射镜组件面形检测系统及方法研究

大口径反射镜组件检测存在的设备昂贵、环境要求苛刻等问题。基于S-H波前传感器的子孔径拼接检测技术,对其拼接算法进行改进,提出混联拼接算法,有效减小拼接导致的面形检测误差。该方法结合自准直波前检测系统和高精密二维扫描系统形成大口径反射镜反射面形拼接检测系统。对比实验表明,该系统测量误差为0.072λ,满足高功率固体激光器对大口径反射镜组件装校过程面形控制的要求。

几何结构标定误差对偏折术的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。从数学模型、理论模拟和实验三个方面分析了几何结构标定误差与低阶面形测量误差之间的关系。给出了表示几何结构标定误差与面形测量误差之间关系的数学模型,并通过模拟和实验对其进行了验证。结果表明,几何结构标定中坐标平移误差会导致倾斜和离焦面形测量误差;被测面分别与相机和显示器之间的距离越大,几何结构标定的误差对低阶面形测量的影响越小。研究结果可以帮助设计合适的偏折术测量系统结构和提高低阶面形测量精度。

校直误差对平面镜偏折术面形测量的影响

偏折术中的几何结构标定误差是制约低阶面形测量精度的主要因素。分析几何结构标定中校直误差与平面镜低阶面形测量误差之间的关系,给出描述校直误差与面形测量误差之间关系的灵敏度方程和权重因子,并通过模拟和实验结果对其进行验证。结果表明,校直误差会在面形测量结果中引入倾斜、离焦、像散和彗差等像差项,且面形测量误差与校直误差成正比。本研究有助于选择合适的偏折术系统结构,以提高低阶面形测量精度,同时可为偏折术测量中面形误差的评估和分析提供理论指导。

参考面误差对平面子孔径拼接的影响

参考面二阶项(离焦和像散)误差是导致拼接累积误差的主要因素,而参考面高阶误差会导致高频面形误差。分析由参考面误差二阶项和高阶项导致的拼接误差的规律。研究参考面误差导致任意两个子孔径拼接误差之间的关系。提出一种可以有效减小参考面高阶项误差对子孔径拼接结果影响的算法。该算法将拼接后的子孔径面形数据对应相减,分离出参考面高阶项误差的拼接误差。数据仿真和实验验证表明了该算法的正确性和有效性。

大口径反射镜低应力夹持优化设计

为了同时满足激光装置对大口径反射镜面形精度和结构稳定性的控制要求,提出了一种反射镜多自由度解耦的多点夹持方式,通过限位实现对反射镜多自由度的控制,以此避免由夹持带来的附加面形。采用有限元法分析了所提方式的有效性,并通过实验验证了分析方法及该夹持方式的可行性,结果表明采用该反射镜夹持方式带来的附加面形较小,满足反射镜低应力附加夹持面形的要求。在此基础上,对45°倾斜放置的反射镜的面形进行了模拟,探究了不同夹持点位置分布对反射镜面形精度的影响规律,模拟结果表明:为了保证反射镜的面形精度,至少要有一个夹持点位于反射镜的长边。该研究成果对大口径反射镜夹持设计具有重要的指导意义。