高功率激光器自动准直系统图像处理的可信度评估

自动准直系统是将采集的图像进行特定算法处理获取光束的位置信息,驱动电机调整光斑到指定的位置,其中图像质量对光束定位的精确性影响很大,为尽量避免受严重噪音和光束畸变影响的图像进入图像处理流程而产生准直结果的错误判断,保证自动准直系统图像处理结果的精确性,试图提供一种较为简单的判断依据,采用基于Monte-Carlo模拟方法,建立了远场准直过程中三种主要噪音的干扰评估模型,以测量不确定度作为定量判断处理图像与否的特征参数,将该结果做成统计图表作为判断依据。结果表明,在设定合理测量不确定度阈值的情况下,该特征参数能够较好地排除不良图像,从而提高准直结果的可信度。

基于单目视觉的轴孔零件定位系统设计

针对轴孔零件精密装配过程中单目视觉定位系统的使用困难,设计了一种基于单目视觉的轴孔零件定位系统,提出了基于图像特征的零件倾斜角计算方法,可直接判定零件倾斜姿态。通过对椭圆快速检测算法进行优化,减小噪声影响,实现了高精度检测。最终通过该系统实现了轴孔零件的准确定位,提高了轴孔零件自动装配的成功率。实验证明,提出的方法能够在单目视觉条件下准确得到待装配零件的空间位置信息,满足同轴度要求15μm级的轴孔精密装配需求,具有较好的工程应用价值。

两种常用光源在机器视觉检测中的对比与选用

照明系统是机器视觉检测的关键部分,对视觉检测的精度有重要影响,不同的光源发光特征与原理不同,具有不同的使用环境。本文从工程应用出发,对环形光源与平行背光源两种视觉光源进行了对比,分别阐述了优点与不足,并为工程中光源的选用提出了建议。

基于Pro/E的三维标注信息管理方法

面向MBD技术在数字化设计中的应用,从利于三维标注信息管理的角度出发,基于Pro/E软件,定义产品模型结构树,利用层树、层、定向和组合视图协同控制三维标注信息的显示,实现产品定义信息在模型中的规范管理,提高信息的可识别和可筛选性。最后,基于实例对该方法进行了验证,保证了信息的规范性。

基于三维点云的精密偶件筛选及虚拟装配方法

半球动压陀螺电机的性能优劣直接决定了惯性仪表的精度和寿命。精密偶件作为陀螺电机的核心零件,其装配效率及合格率成为了制约惯性仪表质量提升的关键环节。通过将三维点云处理技术与传统装配方式进行有效融合,提出了基于最小二乘法的点云特征提取方法及基于特征对准的虚拟装配方法。通过提取得到的点云特征完成精密偶件的筛选。通过虚拟装配的结果得到精密偶件的工作间隙从而判断装配是否合格。经过大量实验可知,上述方法能够有效地指导精密偶件完成筛选及配对,从而提高精密偶件的装配效率及合格率,促进半球动压陀螺电机的生产进一步向智能化迈进。

基于平行背光源的含内棱孔型零件定位方法

在轴孔零件装配中,机器视觉检测起到特征识别与空间定位的作用,使用平行背光源能提高机器视觉检测的精度。但在孔零件出现小角度倾斜时,平行背光源的工程应用存在困难。针对这一问题,通过识别孔零件的内棱轮廓并分析图像特征,在零件倾斜角小于1°时,可快速确定零件倾斜角度与空间位置,克服了平行背光源的工程应用难点。实验结果表明,改进后的定位方法误差优于0.5%,可实现零件倾斜角小于1°时,同轴度要求10μm的轴孔自动化装配,与采用环形光源的视觉定位方法相比,有效提升了孔零件小角度倾斜时的定位精度与装配成功率。

基于激光近场和图像分割技术的复合波长诱导熔石英损伤实验研究

在复合波长(波长分别为1053、527、351nm)情况下,利用激光近场对熔石英样品进行损伤实验。设计了一种基于激光近场辐照的损伤阈值定义方法,并利用带有灰度抑制的分水岭标记算法对损伤图像进行损伤区域提取,通过对比损伤图像与相应光束近场能量分布,计算出损伤区域与非损伤区域临界处的光能量密度,即为熔石英样品的损伤阈值。实验结果表明,复合波长激光诱导熔石英损伤是3种波长激光共同作用的结果,但351nm激光对损伤起主要作用,初始损伤阈值为8.22J/cm2;在复合波长激光多次辐照样品的情况下,熔石英样品后表面的损伤成指数形式增长,损伤增长系数为0.59。

基于积分球的高功率激光多参数测量技术

针对传统测量技术对入射光入射方向敏感的缺点,提出了一种基于积分球的高功率激光多参数测量的分光技术。采用蒙特卡罗法对衰减率、出射光时间波形特性、入射光时间波形恢复这三个方面进行了数值分析和仿真,验证了积分球作为激光测量系统中的分光元件的可行性。利用积分球对纳秒激光的能量和时间波形进行测量,实验结果与理论分析相符。实验与仿真均表明在激光参数测量中采用该分光技术,通过测量出射光各项参数可以恢复入射光的光谱参数、能量参数、时间参数,克服传统技术中入射光的入射方向对于出射光的各项参数有较大影响的问题。该技术方案占用空间小、易于集成,可用于多路高功率激光参数测量系统的模块化设计。

高功率超短激光脉冲特性的三阶相关测量

为了准确测量皮秒量级超短脉冲的信噪比,扩大测量仪器的可测动态范围,针对高功率超短激光脉冲在相关过程中产生参量荧光的问题,研制了一台重复频率扫描测量的三阶相关仪,并在皮秒域短脉冲光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)抽运源上开展了测量技术研究。研究实验表明,通过采用大角度非共线匹配方式,消除了参量荧光对测量过程的影响,进而通过结构优化降低了背景噪声的影响,使可测动态范围达到107左右。由于互相关技术的非对称性,该测量系统可同时提供时间波形的分析功能。测量结果显示,激光脉冲前沿与双曲正割(sech)型曲线比较吻合,而脉冲后沿与高斯型曲线吻合得比较好。

包含波面校正的四程放大系统的准直问题研究

为了解决高功率激光系统中,尤其是多程放大系统中波前畸变校正和光路准直之间的相互干扰问题,针对包含自适应光学系统的四程放大系统,利用菲涅耳衍射积分理论,建立了310mm×310mm大口径光束的四程传输模型,采用坐标扩展变换的方法解决了传统计算中同时需求近、远场高分辨率带来的计算量过大问题;基于此模型,比较了质心法、圆拟合法和纯相位匹配滤波等三种图像处理算法对存在波面差的光束的远场中心的处理精度;分析了波面校正对焦斑位置的影响;本文内容为四程放大系统准直调整方案的优化提供了重要依据.

双光路自相关系统透反射率的重复精度测试

设计了一台双光路自相关的透反射率测量系统,实验测试了3种不同形态激光作光源时,系统的单点透反射率重复性精度,验证了光源的功率和偏振稳定性对此系统的影响较小。在验证性分析的基础上完善了系统的稳定性,并对系统精度进行校准。实验结果显示,在置信度为95%时,系统的重复不确定性能稳定在0.04%左右,满足大口径低透射率、低反射率光学元件均匀性测量的精度要求,为此类仪器设计提供了参数选择依据。

基于三频外差法的异构铸件三维测量系统

惯性平台中的台体和本体均为复杂异构铸件,目前多采用人工划线法建立多个基准来进行测量,效率和精度低,易漏检误检。基于多频外差法的三维光学测量系统已广泛应用于航空、航天等制造领域,根据被测铸件异构的特点,结合双目视觉和相位光栅法较高的检测效率和精度,搭建了一套三维测量系统。首先通过平板标定法得到系统的固定参数和可变参数,然后利用数字光栅投影仪向被测零件表面投射三套不同频率的相移条纹图,相机同步采集变形条纹图,再利用四步相移和三频外差法得到周期为1的相位分布,以此为基准展开得到连续分布的绝对相位,结合极线约束和相位匹配重建出被测零件的三维点云数据,最后在三维软件中完成点云处理、曲面重构和三维测量。实验结果表明,系统的绝对测量精度小于0.1mm,能够实现异构铸件的三维尺寸测量,具有较高的检测效率。

基于模糊控制的浮子快速静平衡与系统研制

针对三浮陀螺浮子在研制过程中的静不平衡问题,为提高浮子组件的静平衡精度和效率,提出了浮子轴向和径向静平衡的新方法。基于浮子静平衡原理,在常温粗平衡时,采用力矩平衡原理,可快速实现浮子轴向平衡。在常温精平衡时,首次引入智能控制领域的模糊控制(Fuzzy Control)算法,充分利用专家经验,实现浮子径向平衡。基于该方法,研制了一台陀螺浮子静平衡检测设备。通过正式浮子测试,本方法和设备已经成功实现了三种型号浮子组件的静平衡,平衡精度小于0.01μN·m,平衡效率提高了50%,且设备已获得实际的工程应用。

Simulation study of broadband long-pulsed amplification in high-power laser systems

Accurately and efficiently predicting the fundamental-frequency temporal shape of broadband long-pulsed lasers is very important in research on the properties of high-power laser amplifiers. In this study, we first propose that analytic electric polarization in the temporal domain is applied to broadband long-pulsed pulse amplification. We first verify the accuracy of this algorithm in the dozens of picoseconds range and the results are consistent with Miro software. Then we simulate the broadband long-pulsed amplification. The simulation results indicate that the front edge of the output pulse is more enlarged than the end edge owing to saturation and that the gain narrowing induces severe amplitude modulation. Analytic electric polarization in the temporal domain is effec- tive and precise for investigating the broadband pulse amplification in the time scale from dozens of picoseconds to nanoseconds, and the computation time can be decreased by at least 4 orders of magnitude.

基于目标纹理的机器视觉转角检测方法

目标姿态角度检测系统是确保智能制造设备自动化、智能化的核心部件之一,在智能制造设备中得到了广泛的应用。提出了一种基于目标纹理的机器视觉转角检测算法,该算法通过椭圆聚类提取图像中的感兴趣区域,采用Hough梯度变换寻找感兴趣区域中包含特定纹理特征的区域,结合先验信息对特征区域进行标记、匹配,进而计算出待测物体的滚转角度,算法的运行耗时小于0.5s。采用该算法实现了浮子组件在浮液中的径向滚转角检测,并模拟实际检测环境测试了该算法的精度。测试结果表明,绝对精度小于0.3°,重复性精度小于0.08°,满足实际生产现场对检测精度的要求,解决了人工检测精度低、耗费人力的问题,提升了浮子转角检测的精度和智能程度。