High-precision method of detecting motion straightness based on plane mirror interference

A high-precision method of detecting motion straightness was proposed based on the prin- ciple of plane mirror interference after analyzing the motion straightness error of a linear stage. De- tection experiments were carried out and the motion straightness errors were separated by the linear regression method. Finally, linear measurement uncertainty of the detection method was estimated. The results showed that this detection method was simple and accurate, and was especially suitable for precision detection of motion straightness error in the small travel movement of ultra-precision machining.

多波段共孔径共焦面光学系统综述

多波段共孔径共焦面光学系统由于具备“一个光学镜头与一个探测器”的性能等效于传统光学系统(两个光学镜头搭配两个探测器)的能力,共口径共焦面成像能够实现视场与目标信息的匹配,为后续各波段信息融合提供前提条件。基于其光学元件数量少、体积小等特点,已经成为多波段光学系统新的研究方向。特别是环形反射式光学系统,凭借其体积小的优势,在枪瞄准镜、导引头、机器视觉等领域占据着重要的位置。本文以多波段共孔径共焦面光学系统发展为主线,分析了多波段共孔径共焦面光学系统的研究现状,全面介绍了多种类型的多波段共孔径共焦面光学系统,讨论了其光学结构特点、光学系统性能,并比较了这几种光学系统的优缺点,供光学设计领域研究人员共同研讨。

指向学生科学论证能力培养的教学设计——以“平面镜成像”为例

科学论证能力是学生在物理学习中不可缺少的部分,它的培养能有效提高学生的逻辑推理能力,在学生学习和生活过程中解决实际问题时,也有着至关重要的作用.基于此,以“平面镜成像”一课为例,研究指向培养学生科学论证能力的课堂教学设计,为一线教师提供可参考的教学案例.

两种方式构建的正中矢状面在面部畸形患者中的准确性研究

目的探讨本体/镜像关联法和点构法所构建的三维头颅的正中矢状面(median sagittal plane,MSP)在面部畸形患者中的准确性,为颌面部对称性分析提供依据。方法本研究通过医院伦理委员会批准。选取30例面部畸形患者的锥形束CT数据,以DICOM格式保存输出,在Mimics21.0下完成数据分割获取数字化三维头颅,将所生成数字化头颅数据导入逆向工程软件geomagic studio 2014中。分别使用本体/镜像关联法、点构法构建头颅的MSP。本体/镜像关联法对数字化头颅数据进行左右镜像后合并,获取对称特征平面即为所构建的MSP平面(S1)。点构法通过Mimics21.0在数字化头颅数据中选取鼻根点(nasion,N)、鸡冠点(crista galli,CG)、蝶鞍点(sella,S)、颅底点(basion,Ba)、梨骨点(vomer,V)、后鼻棘点(posterior nasal spine,PNS)、切牙孔点(incisive foramen,IF)、前鼻棘点(anterior nasal spine,ANS);一并导入geomagic studio 2014中,获取的最佳拟合平面即为所构建的MSP平面(S2)。由5位颌面外科高年资医生,采用单盲法对两种方法构建的S1、S2结果进行主观评分,对两组评分进行配对t检验。再次重复实验评分,对5位颌面外科高年资医生的前后两次评分进行一致性分析,验证专家评价法的可重复性。结果本体/镜像关联法构建S1平均得分为65.73,点构法构建S2平均得分为75.90。S1、S2组配对t检验得出点构法得分高于本体/镜像关联法,差异具有统计学意义(P<0.01)。一致性分析检验结果表明本研究的专家评分具有可重复性及一致性。结论在面部畸形患者中,点构法所构建的MSP优于本体/镜像关联法所构建的MSP,可为颌面部对称性分析提供依据,具有临床可行性。

巧用数学定义探究平面镜成像

从实验方法和实验器材2方面对探究平面镜成像实验进行改进.改变实验方法,利用轴对称定义,简化了传统实验流程,减小了实验误差;改变实验器材,利用磁性材料,解决了平面镜与底座难以垂直的问题以及物点和像点的精准描画问题.改进后的实验装置设计合理、操作简便,适合用于演示实验教学.

制作平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉系统

设计和制作具有较高波前平面度和结构稳定的干涉曝光系统是研制高质量平面全息光栅的首要条件。对离轴抛物镜/洛埃镜系统、单透镜/洛埃镜系统、球面反射镜/洛埃镜系统和双分离透镜/洛埃镜系统等4种单反射镜干涉曝光系统产生的干涉条纹直线度进行了光线追迹。在干涉场中放置标准光栅,使用于曝光的两束平行光入射到光栅上,从而衍射光相干叠加产生莫尔条纹;并对上述4个系统产生的莫尔条纹做了模拟。利用Zernike多项式对莫尔条纹进行拟合得到干涉曝光系统的波前像差,比较了4个系统的差异。结果表明,采用离轴抛物镜/洛埃镜系统制作中、小口径平面全息光栅是最为合适的。在此基础上,研制了用于制作最大尺寸为110 mm×110 mm,刻线密度〉1 200 l/mm的平面全息光栅的离轴抛物镜/洛埃镜干涉曝光系统,在洛埃镜和离轴抛物镜面形精度为λ/8（λ=632.8 nm）的前提下,平面全息光栅的衍射波前像差为0.239 6λ（λ=550 nm）。此系统经过消除外界扰动和精细装调后,可用于制作衍射波前像差达λ/6~λ/7（λ=550 nm）以上的平面全息光栅。

轻质碳化硅平面反射镜超光滑表面加工

介绍了对角线为110mm六边形反应烧结轻质碳化硅平面反射镜超光滑光学加工工艺流程。详细阐述了各个工序所使用的磨具、磨料和抛光机床工艺参数,对实际加工的轻质碳化硅平面反射镜超光滑表面进行检测,检测结果为:面形精度均方根值(RMS)为0.011λ(PV值为0.071,λ=632.8nm),表面粗糙度RMS达0.75nm。

高精度光学表面的OFHC铜反射镜抛光技术

已研制出用于红外（３．８μｍ）波段光辐射的特殊光学元件样品——高精度光学表面质量的无氧高导（ＯＦＨＣ）铜平面反射镜。本文描述了此种铜镜基底的抛光技术。讨论了材料的选择、基底成形精磨及抛光工艺研究，给出了最终光学表面的测量结果。

基于单目视觉技术的智能交流接触器三维动态测试与分析技术

在智能交流接触器智能控制系统和平面镜辅助成像技术的基础上,提出了基于单目高速摄像机采集智能交流接触器动态过程的序列图像,进行智能交流接触器三维动态特性测试的方法。从图像序列中检测识别智能交流接触器运动部件的特征标记点,动态跟踪特征标记点的位姿,从而对智能交流接触器动作机构动态过程进行全方位的测试与分析。该测试技术与分析方法对智能交流接触器运动的智能控制、样机优化设计的研究意义重大。

MetroIn在飞船精度测量中的应用

根据航天部门对飞船舱体高精度的总装要求,基于MetroIn开发飞船专用测量模块,采用空间前方交会以及镜面准直原理,进行点位坐标测量、立方镜准直测量以及平面镜准直测量。构建舱体坐标系、立方镜坐标系以及平面镜法线,进而解算出两坐标系之间的3个平移参数和9个转换参数,以及坐标系与镜面法线之间的3个参数,取得了良好的效果。

采集太阳光的照明系统

提出一种采光面积大、结构简单、制作容易、维修方便的平面反光镜阵列汇聚采光,导光管传光,平面镜耦合,磨砂塑料盘散光的新型太阳光照明系统。考察了该系统的平面反光镜聚光特性,导光管的耦合方法及导光管透光率随光线入射角、导光管长度和导光管直径的关系。利用该系统,研究了透射光光强随导光管长度的变化规律、0.72M长导光管在不同集光比下的导光性能以及一天中聚光与不聚光条件下导光管透光率比较。结果表明,采用本系统汇聚阳光使进入导光管光线的入射角可以调整,入射角角度都比较小,从而使光线在导光管中的反射次数减少,光损失少,一天中光照亮度均匀。

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±2μm,重复定位精度优于±1μm;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。

特殊地形条件下杆塔倾斜率的测量方法

在总结实践经验的基础上,提出了基于平面镜法的杆塔倾斜率测量方法。该方法可解决特殊地形条件下,由于观测点受限,杆塔倾斜率难以采用常规方法进行测量的问题。讨论了该方法的测量误差来源和应用条件,在输电线路施工中的应用证明了该方法的有效性和正确性。

基于高精度电子水平仪的平面镜水平调整方法

本文提出一种基于高精度电子水平仪实现平面镜反射面水平调整的方法,利用平面镜水平基准作参考进而实现激光干涉仪测量光束竖直方向准直的目的。利用该方法搭建的实验装置通过最短的传递环节将竖直轴向标准传递至平面镜反射面的水平调整上,建立数学模型证明了该方法可行性,并给出了仿真结果;通过实验及分析,本文搭建的实验装置竖直轴向标准精度小于28μrad,传递至平面镜的反射面上,实验得到平面镜水平倾角小于30μrad,从而实现一种平面镜反射面作为参考级水平基准的调整;最后设计实验应用于光束竖直方向准直调整,并实现与酒精液面参考的直接比对,实验证明本文搭建的平面镜水平调整装置与传统的酒精液面参考水平特性高度吻合。

离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦,从而影响遥感成像质量。本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿。首先,分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点,确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理。然后,介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器,推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系,分析了调焦系统所能达到的调焦精度。最后,通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线。对闭环控制方式测试数据的计算分析显示,闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11μm,满足相机调焦控制精度±10μm的要求。

基于高光谱图像与果蝇优化算法的马铃薯轻微碰伤检测

针对通常采用的反射高光谱无法准确检测随机放置马铃薯表面轻微碰伤的问题,提出了一种用V型平面镜的高光谱并结合果蝇优化算法(FOA)检测马铃薯轻微碰伤的方法。试验搭建了V型平面镜反射高光谱图像采集系统,分别采集随机放置下的轻微碰伤和合格马铃薯的高光谱图像,每张高光谱图像包含平面镜1反射图像F1、相机直接采集图像F2、平面镜2反射图像F3,分别提取F1、F2、F3感兴趣区域的平均光谱拼接成马铃薯的属性矩阵。采用标准正态变量变换(SNV)预处理后的光谱矩阵进行全波段的支持向量分类机(SVC)建模,预测集的识别率仅为84.11%;为了提高模型的性能,采用蚁群算法(ACO)进行变量优选,优选出9个变量建立的SVC模型预测准确率为95.32%;分别用网格搜索法(Grid search)、遗传算法(GA)和FOA对SVC的惩罚参数c和核函数参数g进行寻优,通过比较分析,FOA-SVC对训练集和预测集的识别准确率均达到100%。试验结果表明,用V型平面镜的高光谱结合FOA-SVC能够准确检测马铃薯的轻微碰伤,可为马铃薯的轻微碰伤在线检测提供技术基础。

激光诱导击穿光谱技术测定钢样品中元素Mn和Ni

为了减小激光等离子体发射光谱的自吸效应,提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力,设计了一种平面反射镜装置对等离子体进行空间约束,研究了不同实验条件下的光谱线线型,定量分析了钢样品中的元素Mn和Ni.实验结果表明,利用平面反射镜装置约束激光等离子体以后,光谱线的自吸效应比常态条件下有明显减小;通过定量分析样品元素Mn和Ni的结果看出,无平面反射镜装置时的相对标准偏差分别为3.70%和6.23%,而实验中加入面反射镜装置以后分别降至1.86%和2.16%,显著提高了分析结果的测量精度.

一种成像光谱仪前置物镜的设计

未来的成像光谱仪要求其光学系统在宽视场和宽波段范围内有高的空间分辨率和光谱分辨率。提出了一种无遮栏三反射镜系统的设计方法。所设计的三反射镜消像散系统包括两个非球面凹反射镜和一个凸球面反射镜。系统的视场角可达到5°,并实现了平场、远心光路的设计,可满足大视场高分辨成像光谱仪前置物镜的使用要求。

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。

超大口径平面反射镜的光学检测(特邀)

在简要总结了各种检测大口径反射镜难点的基础上,为了实现30 m望远镜(TMT)超大口径第三反射镜的高精度检测,提出了一种融合五棱镜扫描技术和子孔径拼接测试技术的新方法。大口径反射镜分阶段依次进行了五棱镜扫描测试和子孔径拼接检测,对该技术的基本原理和基础理论进行了分析和研究,制定了检测30 m望远镜第三反射镜(口径为3.5 m×2.5 m)的方案,对其测试流程、五棱镜设计、五棱镜扫描像差拟合、拼接最优化算法等进行了详细分析,并对30 m望远镜第三反射镜的原理镜进行了实验验证,其最终拼接检测面形的均方根值(RMS)和斜率均方根值(slopeRMS)分别为28.676 nm和0.97μrad。