基于单片机的液体透镜成像清晰度调节系统

为实现液体变焦透镜的自适用调节功能,开发了一种基于单片机的液体透镜成像清晰度调节系统。系统选择PIC16F1847单片机作为主控芯片,高压DC-AC转换器MAX14521E芯片用于控制液体透镜实现变焦,达到可调节成像清晰度的目的。设计了一款用于成像清晰度调节的人机交互软件,软件功能包括液体透镜成像清晰度手动调节和自动调节,用户可根据使用需求在界面上选择调节模式。测试结果表明:该系统能够实现成像清晰度调节功能,性能稳定,自动调节速度快,电压驱动电路最高可输出120 V交流电压。

基于图像识别的管道组对工艺自动控制系统设计

为确保管道组对的精确度,提出基于图像识别的管道组对方法。设计了一种管道自动对中调姿机构,并使用Solidworks软件对其进行了三维建模和运动仿真,以评估其结构设计的合理性。根据整体视觉测量方案,成功搭建了视觉测量系统的硬件平台,并对系统硬件进行了选型。研发了一款基于SQLServer数据库框架的视觉测量和控制软件,它将系统标定、图像采集处理、图像模糊抗噪及位姿解算等多项功能融合为一体,为用户提供了全方位的图像采集处理和控制体验。经过对管道组对平台的测试试验,证明了所提测量方法在精确度方面的优势。

基于多策略改进金豺算法优化LSTM的短期电力负荷预测

针对长短期记忆(long short term memory,LSTM)神经网络存在短期负荷预测精度低和稳定性差的问题,提出一种基于多策略改进金豺(improved golden jackal optimization,IGJO)算法优化LSTM的短期电力负荷预测模型。首先融合凸透镜成像反向学习策略,探索更好的初始解位置;引入Sigmoid函数改变逃逸能量,平衡探索和开发阶段;融合鲸鱼优化算法的螺旋包围机制,增强探索能力,提高收敛精度。然后,引入LSTM神经网络,利用IGJO算法优化LSTM的超参数,并建立IGJO-LSTM短期电力负荷预测模型。最后,使用河南某地区的实际电力负荷数据验证IGJO-LSTM短期负荷预测模型。实验结果表明,所提预测模型在工作日和周末不同时刻的电力系统短期负荷预测结果与实际负荷较接近。相比于传统预测方法,所提预测模型具有更高的精确度和稳定性,并具有一定的实际应用潜力。

基于能量信息耦合梯度调节机制的图像修复算法设计与应用

为了克服当前图像修复算法主要依靠图像的置信度信息来获取优先修复块,忽略了图像的能量信息,导致修复结果中存在不连续及伪吉布斯现象等缺陷,设计了基于能量信息与梯度调节机制的图像修复算法;首先,通过区域能量函数来求取图像的能量信息,以计算待修复块的优先权信息,得到优先修复块;然后,基于图像梯度模值,建立梯度调节机制,以调节样本块的大小,获取与图像纹理相适应的样本块尺寸;引入平方差求和(SSD)函数,以确定最优匹配块;最后,通过像素点间的差异性,构造相似惩罚因子,以更新置信度项,完成图像的修复;实验结果显示,在所提算法中将变化阈值取值为0.5时,较当前图像修复方案而言,所提算法具备更好的修复性能,所得到的修复图像拥有更好的纹理连贯性与更高的结构相似(SSIM)值;当对像素丢失比例达到50%的图像进行修复时,较对照组算法而言,所提算法修复图像的SSIM值分别提高了6.5%和17.5%。

结合特征调整与联合自注意力的图像修复

深度学习给图像修复带来了前所未有的进步。然而,由于在特征提取过程中重复使用下采样操作导致上采样特征图以及与相应的自底向上的特征图之间存在一定的空间偏差,因此现有的方法在特征合并之后往往会产生结构失真、纹理模糊的图像修复结果。为了解决上述问题,提出了结合上下文特征调整与联合自注意力的图像修复模型。该模型由两部分组成:上下文特征调整模块和联合自注意力模块。上下文特征调整模块通过调整卷积核中的每个采样位置,学习像素的变换偏移用于在上下文中对齐上采样的特征来减少空间偏差。联合自注意力模块通过在空间和通道维度内部保持比较高的分辨率,并采用了Softmax-Sigmoid联合的非线性函数,能够有效地建模输入和输出特征之间的远距离依赖关系,使得模型能够在图像修复任务上获得更好的性能。将这两个模块整合到一个自上而下的金字塔结构中加强了模型对图像不同尺度特征的利用,形成一个新的图像修复模型。在CelebA、Places2和Paris StreetView等公开可用的数据集上评估了提出的方法。实验结果表明,提出的方法在质量上和数量上都优于目前主流的图像修复技术。

大口径透镜姿态调整机构的支承分布设计

为了设计大口径透镜姿态调整机构,研究了三顶三拉调平结构布置方式的调节性能及其对受力变形和光束质量的影响。采用几何方法,得出了三顶三拉结构在任意三角形布置下升高量与调整角度变化的关系,定义了角度调整的相关系数;利用有限元分析软件分析了3类支承点布置情况下调节平板的变形情况。分析结果表明,三顶三拉调整机构具有调整量可计算的特点,当调节平板的尺寸为580 mm×570 mm×20 mm,采用等腰三角形支承点布置方式时,重力引起的最大变形为12.51μm。对采用了等腰三角形三顶三拉结构的透镜姿态调整机构进行了装校调试及打靶实验,结果证实了该布点方式对姿态调整的有效性和调整完成后精度的稳定性。

光刻投影物镜中的透镜X-Y柔性微动调整机构

针对光刻投影物镜中透镜X-Y调整机构调整量程小、调整精度高的特点,提出了一种基于柔性铰链的X-Y微动调整机构,并将其应用在光刻投影物镜模型中进行了实验验证。首先,基于机构自由度和机构瞬心等概念介绍了该机构的工作原理。然后,用柔性铰链代替传统铰链完成了该机构的结构设计,并对该机构的运动方向刚度、位移输入-输出比以及固有频率和阵型等进行了仿真分析。分析结果表明:该机构X,Y方向的刚度值为1.99μm/N和1.96μm/N,X,Y方向的位移输入-输出比值分别为-2.5和-2.56,机构X,Y方向运动的原理误差分别为实际量的8.22%和6.68%。最后,将研制的X-Y微动调整机构用于光刻投影物镜验证模型中,给出了X-Y调整机构补偿前后的系统波像差。结果显示:模型补偿前后的系统波像差RMS分别为50.864nm和25.933nm。由此表明,本文设计的柔性微动调整机构补偿效果明显,能够满足光刻投影物镜高精度X-Y调整补偿要求。

空间望远镜成像镜调焦机构改进设计与分析

根据已有的研究工作,对成像镜调焦机构系统做了进一步改进,并对模型进行了环境影响分析和考虑接触时的受力分析.文中详细给出了设计的基本原理及设计方法,该机构通过电机驱动丝杠完成对成像镜的移动.由接触分析结果可以看出,考虑接触约束时所计算得到的结果比较符合实际情况,结构的强度满足要求.

空间太阳望远镜成像镜调焦机构设计与分析

根据空间太阳望远镜成像调焦的要求,设计了一成像镜调焦机构.给出了设计的基本原理及设计方法,即步进电机驱动滚珠丝杠,丝杠通过连接杆和转向关节带动内筒.并根据设计加工制作了实物缩尺模型,进行了误差分析.最后给出了机构在锁定状态,16g重力加速度作用下的力学分析.

基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构的位姿正解

针对光刻投影物镜中光学元件X/Y/θ微动调整的工程需求,研制了一种基于3-RRR结构的光学元件柔顺微动调整机构,并对其位姿正解进行了研究。建立了3-RRR柔顺并联机构的伪刚体模型,并采用矢量代数法理论推导了该机构的位姿正解,得到了它的理论雅克比矩阵。然后,在NASTRAN中建立了3-RRR柔顺并联机构的有限元模型,得到了仿真环境下该机构的位姿正解和雅克比矩阵。最后,对研制的3-RRR柔顺并联机构进行了实验研究,得到了该机构真实的位姿正解和雅克比矩阵。实验结果表明,实验雅克比矩阵的各项系数分别为0.577 7、-0.304 0、-0.283 3、0.002 1、0.524 6、-0.516 5、1.402 6、1.481 9、1.435 3,而理论雅克比矩阵相对应的各项系数分别为0.612 9、-0.3065、-0.306 5、0、0.530 8、-0.530 8、1.444 6、1.444 6、1.444 6,得到的数据表明:采用矢量代数法能够理论推导出该机构正确的位姿正解公式。提出的3-RRR柔顺微动调整机构位姿正解方法为微动调整机构的研制提供了设计依据。

可见光粗跟踪成像镜头光机结构设计

为某在研地基光学望远镜设备设计了300 mm口径的可见光粗跟踪成像镜头的光机结构。采用弯月形结构优化使主镜重量减少了41.2%。针对传统胶粘接固定结构的不足提出了采用弹性压紧方式的主镜支撑结构,采用Patran有限元仿真软件对不同倾角、不同温度状态下,带支撑的主镜面形精度进行了分析;制定了装调方案,室内采用Zygo干涉仪检测带支撑的主镜面形精度检测结果为0.04λ(RMS),可见光波长λ的设计参考值为0.633μm,长焦端和短焦端的系统波像差均为0.132λ(RMS);室内采用平行光管进行星点检验、分辨率检验和外场对北极星成像试验结果显示,系统成像质量满足设备要求;验证了主镜支撑结构和镜头光机结构设计的合理性,为研制同类型镜头的光机结构提供了设计依据和技术途径。

基于柔度矩阵法的整体式XY光学微调整机构研究

研究一种用于光刻投影物镜光学元件XY微调整的整体式柔性冗余并联机构。首先,给出了机构组成和工作原理。然后,根据圆弧形单轴柔性铰链参数介绍了柔度矩阵法。接着,基于该方法推导了机构各个调整臂支链的柔度、机构的输出柔度、输入柔度和位移输入输出比。最后,对机构进行了有限元分析、理论计算和实验验证。实验结果证明:和有限元法相比,理论计算得到的机构输出柔度、输入柔度、输入输出比偏差分别为16.272%、28.326%、31.126%。和测量实验结果相比,理论计算得到的输入输出比偏差为15.212%。偏差主要由柔度矩阵法中的柔度系数并非绝对精确,并且忽略了铰链之间连杆的柔度导致的。在±50 N的驱动力范围内,机构满足调整行程±50μm的要求,镜框上的最大应力小于材料的屈服极限,调节引入的Tip/Tilt耦合误差小于0.5″。该柔性XY调整机构满足光刻投影物镜光学元件偏心补偿要求。

光刻物镜偏心调节机构抑制耦合误差设计

为了找出耦合误差产生的根源,探讨了柔性偏心机构设计方法.首先,给出了机构组成和工作原理;然后,基于柔度矩阵法对机构建模,分别推导了桥式位移放大机构、导向机构、连接机构的柔度;最后,综合得到机构的整体柔度.分析结果表明柔度矩阵法得到的输出柔度理论值和有限元法得到的结果误差为8.126%,机构的一阶固有频率为73.78Hz.在40N的驱动力范围内,机构可以实现66.466μm的行程,透镜和机构上的最大应力分别为0.0711 MPa和235.22 MPa,Y/Z/RX/RY/RZ耦合误差和X向行程的比分别为0.0543%、0.0082%、1.218×10-8rad/μm、1.870×10-7rad/μm、6.073×10-7rad/μm.调节后镜片面形PV值优于24nm,RMS值优于5nm,并且主要为像散.通过合理的柔度设计,机构接近完全解耦,揭示了不合理的机构刚度是产生调节耦合误差的根源.

空间光学相机调偏流机构设计

为了减小偏流角对空间光学相机成像质量的影响,分析了偏流角对空间光学相机成像质量的影响,对偏流角产生的原因及其像移补偿原理进行了研究。根据某空间光学相机的特点,采用在相机上设计调偏流机构的方法进行偏流角的补偿。通过几种常用的调偏流机构的比较,确定了采用双向丝杆螺母驱动的调偏流方案实现焦平面偏流角的调整。对调偏流机构进行了有限元分析,分析结果表明调偏流机构具有较高的刚度和动态强度。对调偏流机构进行了振动试验,并在试验前后进行调偏流机构精度的闭环检测,检测结果表明调偏流机构精度优于1′,调偏流机构偏流角调整范围为+5°～-5°,满足设计要求,实现了高精度的偏流角补偿。该调偏流机构具有强度高、刚度高、结构紧凑、稳定性好等优点。

空间太阳望远镜成像镜调焦机构模型设计与控制

根据空间太阳望远镜光学系统的要求,设计成像镜的调焦机构,由步进电机驱动丝杠带动内筒进行直线运动,从直线精度和定位精度两方面进行控制设计。同时设计了调焦机构的控制系统,包括操作系统、指令转换系统和驱动系统。由操作系统的PC电脑根据工作要求发出操作指令,经过指令转换系统,最后由驱动系统的步进电机完成指令的执行,同时经串口通信程序进行误差修正,从而保证了调焦机构的精确定位。

空间相机调偏流机构的设计与控制

为了减小像移对空间相机成像质量的影响,提高相机分辨率,对空间相机像移补偿方法进行了研究。分析了偏流角产生的原因及调整原理,根据本相机自身特点,设计了高精密像移补偿机构。系统采用正弦机构作为传动形式,以80C31作为偏流角控制器,以步进电机为执行元件,以绝对式编码器作为偏流角测量元件,实现了偏流角位置的闭环控制。由于偏流角调整范围在-4°～+4°之间,以-4°、-2°、0°、+2°、+4°作为假想偏流角期望值,用编码器测得了10组偏流角调整实际数据。实验结果表明:偏流角控制系统精度可达到2′,满足系统对控制系统精度<3′的要求,可以实现高精度的像移补偿。

可微调非粘结光锥阵列耦合数字X射线探测器

光锥阵列耦合数字X射线探测器是获得大面积高分辨率数字X射线成像的重要途径,但目前通常采用粘结固定的方式实现光锥阵列各小端面与对应图像传感器芯片之间的耦合.为克服粘结耦合方式的不足,设计并实现了一种可微调的非粘结2×2光锥阵列耦合数字X射线探测器.该方案能够在调节空间受光锥阵列结构和硬件电路板尺寸限制,特别是竖直方向板间距离仅40mm的情况下,通过独特设计的水平和竖直调节机构在同一个调节层上对四块数据采集板分别进行多维度调节.利用四块数据采集板与数据传输板相互分立的特点,设计了基于ARM+4FPGA的嵌入式以太网多CMOS芯片传输数据采集系统,所实现的X射线探测器成像面积达100mm×100mm,能够完成可微调的非粘结耦合和多CMOS芯片的图像数据采集.

大口径望远镜Coude光路光机结构设计研究

Coude光路是大口径望远镜光学系统必要的组成部分,它将主望远镜的光束进行传递,以使其进入望远镜机下Coude实验室,与子光学系统相耦合。在Coude光路中,存在多块折转反射镜,反射镜之间的相对位置关系影响着系统的成像质量。因此如何保证光学元件之间的位置关系,成为光机结构研究的关键问题。根据系统要求分析并设计了各类型调整机构,包括二维半运动支撑倾斜调整机构、一维燕尾形导轨平移机构和一维精密旋转机构,机构行程大、操作便捷,既保证光学元件之间的准确位置关系,也便于装调和检测。整个研究方法适用于光机系统调整,在实践中得到了应用。

惯性约束激光核聚变X光环孔成像实验装置研制

归纳了X成像的方法;探讨了编码环孔成像原理、方法、步骤,根据实验目的和要求,讨论了实验装置的构成。阐述了调节机构的功能,确定了合理的方案,分析了实验装置的精度以及提高精度的措施,对实验过程中装置的装调进行了描述,进行了现场打靶实验。

新型空间相机偏流角调整方法

针对目前国内光学成像侦察卫星成像模式单一、对曲线条带状目标侦察效率低下的现状,开展了以相机实时像移补偿技术为基础的一种新型空间相机偏流角调整方法的研究。介绍了新型空间相机偏流角调整方法的原理,并设计了一种可使空间相机实现实时像移补偿的偏流调整机构。区别于传统的TDI-CCD拼接后整体旋转调偏流方式,该机构实现了TDI-CCD分片旋转调偏流,以达到空间相机实时像移补偿的目的。最后,进行了偏流机构传动精度分析与测试,分析与测试结果均表明:所设计的偏流调整机构传动精度高,结构系统响应速度快,可满足相机敏捷成像侦查任务。