Scanning Measurement Method of Dispersion Mini-spot by Quadrant Photodetector

Quadrant photodetector is a new type position detector, which has already been applied to many fields such as measurement, target tracking, control, laser collimation, guidance, etc. System performance is related to laser spot area received by the quadrant photodetector. The optimum linear output signal of system is gotten only when the size of laser dispersion spot is well-proportioned to the detector photosensitive area. A method to measure the mini-spot received by detector and to adjust it in real time is presented, which is based on the quadrant geometrical and optical structure, making use of tilting mirror scanning, the sequence output signal of detector is gotten, then measurement model is built with rate of signal change as characteristic variable, the radius of the laser dispersion spot and adjustable value of dispersion are calculated. The experiment result shows that the maximum error is 0.58μm in measurement range of 0.5mm±0.1mm.

一种电子束扫描焊控制技术

阐述了由有限线段和圆弧组合逼近二维焊缝轨迹扫描焊的三步骤:示教寻迹、轨迹计算和扫描焊.采取斜角与直角坐标数据互换,解决制造工艺引起的x,y扫描轴不垂直问题;采用以电子束偏转幅值及速度为因变量动态校正偏扫励磁电流方法,解决扫描轨迹失真问题;采用以电子束偏移矢量为因变量动态校正聚焦励磁电流方法,解决偏转后束斑散焦问题."跑道"形焊缝扫描焊试验结果为:焊缝偏离中心小于0.08 mm、焊缝深度误差小于0.13 mm、焊缝表面宽度误差小于0.16 mm,结果表明,电子束扫描焊三步骤能够比较精确地复现焊缝轨迹及较好的焊接效果.

光学系统弥散斑参数的测试

采用CCD显微成像系统对光学系统弥散斑参数进行定量测量,并设计了弥散斑参数的评价算法。首先,给出了弥散斑参数的定义,分析了弥散斑所形成的能量等高线构成的闭合的连通区域,对占总能量80%的区域计算其弥散斑直径。然后,对该区域的边界点进行椭圆拟合,得到弥散斑圆度。提出的方法通过对光学系统在像平面所成的星点像的能量分布的分析,在弥散斑圆度测试中引入了椭圆拟合,减少了CCD噪声和测试环境中的杂光等随机因素对测试结果的影响,提高了测试结果的置信度。实验结果显示:弥散斑直径测试重复性为0.18μm,弥散斑圆度测试重复性为1.65%。提出的方法实现了弥散斑参数的定量测试,满足航天项目中光学系统成像质量控制要求。

基于弥散斑单基站定距的可行性分析

在理论上分析了基于弥散斑的单基站定距方法,并利用远心光路改善弥散斑的测量。为了提高测距范围,在成像光学系统前加一望远光学系统,可以适当改变整个系统的焦距,改善系统的测距范围,从而可以实现单基站定距。

TFT-LCD面板反射的能量对光斑图像的影响

针对基于激光三角测距原理设计的显微镜自动对焦系统中,光斑在TFT-LCD面板上表面或者下表面聚焦时的鬼影以及打在金属丝上的光斑畸变问题,提出在焦平面附近调节相机快门和增益以消除鬼影,并根据相机快门时间动态变换光斑中心的求解方法。分析了光斑鬼影产生的原因和消除方法以及当光斑图像不同程度打在金属丝上时,导致光斑图像局部明显增强的特性,给出了求解光斑中心的方法。实验结果表明,光斑中心位置和离焦量线性拟合R的平方值为0.991,减少了激光三角测距法的非线性误差,实现了非接触快速对焦。

激光淬火技术轨迹生成及相关工艺的探讨

通过对激光淬火技术的理论研究和分析,得出激光淬火须满足的基本要求,并指出关键技术所在。为满足其基本要求,对各种转接类型轨迹生成及相关工艺进行了深入探讨。

基于偏心光束法的离焦量探测装置及计算方法的改进

引入生物显微镜用于探测病理切片离焦量。针对反射光斑内部纹理缺陷、畸变严重的特殊情况,通过自适应中值滤波、基于Ostu算法的Canny边缘检测(去除非圆弧边缘部分)、畸变校正、最小二乘法拟合非完整圆等算法,直接计算光斑半径大小及离焦方向,建立光斑半径与离焦量的线性关系模型。实验结果表明,与传统的灰度重心法相比,离焦量计算方法抗噪性强、稳定性高,可大幅度地提高线性关系模型的范围及光斑半径、圆心位置的准确度。

利用离焦光斑的离轴望远镜失调校正方法研究

离轴反射式望远镜主要应用于空间天文观测等领域。离轴两反望远镜的成像质量对镜片的失调敏感,且在工作环境下失调后使用激光干涉仪进行校准较为困难。针对这一难题,本文提出了一种利用系统对无穷远点目标的离焦光斑图并使用Swin-Transformer网络计算次镜横向失调量的方法。通过理论计算分析,可以避免多解问题的相机离焦位置,并利用仿真探究了不同离焦量对校正精度的影响,最后搭建实验平台进行验证,训练好的网络使用失调系统的一帧离焦光斑图便可进行失调量的估计。仿真分析与实验结果均验证了该方法的有效性,可实现工作环境中失调望远镜系统的高精度和快速校正。

激光武器变焦发射系统远场光斑尺寸最小化研究与实现

辐照功率密度足够强是激光武器对目标造成有效杀伤的重要前提。在激光输出功率有限的情况下,为了满足这一要求,就需对辐照光斑尺寸进行评估优化。本文以卡塞格伦共轴变焦发射系统为模型,基于高斯光束的传输理论,计算了目标位置处光斑尺寸与发射系统各参数间的一般规律,并利用MATLAB软件对典型发射系统进行仿真分析。结果表明,将激光束聚焦于目标位置时,光斑尺寸并不是最小的,而是将光束聚焦于目标位置前,发散到目标上的光斑尺寸最小。在此基础上,推导了发射系统离焦量满足的关系式,结果显示,离焦量与目标位置成反比,与主发射镜焦距的平方成正比,与发射激光束的参数无关。本文研究内容对发射系统快速调整,实现最小光斑辐照并毁伤目标具有重要的实际指导意义。

基于大角度偏转的增材制造设备性能的研究

通过研究电子束束斑在大角度偏转下的变化规律,进行了大角度偏转下增材制造设备性能的研究。实验结果表明,由于电子枪固有的聚焦和偏转工作方式的原因,电子束在大角度偏转下必然会出现严重的散焦现象,从而影响零件成型精度。通过修正设备的聚焦电流可以减小这种散焦的程度,提高电子束大角度偏转下的零件成型精度。利用本文提出的修正策略,在原精度要求不变的情况下,改进的增材制造设备可以快速成型尺寸更大的零件。