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最新刊期
2015 年 第 6 期
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光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差
摘要：介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度.针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型.采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系.通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析.分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好.本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计.关键词：埋入式光纤传感器;光纤感知应变;应变传递误差;光纤粘贴长度;光纤封装- 64
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发布时间：2020-08-13 -
激光外差探测对振动目标多普勒频谱成像
摘要：提出了采用激光外差技术探测振动目标,获取目标多普勒频谱图像,实现目标轮廓识别的方法.基于相位变化给出了目标振动形成外差信号的光电流模型;用扫描振镜控制激光光束方向实现对目标点扫描;通过振镜驱动电压触发数据采集卡,实现扫描与采集同步.利用频谱展宽占有比例的信号处理方式处理振动目标形成的多普勒频谱,简化了数据处理方式,有效消除了单个峰值噪声对信号的影响.实验中以5 MHz采样率测得两个目标在不同位置的特征频谱,得到了它的频谱展宽占有比例曲线;选取不同频谱展宽占有比例形成多普勒频谱图像,指出频谱展宽占有比例在0.7到0.9时能够形成良好的振动图像.文中结果证实了利用频谱展宽占有比例的数据处理方式探测振动目标是有效的,利用外差技术获取振动频谱图像是可行的.关键词：激光外差探测;振动目标探测;多普勒频谱成像;目标识别- 91
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发布时间：2020-08-13 -
ITO/Ag光子晶体薄膜的制备及性能
摘要：考虑材料的电磁屏蔽特性和可见光透过的矛盾,设计了以铝/氧化铟锡(Ag/ITO)为周期的光子晶体薄膜以实现电磁屏蔽和可见光透过的兼容.首先根据电磁屏蔽和可视的双重需求,优化了光子晶体的组份并对其性能进行了研究.接着采用磁控溅射方法制备了以Ag/ITO为周期的光子晶体薄膜, 并对光子晶体薄膜的屏蔽和可见光透光率进行了测试和分析.实验结果表明:这种光子晶体薄膜在金属Ag总膜厚大于可见光趋肤深度而远小于微波波段趋肤深度时,在可见光波段的最高透光率高达55%,而在微波x频率段的屏蔽性能最高可达65 dB.通过结构设计,使薄膜的可见光透光率曲线与人眼的敏感曲线相吻合.随着每个周期Ag膜层的厚度增加,方阻相应降低,微波屏蔽性能相应提高.随着周期数的增加,薄膜的可见光透光率没有相应降低、屏蔽性能没有相应提高.设计的光子晶体薄膜在30 MHz~18 GHz较宽波段的屏蔽性能均大于40 dB.这种设计方法为材料的电磁屏蔽和可见光透明兼容开辟了一条新的技术途径.关键词：光子晶体;光子晶体薄膜;ITO/Ag薄膜;电磁屏蔽;透明金属- 56
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发布时间：2020-08-13 -
大面积三角组合光幕弹幕武器密集度的高精度测试
摘要：提出了一种交叉布置的大面积三角组合光幕的高精度激光靶密集度测试方法,以解决超高射频弹幕武器立靶密集度测试的难题.给出了激光器、激光光束整形系统、激光探测器阵列组成的大面积三角光幕光电开关系统设计方案,分析了双大面积三角光幕测量原理,推导出了三角光幕弹着点坐标解算方法.结合系统采用的探测器件输出特性分析了该测试方法的误差, 结果显示:当规则靶面区域宽度从3.6 m扩展到10 m时,最大测试误差从0.557 mm变为0.832 mm,只增加了0.275 mm,实现了很高的测量精度.模拟射击试验结果表明,采用分辨率为1.6 mm的探测器阵列时,X坐标最大误差为0.747 mm,Y坐标最大误差为0.635 mm,实现了对超高射频弹幕武器立靶密集度的高精度检测.该测试方法具有光幕面积大、测量精度高、安装调试方便的特点.关键词：激光测量;三角组合光幕;弹幕武器;弹着点坐标解算;立靶密集度- 77
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发布时间：2020-08-13 -
高光谱成像结合人工神经网络无损检测桃的硬度
摘要：为无损检测桃的内部品质,提出了结合高光谱成像技术和人工神经网络无损检测桃硬度的方法.采集了摘后贮藏了12 d的140个桃在900~1 700 nm的高光谱图像,以每个桃高光谱图像中40 pixel×40 pixel的感兴趣区域的平均光谱作为桃的原始反射光谱;利用Savitzky-Golay平滑和标准正态变量变换对光谱进行预处理;基于x-y共生距离算法划分样本,得到校正集样本105个和预测集样本35个.利用连续投影算法、无信息变量消除法和正自适应加权算法从全光谱的216个波长中分别提取了12个、103个和22个特征波长;分别建立了基于全光谱和提取的特征波长预测桃硬度的支持向量机模型和BP网络模型.结果表明,基于全光谱建立的BP网络模型具有最好的预测性能,其预测相关系数为0.856,预测均方根误差为0.931.本研究为基于桃内部品质的工业化分级提供了基础.关键词：高光谱成像;桃;硬度;无损检测;BP网络;支持矢量向量机- 47
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发布时间：2020-08-13 -
光栅点衍射干涉法检测Φ400mm瞬态波前
摘要：提出了一种基于光栅点衍射干涉原理的Φ400 mm瞬态波前检测方法.该方法使用位相光栅在参考光与测试光中引入横向错位,即在干涉图中引入线性载频,然后利用傅里叶变换相位解调法提取待测波前.基于标量衍射理论以及傅里叶光学理论建立了瞬态波前检测方案的理论模型,推导了线性载频公式,研究了影响载频大小的因素;基于基尔霍夫公式分析了针孔衍射导致的孔径角变化与能量衰减效应,给出了位相光栅的刻蚀深度公式.实验搭建了Φ400 mm瞬态波前检测装置,采集了对比度良好的高线性载频干涉图.采用傅里叶变换相位解调法恢复波面,所得波面RMS值为0.105λ.与采用SID-4波前探测器测得的波面RMS值(0.101λ)基本一致,满足了Φ400 mm瞬态波前测量的要求.关键词：光学测量;波前检测;瞬态波前;光栅点衍射干涉术;线性载频- 54
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发布时间：2020-08-13 -
中波红外整层大气透过率测量及误差分析
摘要：为实现中波红外整层大气透过率的现场测量,提高空间目标红外辐射特性测量精度,研究了基于标准红外自然星的大气透过率测量方法.建立了基于Beer定律和Langley-Plot定标原理的测量实验数学模型,搭建了基于1.2 m口径地基光电望远镜的测量实验系统.采用了“准实时单点校正”“窗口提取”和“信噪比特性曲线”等方法有效降低了红外探测器非均匀性和自然星弥散成像等问题给测量精度带来的影响.最后,分析了测量实验的理论误差.实验数据显示:空间目标大气层外红外辐射照度测量的最大实际误差为16.28%,中波红外整层大气透过率测量的理论误差为11.75%.结果表明:基于标准红外自然星的大气透过率测量方法测量误差小,实验系统对外场观测任务适应性强,为空间目标红外辐射特性的地基测量提供了新的解决方案.关键词：大气透过率测量;红外辐射;空间目标;标准红外自然星;地基大口径望远镜- 56
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激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统
摘要：考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能,讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案.对系统关键部件进行选型,利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心,设计了探测光路和信号处理电路.研制了系统样机,搭建了目标位移量标准测试平台,对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试.测试结果显示:采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6 μm,随机动态跟踪测量速度大于1 m/s.结果表明:提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题,可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考.关键词：激光跟踪仪;光电瞄准;光电跟踪;定位系统;位敏探测器;信号处理- 77
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发布时间：2020-08-13 -
飞秒激光进给速度对TiC陶瓷微孔加工的影响
摘要：采用螺旋打孔技术,在不同的激光进给速度下在TiC陶瓷上加工了微孔.用扫描电子显微镜分析了微孔形貌,利用能量色散谱仪研究了激光加工前后材料化学成分的变化,并结合X射线光电子能谱术(XPS)讨论了材料化学键的变化,探讨了利用飞秒激光加工TiC陶瓷过程中材料的去除机理.结果表明:所得到的微孔具有较好的形貌特征,孔边缘没有出现明显的微裂纹.微孔入口圆度达98%以上,入口直径略小于出口直径.激光进给速度对入口处孔边缘的微观形貌影响较大.进给速度较低时,激光切蚀区域出现平行的条纹状周期结构,随着进给速度的增加,表面以混沌的颗粒状结构为主.在较低或较高的进给速度下,重铸层都会出现更为剧烈的氧化现象,实验显示最佳的进给速率应在6.4 μm/s 左右.XPS分析显示材料的去除主要是通过多光子吸收,在加工过程中发生Ti-C键的断裂产生的Ti离子被氧化后会生成TiO2和Ti2O3.关键词：飞秒激光;微孔加工;进给速度;微孔形貌;TiC陶瓷- 73
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发布时间：2020-08-13 -
离子束抛光高陡度离轴非球面的去除函数修正
摘要：研究了三轴离子束系统抛光大口径高陡度离轴非球面过程中镜面曲率变化对离子束抛光去除函数的影响.提出了利用修正矩阵修正各驻留点处的去除函数信息,进而实现对高陡度离轴非球面高精度抛光的方法.该方法通过对离轴非球面进行坐标转换来降低陡度变化对去除函数的影响;基于Sigmund溅射理论分析离子束抛光非球面材料的去除率,建立离子束抛光非球面去除函数模型,计算了材料去除率在非球面各驻留点处的变化.最后,根据投影原理计算在各驻留点处去除函数的半宽,得到以驻留点矩阵为基础的去除函数修正矩阵,从而掌握每一个驻留点处的去除函数信息,然后根据计算机控制光学表面成形(CCOS)原理解得加工驻留时间分布.选取口径为900 mm×680 mm,离轴量为350 mm 的离轴体育场型非球面镜进行了抛光实验,实验显示抛光后非球面镜面形精度的RMS值由32.041 nm达到11.566 nm,收敛率达 2.77,对实际加工具有指导意义.关键词：光学制造;离轴非球面;离子束抛光;溅射效应;去除函数- 71
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发布时间：2020-08-13
现代应用光学
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基于集合经验模态分解的人体结肠动力分析
摘要：针对目前临床上应用的便秘诊断措施有创且诊断效果不理想的问题,开展了基于无创检测设备获得胃肠道生理信息的研究.利用非线性分析方法分析人体结肠动力并找出正常人和便秘病人之间的区别,为临床诊断便秘提供参考.对8个正常人和10个便秘病人的结肠压力数据进行了分析.首先,通过阈值和集合经验模态分解(EEMD)有效滤除了结肠压力数据中的呼吸,咳嗽,电磁干扰等噪声;然后,提取了表征结肠动力的特征参数如结肠收缩频率,动力指数,平均收缩波峰值;最后,通过t检验比较了正常人和便秘病人结肠特征参数.结果显示:正常人和便秘病人的收缩频率,动力指数有明显统计不同 (p <0.05);然而,正常人和便秘病人的平均收缩波峰值没有明显统计差别.分析表明,收缩频率、动力指数可以区分正常人和便秘病人.关键词：无线胶囊;无线传感器;慢传输型便秘;结肠动力学;集合经验模态分解- 41
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发布时间：2020-08-13 -
光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿
摘要：为提高光学自由曲面的加工精度,本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型.采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析,发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响.把误差数据代入综合误差模型中,得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律,进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素.依据综合误差模型进行补偿实验,补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%,补偿效果显著.实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性.关键词：光学自由曲面;五轴研抛机床;多体系统;综合误差模型;误差补偿- 57
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发布时间：2020-08-13 -
数字化微喷射技术制备聚合物薄膜电阻
摘要：开展了微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻的研究.搭建了聚合物薄膜电阻按需喷射制备系统,将聚乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)聚合物以13.4%的最佳重叠率,按需喷射到RC(Resin-Coating)相纸表面,由聚合物液滴形成的薄膜在相纸表面毛细作用下迅速干燥形成薄膜电阻,并通过退火处理进一步降低薄膜电阻的阻值.实验研究了系统参量对聚合物液滴直径的影响,并通过改变薄膜电阻的行数、列数和层数以及退火处理的条件,制备了阻值为3.5～23.2 MΩ的薄膜电阻.实验显示薄膜电阻阻值和行数近似线性关系,并且随着制备列数和层数的增大而减小,退火处理可以使薄膜电阻的阻值降低10%～40%.以相同制备参数和退火条件制备的薄膜电阻具有较好的一致性,薄膜电阻的阻值随温度的升高而减小并趋于稳定.实验结果表明,基于微流体数字化技术制备聚合物薄膜电阻具有工艺简单、成本低廉、电阻电学性能优越等优点.关键词：聚合物薄膜电阻;微流体数字化;按需喷射;RC相纸;重叠率- 19
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发布时间：2020-08-13 -
精密微小组件压装技术及仪器
摘要：根据一种过盈联接精密微小组件的装配要求,研制了一套精密微小组件自动压装仪器.通过分析压装过程中压装力与系统弹性变形的变化关系,对组件的压装位移进行了有效补偿.采用具有上下视野的机器视觉装置测量压装组件的相对位置,并采用XY位移平台对组件进行精确对准.提出了对具有上下视野的机器视觉装置的标定方法;分析了组件压装力与压装位移的关系,得出了压装力-位移曲线的预测值.对随机抽取的5套零件进行了装配实验,结果表明:对组件进行精密对准后,组件压装位移-压装力曲线符合预测值;组件装配后相对位置的距离偏差小于±5 μm,垂直度偏差小于10 μm.实验表明组件装配精度达到了设计指标要求.关键词：微小组件;过盈联接;压装仪器;零件对准- 54
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发布时间：2020-08-13 -
离轴三反空间相机主三镜共基准一体化结构
摘要：针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点,提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性.利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板,以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一.由于此整体背板同时也是主框架的组成部分, 故降低了结构整体重量,提升了光机结构动/静态刚度.对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测,结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ,均满足光学公差要求.对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试,测得一阶模态频率为48 Hz,对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz,满足结构刚度要求.在离子束光学精加工过程中,通过分时对主镜和三镜进行加工,省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间,加工效率提高了约50%.主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率,为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考.关键词：离轴三反空间相机;主镜;三镜;共基准;一体化结构;干涉检测;模态测试;离子束加工- 81
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发布时间：2020-08-13 -
微米级球形金属粉体的稳定脉冲微输送
摘要：针对激光熔覆或3D微打印等金属零件先进制造技术对稳定微量输送金属粉体的要求,分析了微米尺度金属粉体脉冲输送机理.为提高金属粉体脉冲输送分辨率和输送稳定性,设计了余弦修圆波形、正弦修圆波形和正弦余弦组合修圆波形作为压电致动器的驱动电压波形.对平均粒径为100 μm的均匀球形TC4钛合金粉体进行了脉冲微输送实验.实验结果表明:余弦修圆波形使粉体做“前进”运动,正弦修圆波形使粉体做“后退”运动;分散态粉体单颗稳定输送达粉体总量的90%,密集态粉体脉冲微输送过程中密实度可控,粉体微输送过程稳定,无结拱现象发生.本文的研究结果也可为其它微米尺度材料或其他形状粉体的脉冲微输送提供参考.关键词：激光熔覆;金属微粉体;微输送;脉冲惯性力;微喷嘴- 47
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压电驱动液压放大式喷射系统
摘要：为了实现高速度高精度的非接触喷射式点胶,设计了一种压电驱动液压放大式喷射系统.该系统采用压电叠堆作为驱动源,基于液压放大原理放大压电叠堆的输出位移来实现胶液的喷射.对液压放大单元进行了理论分析,并结合压电叠堆的输出位移对液压放大单元进行了参数化设计;然后,利用激光测微仪分别测量了撞针和压电叠堆的位移,得到了液压放大单元在不同电压下的输出位移.最后,搭建了喷射系统实验平台,选用黏度为1 000 cps的环氧树脂进行点胶性能测试,得到了驱动电压和高低电平时间对胶点体积的影响规律.实验显示,该喷射系统可稳定地实现每秒喷射143个胶点,胶点的体积误差可控制在±3.11%以内,是适用于电子封装行业的高效、高精度点胶方法.关键词：电子封装;压电叠堆;喷射式点胶;压电驱动;液压放大- 61
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1.5m口径空间相机主镜组件的结构设计
摘要：研究了1.5 m口径空间相机反射镜组件的结构, 设计了主镜组件结构系统.采用RB-SiC作为反射镜镜坯材料,分析并优化了反射镜支撑形式和镜体的结构参数,得到了重131.9 kg,轻量化率达到81%的反射镜结构.在主镜基本构型确定的基础上,设计了主镜支撑结构,通过合理设计柔性卸载结构满足了主镜结构系统的力、热环境适应性和抗振性要求.最后,利用有限元法综合分析了主镜组件的性能.试验结果表明:主镜在1g重力作用下的面形精度RMS达到0.025λ(λ=632.8 nm),(20±4)℃温变环境中主镜面形变化量在RMS 0.01λ范围内,主镜组件一阶固有频率为95.8 Hz,有限元分析结果的误差为4%.得到的结果表明主镜组件的静态刚度、动态刚度及热环境适应性完全满足设计指标要求.关键词：空间相机;主镜;轻量化;支撑;振动测试- 55
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翼展直线旋转作动机构的最速展开曲线
摘要：研究了高速飞行器侧翼展开机构直线旋转作动器的最速展开问题.采用变分方法,推导了最速展开槽线方程,建立了直线旋转作动器的平面等效运动模型.推导的最速展开槽线方程虽与摆线方程近似,但不同于以往任意一类摆线方程及其变种,命名其为缩放摆线.给出了缩放摆线方程的一些基本特性并推导了基于该曲线方程的最速展开时间计算公式;采用MSC.Adams运动仿真软件,对缩放摆线方程和展开时间进行了动力学仿真验证,仿真结果与理论计算吻合.与标准摆线展开时间的对比研究显示,当缩放系数大于1时,缩放摆线展开时间与标准线无明显提升,但在缩放系数小于1的区间,随着缩放系数的减小,展开时间的缩短非常明显.当缩放系数为0.24时,缩放摆线展开时间仅为原标准摆线的87%.关键词：高速飞行器;直线旋转作动器;机翼展开;最速展开;摆线;缩放摆线- 38
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压电式快速控制反射镜的迟滞特性及线性化
摘要：针对压电式快速控制反射镜(Fast Steering Mirror, FSM)的迟滞问题,分析了压电式FSM的工作原理和迟滞特性,建立了基于Bouc-Wen算子的压电式FSM的数学模型及其参数辨识方法.通过Bouc-Wen算子模拟压电式FSM输出镜面偏转角度中的迟滞分量,并根据在两个相位相同的输入驱动电压信号下压电式FSM的输出镜面偏转角度曲线辨识Bouc-Wen算子的全部参数.在此基础上,提出了压电式FSM的前馈线性化方法.为了验证提出的数学模型和线性化方法的原理,建立了压电式FSM及其线性化控制器的快速原型系统和Bouc-Wen算子参数辨识实验装置.实验结果表明:本文提出的参数辨识方法能够准确辨识压电式FSM的Bouc-Wen算子参数,提出的前馈线性化方法能够将压电式FSM的输出镜面偏转角度与输入控制电压的线性度提高到2.3%,迟滞误差减小到±0.5%,满足实际应用对精确控制压电式FSM的要求.关键词：快速控制反射镜;压电陶瓷叠堆执行器;倾斜镜;迟滞;线性化- 59
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精密光学胶结件的快速脱胶
摘要：研究了采用GHJ-01光学环氧胶胶结光学件的脱胶工艺,提出了适合精密光学胶结件快速脱胶的方法.归纳总结了光机胶结时,黏接胶层的厚度计算公式,以便确定适宜的光机胶结间隙;梳理了胶结固化的操作流程及固化原则,指出实施该方法的技术难点在于依据不同的胶结剂和胶结结构选择合理的热剥离温度及升温速度.利用某高精度胶结镜进行了脱胶试验研究.通过选择合适的热剥离加热工艺实现了该光学件的快速、微应力脱胶.相关试验表明,经过胶结后的熔石英镜面产生了严重变形,变化量约为原始面形值的6倍(原始面形值0.02λ,变形后面形值0.14λ),经脱胶修研后其面形精度达到0.018λ,满足设计要求,脱胶时间为105 h.该方法可满足光学件脱胶时对完整性和微应力的要求,避免了成本的浪费和光学件的弃用,其脱胶处理方式也适用于其它同类型光学元器件的研制.关键词：光学环氧胶;胶层厚度;胶结固化;脱胶试验;热剥离;快速脱胶- 64
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斜轴式天文望远镜机架的驱动控制
摘要：针对斜轴式天文望远镜传统机架中的非垂直轴系结构会导致像场旋转,从而影响天文望远镜指向和跟踪控制的问题,研发了新的45°斜轴式天文望远镜机架.设计时,选取太阳为跟踪目标来搭建硬件机架驱动控制系统;利用图像传感器实时捕获目标,经数字信号处理(DSP)芯片精确解析目标质心,通过图像消旋解耦出方位与斜轴两方向的偏差.然后,结合模糊控制与神经网络的各自特点,设计了单神经元模糊自适应PID控制算法实施偏差调节,以实现对目标的定位与跟踪.实验结果显示,该驱动控制系统的水平与斜轴方位的跟踪偏移误差均在±2 pixel以内,水平指向偏移误差均值为0.123 2°,俯仰指向偏移误差均值为0.155 3°.得到的结果表明该驱动系统鲁棒性强,能够克服斜轴机架像场旋转导致的控制问题且满足精度要求.关键词：天文望远镜;机架;斜轴;数字信号处理器;单神经元模糊自适应PID- 63
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双工件台宏微交接系统设计及实验
摘要：为了减少光刻机双工件台换台的时间,保证宏动系统与微动台的可靠连接,设计了一种双工件台快速宏微交接系统.基于柔性杠杆机构设计系统的快速抓卡装置以保证结构的紧凑性,并对其锁紧力进行了分析;设计的抓卡装置中的柔性机构包括柔性杠杆及下夹板回复单元,采用有限元方法对其进行了分析.设计了快速抓卡装置的充放气回路;为了保证抓卡装置锁紧时的速度和安全性,气动系统可实现抓卡装置锁紧的3个动态过程,从而完成抓紧装置的缓冲锁紧.最后,搭建了抓卡装置下夹板运动测量实验平台和锁紧力测量实验平台.实验结果表明:抓卡装置下夹板的运动行程大于2 mm,能够保证宏动系统和微动台交接过程的安全性.抓卡装置的开启时间为350 ms,快速缓冲锁紧时间为850 ms,可承载的X向驱动力大于700 N.该系统满足双工件台工作及换台过程对可靠性和快速性的要求.关键词：光刻机;双工件台;交接系统;柔性机构;快速抓卡装置- 48
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发布时间：2020-08-13 -
压电惯性驱动器惯性冲击力的分析与检测
摘要：由于惯性冲击力是压电惯性驱动器产生运动的关键,故本文探讨了方波激励下压电振子的惯性冲击力大小.推导了压电双晶片振子在方波激励下的冲击响应,分析了惯性冲击力的时域特性和幅频特性,分析得到方波激励下惯性冲击力信号频率主要集中在0~500 Hz.采用加速度传感器初步测试了压电双晶片振子的加速度参数,测试结果与理论模型相近.结合压电双晶片振子的端部惯性质量计算得到惯性冲击力的数值,利用快速傅里叶算法获得了加速度参数的幅频特性.最后,采用摩擦学的方法对惯性冲击力的数值进行了验证,验证结果表明两种方法的最大相对误差为8.98%,表明加速度传感器测试惯性冲击力是可行的.关键词：压电惯性驱动器;惯性冲击力;方波;冲击响应- 68
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发布时间：2020-08-13 -
提高万向轴系式快速反射镜指向精度的装置
摘要：为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙,改善FSM系统的指向精度,设计了一种轴系间隙消除装置.在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上,分析了FSM系统指向误差的来源.然后,设计了轴系间隙消除装置,计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定.最后,针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试.结果表明:该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度,使其在方位方向提高约4.4倍,俯仰方向提高约3.3倍.此外,在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置,不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度,还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑,从而进一步提高了FSM的承载能力.关键词：快速控制反射镜;万向轴系;轴向间隙;指向精度- 46
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发布时间：2020-08-13 -
变能量激光选区熔化IN718镍基超合金的成形工艺及高温机械性能
摘要：开展了基于激光选区熔化技术对IN718镍基超合金直接激光熔化成形的研究.将零件分为心部与轮廓区, 通过改变激光线输入量进行选区熔化研究.首先,建立熔池内烧结的数值模型,改变激光线输入量,获得了激光线输入量对零件致密度的影响规律并观察了成形体中的组织生长.然后,增加轮廓部位扫描,改变激光线输入量与扫描顺序,获得其对零件表面质量的影响规律.最后,通过优化热处理工艺提高零件高温拉伸强度和高温持久性能.试验结果表明,在激光线输入量为300 J/m时,成形体致密度最高,为98.9%,成形体沿层间方向组织为树枝晶加等轴晶,在层内方向组织为等轴晶.采用心部+后轮廓扫描的方式,轮廓激光线输入量为100 J/m时表面质量最优,粗糙度为3.1 μm.对成形体采用1 065 ℃固溶+双时效的热处理可以获得最佳高温性能组合,高温拉伸强度为1 356 MPa,高温持久时间为34 h.结果显示,通过激光选区熔化制作IN718镍基超合金可以满足航空结构件对致密度、表面质量和高温性能要求.关键词：IN718镍基超合金;变能量激光选区熔化;激光成形;致密度;表面质量;高温机械性能- 51
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发布时间：2020-08-13
微纳技术与精密机械
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广义径向基函数神经网络在热误差建模中的应用
摘要：针对现有的热误差建模方法建模效率低,模型预测精度不理想等问题,提出了广义径向基函数神经网络(RBF)建模方法并将其应用于数控机床热误差建模中.讨论了采用广义RBF神经网络进行热误差建模的原理及步骤.以数控导轨磨床主轴箱系统为例,布置了12个主轴热误差的关键温度测点,测得了2组独立的主轴箱系统热误差数据.将测得的数据分别用于建立主轴箱系统热误差广义RBF神经网络预报模型和验证模型的准确性.研究结果表明,热误差广义RBF神经网络模型具有预测精度高及泛化能力强的优点;与传统的RBF神经网络建模方法相比,提出的广义RBF神经网络建模方法建模效率更高,模型鲁棒性及预测性能更好,是一种可以用于数控机床热误差实时补偿的有效建模方法.关键词：广义径向基函数;神经网络;热误差建模;聚类算法;泛化能力;鲁棒性;数控导轨磨床- 63
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发布时间：2020-08-13 -
应用变权全变分重建抑制CT金属伪影
摘要：提出一种基于变权全变分(RWTV )迭代重建的金属伪影校正算法以抑制CT系统重建图像中出现的金属伪影.该算法应用自定义的权值函数对全变分模型做加权惩罚,生成权值全变分模型;通过交替解权值全变分最小化过程和更新权值步骤实现变权全变分重建算法.应用该算法对数值模型和临床图像前向投影生成的投影数据分别进行了重建实验.数值模型实验结果表明:在60个采样角度下,用提出算法重建的图像具有最高的空间分辨率特性;且信噪比值较平滑插值金属伪影校正算法、全变分约束最优化算法的重建结果分别高出17.523 6和 7.145 2 dB.临床数据实验结果表明:该算法重建结果有效抑制了CT金属伪影,清晰重建出颅骨内的细节解剖结构,极大提高了重建图像的质量.关键词：计算机断层扫描(CT);图像重建;金属伪影;变权全变分;全变分最小化;信噪比- 55
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基于多直线对应和加权最小二乘的位姿估计
摘要：为了求解复杂环境下目标的位姿,提出了基于多直线对应的加权最小二乘位姿估计算法.首先对模型直线进行等间隔采样,并沿采样点投影法线方向搜索图像点对应;然后利用图像点对应局部和全局特性对样本点进行加权;最后通过优化法向距离实现目标位姿的优化求解.为了解决模型-图像对应错误引起的优化失败问题,算法在模型-图像点匹配阶段为每个采样点保留多个图像点对应,通过随机Hough变换(RHT)算法将图像点对应约束在直线上,并为每条模型直线保留多图像直线对应. 在对样本点进行加权时,综合考虑了样本点自身的属性和样本点同周围点的关系,有效提高了算法对纹理,背景,噪声等的鲁棒性.实验结果表明:提出的方法能够实现复杂环境下目标位姿的优化求解,其在x方向、y方向和z方向的角度估计误差分别优于0.4,0.3和0.1°在垂直光轴方向和沿光轴方向的相对位置误差则分别优于0.03%和0.1%.相比单假设方法,提出的方法能够更有效地克服复杂背景干扰,实现特殊视图目标位姿的稳定估计.关键词：机器视觉;位姿估计;三维跟踪;多假设;迭代加权最小二乘- 50
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发布时间：2020-08-13 -
三视场天文导航视场间星图识别的导航星选取
摘要：研究了三视场天文导航视场间导航星的选取方法,以提高其视场间星图识别的效率,减小识别特征数据库规模.根据三视场天文导航星图识别的特点,分析了导航视场间导航星数目对视场间三角形星图识别的影响.考虑视场间三角形星图识别的需求,给出了任意视场至少包含1颗导航星和亮星优先选取的视场间导航星选取准则.然后,遵从上述准则提出了一种基于星等优先的一阶自组织导航星选取算法.利用提出的算法制备了视场间导航星星库,并对该导航星星库的性能进行了仿真分析和外场实验.实验结果表明:使用该算法制备的导航星星库规模较星等阈值过滤方法制备的星库规模降低了53.91%,且库中导航星分布均匀,符合视场间导航星的要求.关键词：天文导航;三视场;星图识别;导航星选取- 94
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多传感器集成氢气检测系统的知识推送故障诊断
摘要：针对现有多传感器集成氢气检测系统不能对自身工作状态进行诊断的缺点,对基于知识的故障诊断专家系统进行了分析,提出了一种基于知识管理和知识主动推送的故障诊断方法.对提出的用于多传感器集成氢气检测系统故障诊断的主要层次结构进行了研究.根据专家系统的基本原理介绍了基于知识推送的专家系统的总体结构.分析了系统故障模式,讨论了故障诊断单元知识库的设计方法.建立了知识主动推送的推理机构模型,给出了其推理方法和步骤.最后,给出了基于知识推送的多传感器集成氢气检测系统故障诊断单元的设计方法.实验结果表明:本方法的故障诊断准确率可达到97%以上,验证了该方法的有效性.提出的方法能够主动将知识在适当的时候传递给决策者,提高了故障诊断的速度和准确度.关键词：氢气检测系统;多传感器集成;故障诊断;知识推送;专家系统- 46
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显著性直方图模型的Camshift跟踪方法
摘要：针对在复杂背景下跟踪运动目标的要求,建立了目标的显著性直方图模型,提出了改进的连续自适应均值漂移(Camshift)跟踪方法.通过比较目标区与背景区的色调差异,计算目标不同色调等级的显著性值;基于加权的方式强化显著性色调在目标识别过程中的作用,弱化非显著性色调的作用,从而抑制背景区对目标识别的干扰.利用加权直方图模型反向投影,建立了跟踪图像的概率投影图,利用均值漂移方法完成目标跟踪任务.将该方法分别应用于标准测试库视频图像的跟踪以及实际运动目标的跟踪实验中并与传统方法进行了比较.结果显示,该方法能够利用显著性色调很好地将目标从背景中区分出来,在计算量增加不多、且满足电视跟踪系统实时性要求的情况下,提高了目标识别的准确性和稳定性,目标定位的最大偏差与被跟踪目标区的尺寸比小于25%,能够确保被跟踪目标不丢失.关键词：目标跟踪;显著性;直方图;色调;Camshift跟踪- 56
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用于遮挡形状匹配的弦角特征描述
摘要：为了在兼顾形状匹配算法的检索率和运算效率的同时实现部分遮挡目标的精确匹配,提出了一种基于弦角轮廓特征的形状描述算法.该算法基于轮廓点的空间位置关系构造每个轮廓采样点的弦角轮廓特征描述子,利用描述子的自包含属性描述开轮廓的形状特征.采用L1度量方法计算两个轮廓点的弦描述子之间的距离,获得匹配代价矩阵.最后利用积分图算法计算匹配代价矩阵的相似度,实现部分遮挡目标的识别.基于MPEG-7形状数据库和Kimia216形状数据库进行了目标识别实验.实验结果表明:该算法对部分遮挡目标具有良好的鲁棒性,而且有较高的运算效率,部分匹配的检索率达到83.63%,提高了19.09%,实验结果优于现有部分遮挡形状匹配算法.该算法较好地满足了遮挡形状的匹配和识别对速度、准确率和抗遮挡能力等方面的要求.关键词：形状匹配;部分遮挡;弦角描述;积分图- 33
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投影特征峰匹配的快速电子稳像
摘要：提出了一种基于投影最大特征峰匹配的稳像算法来进一步提高灰度投影稳像算法的实时性.首先,将参考帧与当前帧图像等分为若干区域子块,根据灰度投影计算公式分别计算每个子块的水平投影和垂直投影;依次计算两帧图像相应子块中对应的垂直和水平投影最大特征峰的位置差值,作为相应子块的水平和垂直运动矢量.然后,根据帧间运动矢量变化程度进行运动矢量修正.最后,根据各子块的运动矢量统计结果进行全局运动估计.将该最大特征峰匹配算法运用到多光谱成像系统进行实验,并与较经典的灰度投影算法做了比较.结果表明:在保证相同的稳像效果前提下,对于分辨率为1 024 pixel×1 024 pixel的图像序列在(-60, 60)搜索范围内进行运动估计时,前者比后者的运算时间节省了近20%.提出的算法突破了现有投影稳像算法需要对可能的区域逐一搜索的繁琐匹配过程,具有较好的实时性和良好的稳像效果.关键词：电子稳像;灰度投影;特征峰匹配;运动估计- 52
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发布时间：2020-08-13 -
基于手指融合特征和粒子群优化的手形识别
摘要：针对基于手部几何特征的手形识别方法可利用的个体信息有限的问题,提出了一种将手指轮廓特征与几何特征相融合的身份识别方法.该算法首先分离手指,采用曲线拟合算法定位手指中轴线;然后采用分步对齐方法规范化手指,并提取手指轮廓特征和几何特征;最后采用粒子群算法对手指截取系数和权值系数进行优化,以进一步提高识别准确率.实验结果表明:采用该方法后,识别率可达98.61%.该方法手指定位更准确,更充分地利用了手部信息,且避免了特征点定位不准及手指根部不稳定轮廓特征对识别准确率的影响,具有较高的识别率和良好的鲁棒性.关键词：手形识别;特征提取;融合特征;轮廓匹配;粒子群优化- 55
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发布时间：2020-08-13 -
多光谱遥感图像CCSDS动态码率控制近无损压缩
摘要：基于空间数据系统咨询委员会(CCSDS-123.0-B-1)推荐的多光谱图像无损压缩算法,提出了一种前向自适应调整量化步长的码率控制方法以实现定码率近无损压缩.介绍了CCSDS标准的预测方法,分析了Golomb-Rice编码的上界与下界的范围.通过分析预测误差均值与压缩比的对应关系,建立了均值与压缩比之间近似线性映射曲线.根据预测误差均值,前向自适应估计量化步长,初步控制Golomb-Rice码长.考虑到星载条件下多光谱图像码率控制策略,通过压缩比反馈微调量化步长,实现压缩码率的精确控制.最后总结了CCSDS多光谱近无损压缩码率控制流程.实验结果表明,k值(Golomb编码变量)的分布区域稳定,在4:1压缩时,本文方法的峰值信噪比(PSNR)平均为60.42 dB,比单谱段JPEG2000、差分JPEG-LS压缩等方法提高了5.51 dB和2.89 dB.实验显示本文方法码率控制准确,易于硬件实现,适合航天工程使用.关键词：多光谱图像;遥感图像;近无损压缩;空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准;码率控制- 48
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发布时间：2020-08-13 -
基于二维轮廓点云的螺纹中径计算
摘要：基于轮廓点的螺纹多参数综合测量方法由于螺纹工件的定位误差、非均匀磨损等情况会导致中径计算偏差,因此,提出了一套基于二维轮廓点云的螺纹中径计算方法.该方法利用三次样条插值均匀密化采样数据,再用稳健高斯回归滤波处理得到轮廓滤波中线;然后通过定义相邻两段牙侧线之间距离均方差最小的目标函数,利用复合形-模拟退火(CMSA)算法求解出实际螺纹轮廓的中径线;最后根据所求中径线计算出螺纹中径参数.实验结果表明:当X、Y、Z轴的轴向定位偏差为1 mm,旋转偏差为2°时,所得到的中径测量误差比范一保和TONG Q等人的方法平均减小17.23%和96.93%,说明所提出的计算方法可以有效减少定位偏差对中径参数计算的影响.提出的计算方法具有通用性,可应用于接触式和非接触式采样得到的二维螺纹轮廓点云数据.关键词：螺纹工件;二维螺纹轮廓;中径计算;定位误差;三次样条插值;稳健高斯回归滤波;模拟退火算法- 84
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对椒盐噪声稳健的数字图像斯皮尔曼秩次相关法
摘要：应用传统数字图像相关方法进行变形场分布测量时,很难精确处理带有椒盐噪声的数字图像.本文利用斯皮尔曼秩次(SR)相关系数对于椒盐噪声鲁棒的特点,提出了一种基于SR的数字图像相关算法.根据SR均值统计特征,当椒盐噪声密度足够小时,二元高斯混合模型数据的SR相关系数主要由散斑图像母体之间的相关系数决定.为了验证SR在椒盐脉冲噪声情况下的稳健性,采用可精确控制的模拟散斑图像进行了仿真,然后在三维扫描系统中使用SR相关技术计算出扫描数据的偏差.可控压缩散斑变形仿真表明,当椒盐噪声密度小于25%,计算子块大小为41 pixel×41 pixel时,SR数字图像相关仍可计算出精确的变形.将该算法应用于计算激光扫描纹理数据之间的偏差,结果显示,整体变形为4 μm时,相关系数为0.996 6,表明SR相关系数具有较强的稳健性,在椒盐噪声下可用数字图像相关方法进行变形场分布测量.关键词：数字图像相关;椒盐噪声;斯皮尔曼秩次相关系数;变形场分布- 70
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发布时间：2020-08-13
信息科学
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