微型靶球构件测量系统的研制

论文题目: 微型靶球构件测量系统的研制

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 王兵振

导师: 刘文耀

关键词: 惯性约束核聚变,图像测量,显微系统,相机标定

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 激光约束核聚变(ICF)是解决能源危机的有效途径,目前美国、日本等发达国家非常重视这方面的研究。在激光核聚变的实验研究中,高质量的靶标是实现点火的基础与保障,因此靶标的制作、装配、测量是激光核聚变中的一个重要环节。目前,有关靶标装配装置的研究工作在国内已经开展,但是在靶标装配过程中各零件空间位置的测量方法的研究及靶标装配完以后靶丸中心位置误差的测量方法的研究工作还没有报道。本课题针对图像测量方法在这两个测量问题中的应用进行了研究。论文首先介绍了对靶丸在装配好的靶标中的中心位置误差的测量方法的研究。本论文首先分析了靶标结构特点,并对靶标进行了显微成像试验;在此基础上提出了利用单个显微成像系统对靶丸中心位置误差进行测量的方案;该方法利用从靶标侧面和端面拍摄的图像来测得靶丸中心的位置误差。论文根据测量方案推导了测量数学模型,设计了测量试验装置,然后对实验装置进行了标定;针对在显微条件下普通标定算法的标定物制作困难的缺点,论文提出了一种利用量块和分辨率板对成像系统进行标定的方法,并用该方法标定了显微成像系统的参数。最后对两个靶标进行了测量试验,测量结果的极限误差3σ为6μm。针对靶标装配过程中各零件空间位置的测量问题,本论文提出了利用两个显微成像系统对其进行测量的方案。根据测量方案,建立了测量试验装置,并对实验装置进行了标定;在标定过程中,除了对单个成像系统进行标定外,论文提出了一种利用分辨率板和精密选转台对两个显微系统的光轴夹角进行测量的方法,并用该方法对光轴间的夹角进行了实际测量。最后对实验装置的测量精度进行了验证试验;试验结果表明该测量系统的测量误差小于7μm,完全满足0.01mm测量精度的要求。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 测量方法确定

1.4 需要解决的技术问题

1.5 本文创新点

第二章 靶丸中心位置误差的计算模型

2.1 靶丸中心位置误差及其分解

2.2 靶标成像特点分析与实验

2.3 显微成像系统的数学模型

2.4 靶丸中心位置误差的计算模型

2.4.1 理想状态下的误差计算模型

2.4.2 理想计算模型存在的问题及修正

2.4.2.1 靶标轴线与像场不平行引起的计算误差

2.4.2.2 成像系统光轴与运动方向不平行引起的计算误差

2.4.2.3 考虑靶标轴线与光轴不平行的计算模型

2.5 本章小节

第三章 实验系统的设计

3.1 成像系统的设计

3.2 实验装置的机械结构设计

3.2.1 机械结构的调整功能

3.2.2 相机调整机构

3.2.3 靶标调整机构

3.2.4 实验装置照明系统的设计

3.3 本章小节

第四章 实验装置的标定

4.1 成像系统的标定

4.1.1 现有算法简介及存在的问题

4.1.2 显微成像系统的标定方法

4.1.2.1 水平因子的标定

4.1.2.2 镜头畸变系数和主点位置的标定

4.1.2.3 镜头放大倍数的标定

4.1.2.4 对成像系统标定结构的验证

4.2 光轴与运动方向夹角的测量

4.3 本章小节

第五章 靶丸中心位置误差的测量

5.1 靶标端面小孔中心等目标位置的计算

5.1.1 计算原理

5.1.2 圆目标检测图像处理算法

5.1.2.1 基于一阶梯度微分算子的方法

5.1.2.2 基于Mar-Hildreth 的方法

5.1.2.3 基于Canny 算子的方法

5.1.3 直线目标检测图像处理算法

5.2 靶标的对正误差

5.3 靶丸中心位置误差计算过程

5.3.1 轴向位置误差的计算

5.3.2 径向位置误差的计算

5.4 靶丸中心位置误差计算实例

5.5 本章小节

第六章 靶标装配过程中图像测量系统的初步设计

6.1 测量方案的设计

6.2 实验系统的设计

6.3 实验系统的标定

6.3.1 单个显微系统的标定

6.3.2 两个显微系统的光轴夹角的标定

6.3.2.1 测量原理

6.3.2.2 测量方法的验证

6.3.2.3 两个显微系统光轴间夹角的实际测量结果

6.4 实验系统的定位精度的验证

6.5 本章小节

第七章 总结与展望

7.1 所做工作概述

7.2 存在问题及改进的方向

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢

发布时间: 2007-07-10

参考文献

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