星敏感器自动调焦系统测量装置的设计与研究

发布时间：2018-04-14 02:22

本文选题：自动调焦 + 无限远成像系统　；参考：《苏州大学》2016年硕士论文

【摘要】：无限远成像系统光学星敏感器装调时,其后方安装有CCD接收装置,为使CCD接收装置达到最清晰的成像,CCD接受像面位置需与星敏感器成像焦点位置重合。现有方法为在星敏感器法兰面与CCD接收装置法兰面间安装有一定厚度的修切圈,通过手动对多个尺寸的修切圈进行反复试装试测来寻找固定CCD接收像面位置,这种实现方式工作效率低且精度难以保证。为改变国内精密仪器装配检测中手动试装的现状,提高光学系统研制的生产效率和精度,开展自动调焦测量技术的研究具有十分重要的意义。为此,针对星敏感器装调过程中的实际需求,本文基于自动调焦技术与误差补偿技术,设计出一种精确测量星敏感器后工作距的星敏感器自动调焦系统(以下简称自动调焦系统),完成系统误差精度的分析与合理控制,运用误差耦合理论对系统进行精度分配;基于PID控制算法实现误差的实时补偿,使系统精度达到设计要求;可对星敏感器后工作距进行快速、准确地测量,从而得到装调所需修切圈厚度的精确尺寸,改进现有手动试装修切圈的方法,提升了效率和精度。主要研究内容如下:首先,设计了自动调焦系统,根据功能要求将该系统分为四个模块:目标及光源系统、无限远目标发生系统、自动调焦测量装置、自动调焦控制系统。重点设计了自动调焦系统测量装置,测量装置主要由直线导轨、精密位移台、检测支架、CCD相机等构成,实现CCD相机的三维精准运动及图像的采集与成像。完成测量装置直线导轨、电控精密位移台、手动精密位移台等选型,分析零部件具体选型依据并获得各部件的详细参数,直线导轨长500mm,精密电控位移台量程为100mm,负载力矩为6Nmm,利用绘图软件对自动调焦系统测量装置的机械结构部分进行设计,确定了机械结构的详细尺寸参数,设计了自动调焦控制系统,并完成自动调焦系统的装配工作。其次,基于静力学和动力学基本理论,建立自动调焦系统测量装置三维模型,利用MSC.PatranNastran分析软件对CCD支撑部件和被测星敏感器进行静力学分析及模态分析,静态分析得到CCD支撑部件最大变形量为7.98×10-5mm,CCD支撑部件所受最大应力为2.9×10-2Pa,说明CCD支撑部件具有较好的静态特性;通过动态分析得CCD支撑部件和星敏感器结构前6阶固有频率及振型,CCD支撑部件一阶固有频率为892.89Hz,星敏感器一阶固有频率为1674Hz,动态分析结果表明CCD支撑部件和星敏感器基频较高,动态性能较好。再次,基于ISO230-2定位精度标准,完成自动调焦系统的定位精度试验,测得自动调焦系统定位精度为±20.95μm,对影响自动调焦系统精度的主要因素进行误差分析,影响因素主要包括CCD相机、直线导轨、精密电控位移台、形位误差和装配误差。通过误差分析与控制可得直线导轨精度为±2μm,驱动电机精度为±6.75μm,丝杠精度为±5.28μm,形位精度为±2μm,装配精度为±2μm,运用误差耦合法得到自动调焦系统定位精度为±18.29μm;并基于PID算法在Labview开发环境下开发了系统的误差补偿软件,对自动调焦系统进行实时误差补偿,通过定位精度试验测得误差补偿后系统定位精度为±15.95μm,提高了24%,使系统精度达到设计要求。最后,利用自动调焦系统完成被测星敏感器后工作距的测量,测得星敏感器后工作距为5.21mm,试验结果表明自动调焦系统满足星敏感器后工作距测量的基本功能,并对今后工作的方向提出了一些建议。
[Abstract]:This paper designs an automatic focusing system , which is composed of linear guide rail , precision displacement table , detection bracket and CCD camera . The results show that the accuracy of CCD support is 卤 6.75渭m , the precision of CCD support is 卤 6.75渭m , the precision of CCD support is 卤 6.75渭m , the precision of CCD is 卤 15.95渭m , the precision of CCD is 卤 6.75渭m , the precision of CCD is 卤 15.95渭m , the accuracy of CCD is 卤 6.75渭m , the accuracy of CCD is 卤 15.95渭m , the accuracy of CCD is 卤 6.75渭m , the accuracy of CCD is 卤 5.21mm . The test results show that the automatic focusing system meets the basic function of the post - sensor working distance measurement , and puts forward some suggestions on the direction of the future work .

【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V448.222

【参考文献】