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光学精密工程

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2026年17期

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精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于热-结构耦合分析的低温 4×4 拼接探测器主焦面平面度误差分配

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于热-结构耦合分析的低温 4×4 拼接探测器主焦面平面度误差分配

摘要:针对低温工况下4×4拼接探测器主焦面平面度误差分配中,温度变形与重力变形分项计算、单一姿态分析难以真实反映实际工作状态的问题,提出一种基于热—结构耦合分析的低温多姿态平面度误差分配方法。建立包含探测器、拼接基板、垫片和支撑结构的有限元模型,首先开展稳态热分析,并将温度场映射至结构模型;随后在低温热力耦合状态下分别施加0°,30°,45°,60°和90°重力载荷,提取主焦面节点法向位移,去除最佳拟合平面后计算峰谷值(Peak-to-Valley, PV)。结果表明,五个姿态下主焦面PV值分别为4.771,5.182,7.962,6.100和8.099 μm,最大值出现在90°姿态,较0°姿态增大69.7%,45°和90°为主要控制姿态。基于低温多姿态耦合分析结果,得到主焦面平面度误差分配总值为38.7 μm。该方法能够更准确地表征低温服役条件下主焦面平面度变化,避免温度项与重力项独立叠加造成的误差失真,可为低温拼接焦面结构设计、装调控制和工程余量确定提供依据。
精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 大型圆顶对开门双电机误差补偿同步控制

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 大型圆顶对开门双电机误差补偿同步控制

摘要:针对大型圆顶单侧对开门上下电机齿条安装不平行造成的固有几何误差,提出一种位置相关固有误差补偿的同步控制方法,以实现门体在不增加额外高成本应力传感器的前提下,抑制运行过程中因单侧门上下电机输出驱动力不平衡使门体产生的门体内应力。首先,介绍了大型圆顶对开门的构造与电机齿轮齿条的传动方式,明确了单侧对开门使用上下双电机驱动齿轮齿条传动的结构,并建立了单侧门上下双电机驱动刚性耦合数学模型。接着,以单侧门上电机为主动电机,下电机为仅电流闭环的从动电机的形式测量对开门系统因上下齿条不能保证绝对平行而引入的固有系统几何误差。然后,分析此固有误差与对开门开、关行程的关系,将此关系补偿到单侧门双电机同步控制算法中,并分析固定负载下系统在速度和风阻变化时的稳定性。最后,通过实验分析应用补偿同步控制算法前后单侧门两电机反馈电流。模型仿真表明,在设定的速度范围内,同步误差变化较小。4~7 m/s风阻工况下,电机所需的驱动力矩随风速增加而上升,但均处在伺服电机额定力矩范围内。实验结果表明,在应用本文提出的误差补偿同步控制算法后,单侧门上下电机反馈电流差值的绝对峰值得到显著降低,由1.7 A减小到0.7 A。本文提出的测量方法可在物理条件受限的情况下有效测量系统固有几何误差,且误差补偿同步控制方法可抑制因单侧对开门上下电机驱动力不均匀产生的门体内应力;提出的电气测量和误差补偿同步控制方法可以适用于系统几何误差不便于测量,且系统几何误差有重复性的双/多电机刚性耦合驱动系统。
精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 空间目标激光测距光学系统设计

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 空间目标激光测距光学系统设计

摘要:为提高空间目标轨道测定精度和航天器机动规避能力,提出一种空间目标激光测距光学系统的设计方法。所设计的非共轴收发激光测距光学系统由主光学系统和激光发射系统组成。主光学系统采用700 mm口径卡塞格林结构,经一次成像后再次准直、分光,分别实现目标监视成像与回波信号接收功能。其中,目标监视成像系统波长为1100~1700 nm,焦距为4200 mm,视场为0.168°,全视场奈奎斯特频率33.3 lp/mm处MTF大于0.5;回波信号接收系统将主口径接收到的1064 nm光准直缩束为12 mm口径平行光,经透镜组汇聚到单光子探测器80 μm的靶面上,系统焦距为500 mm,视场为0.01°,全视场弥散班RMS半径小于10 μm。激光发射系统通过两级透镜组及库德光路实现对1064 nm激光的18倍扩束和发射。系统成功实现了合作目标与非合作目标的高成功率有效测距,针对目标集内的测距成功率达到80%以上。
精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于曲面趋势建模的拼接探测器点云去噪

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于曲面趋势建模的拼接探测器点云去噪

摘要:针对实际测量曲面点云中存在异常扰动的问题,提出一种基于Hermite-Birkhoff径向基函数(Hermite-Birkhoff Radial Basis Function, HRBF)隐式曲面建模的点云协同去噪方法,以提高复杂曲面点云的结构恢复精度与噪声抑制能力。首先,利用HRBF隐式曲面对点云趋势进行建模,并结合残差分析实现异常点的初步检测与剔除。随后,引入扩散正则化机制构建统一变分模型,对曲面结构进行进一步细化恢复,实现曲面结构信息与噪声扰动的分离。实验结果表明,相比基础HRBF方法,本文方法的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)下降约7.8%,峰谷值(Peak-to-Valley Value, PV)下降约49.0%,平均法向误差(Mean Normal Error, MNE)下降约34.5%,同时能够有效抑制局部异常扰动并保持曲面整体趋势与局部几何连续性。所提出方法在复杂噪声条件下具有较好的稳定性,为复杂曲面点云的高精度结构恢复与噪声抑制提供了一种有效途径。
精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 大口径光学望远镜镜盖类型综述

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 大口径光学望远镜镜盖类型综述

文章编号 1004-924X(2026)17-2656-14 摘要:镜盖是大型天文望远镜主镜防护的关键装置,其设计直接影响主镜膜层寿命、望远镜可用性和维护成本。本文系统综述了国内外大型望远镜镜盖的主要结构类型,将其归纳为幕帘式、百叶式、盖板式(含转开双门式和花瓣式)以及特殊构型四大类,阐述了各类型的结构原理、应用案例和优缺点。在此基础上,从结构材料、驱动控制、风载力学和密封防护四个方面提炼
精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于共架并列式双探头测量系统的平面度检测及误差补偿模型

精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于共架并列式双探头测量系统的平面度检测及误差补偿模型

摘要:针对拼接探测器焦平面平面度检测问题,研制了一种共架并列式的双探头测量系统。对于此系统存在的系统误差,提出一种多姿态鲁棒分解误差补偿模型,以实现此测量系统的高精度平面度检测能力。首先,分析共架并列式双探头测量结构中的误差传递机理。随后,利用系统误差固定于仪器坐标系,标定镜面形固定于镜面坐标系的空间不变量差异,建立多姿态鲁棒分解误差补偿模型,将差分测量结果分解为系统误差场、标定镜面形和姿态漂移项,并通过多姿态平移与翻转测量实现系统误差标定与补偿。实验结果表明,以Luphoscan高精度测量结果作为参考真值,补偿后原始差分场中的整体斜坡和周期性条纹误差得到明显抑制。定量评价结果显示,本文方法的残差PV,RMSE和MAE分别为4.400,0.560和0.446μm,均优于LightGBM等对比方法;同时,X向趋势降低率达到97.82%,Y向周期降低率达到85.85%。所提出的误差补偿模型能够有效分离并补偿共架并列式双探头测量系统中的固定系统误差,可为实现拼接探测器焦平面平面度高精度检测提供一种有效方法。
现代应用光学 | 扩散式相位超分辨率条纹投影三维测量

现代应用光学 | 扩散式相位超分辨率条纹投影三维测量

摘要: 针对条纹投影轮廓术(Fringe Projection Profilometry, FPP)中条纹/相位数据分辨率受成像硬件限制,以及现有方法细节恢复不足等问题,构建了一种扩散式包裹相位超分辨率方法(Phase Diffusion Super-Resolution, PhaseDiffSR)以提高三维重建精度。以残差迁移扩散模型ResShift为基础构建相位超分辨率框架,通过低分辨率条件引导反向去噪过程恢复高分辨率相位分量。考虑到调制度图能够反映条纹对比度和局部相位可靠性,将低分辨率调制度图作为额外条件输入,与低分辨率相位分量共同引导反向去噪过程。实验结果表明,所提方法在不同超分倍率的任务中均取得最优重建效果:在×2和×4任务中,PhaseDiffSR的包裹相位MAE分别为0.0309 rad,0.0429 rad,三维点云欧氏距离RMSE分别为0.189 mm,0.296 mm,均优于其他对比方法。上述结果表明,PhaseDiffSR能够有效提高包裹相位超分辨率重建精度,并将相位层面的精度提升传递至后续三维点云重建结果。
现代应用光学 | 可调谐液晶双折射滤光器透射轮廓的超窄带激光标定

现代应用光学 | 可调谐液晶双折射滤光器透射轮廓的超窄带激光标定

摘要: 可调谐液晶双折射滤光器透射轮廓的精准标定是太阳望远镜实现精确磁场和速度场测量的基本前提, 传统方法光谱分辨率低、难以适配整机标定, 而且稳定性差、成本高。为此, 提出一种基于超窄带固定波长连续激光的定标方法, 利用单频连续激光的窄线宽、低噪声及高稳定特性, 构建简捷高效的系统级方案。通过系统分析激光定标原理, 理论证明超窄带激光可有效隔绝多级单元间的相位串扰, 有效实现中心波长校准和透射轮廓标定。在此基础上, 研制了激光定标系统, 并与传统高分辨光谱仪定标方法做了对比实测分析。结果表明, 激光定标方法实测滤光器透射轮廓与端到端仿真结果具备高度一致性, 旁带轮廓显著优于传统方法, 可实现对日观测并获得滤光器扫描的太阳特征谱线。该方法已应用于太阳极轨天文台磁场与速度场成像仪鉴定件滤光器的透射轮廓定标任务, 同时可为各类型窄带可调谐滤光器的高精度定标提供通用性思路与实践参考。
微纳技术与精密机械 | 复合材料电极自刃磨电火花加工硬质合金深窄槽

微纳技术与精密机械 | 复合材料电极自刃磨电火花加工硬质合金深窄槽

摘要:硬质合金是一种难切削的高硬导电材料,有时需要在其表面制造阵列功能微结构,以便作为低成本大批量生产的工业模具关键镶件。电火花加工作为上述微结构制造的重要技术手段,加工硬质合金存在工具电极高损耗的技术挑战。本研究基于复合材料电极电火花成形加工定理,提出使用两块高损耗率的箔片子电极粘接夹持一块低损耗率箔片子电极,叠层制作出一种具有自刃磨特征的复合材料电极,然后用于电火花成形加工阵列深窄槽。加工过程中外侧的两块箔片子电极迅速损耗,使得深窄槽的宽度和深度基本由中间低损耗率子电极决定,并且在加工深窄槽的同时自适应地完成工具电极的放电刃磨,从而避免极薄的低损耗率子电极露出过长、发生变形甚至损坏。基于这一原理,制作了Cu箔和H62黄铜箔构成的复合材料电极,研究了电火花加工合理的开路电压、脉冲频率和Cu箔子电极厚度,并且据此加工了深度大于2.2 mm,深宽比为12的密集阵列深窄槽。结果表明,这种自刃磨的复合材料电极非常适合于硬质合金这类难加工材料表面微结构的批量电火花成形加工。
微纳技术与精密机械 | 基于磁惯性北极海鹦优化算法的随钻磁力计误差在线补偿

微纳技术与精密机械 | 基于磁惯性北极海鹦优化算法的随钻磁力计误差在线补偿

摘要:针对随钻测量中磁力计易受井下复杂磁环境干扰,导致方位角计算精度下降的问题,提出一种基于磁惯性北极海鹦优化算法(Magnetic-Inertial Arctic Puffin Optimization, MIAPO)的随钻磁力计误差在线补偿方法。首先,分析复杂工况下的磁力计误差来源,根据其误差特性构建综合补偿模型。然后,基于重力矢量与地磁矢量之间稳定的空间几何关系,构建随钻磁力计误差参数辨识目标函数。最后,针对传统APO算法提出了三项改进:制定动态重心反向学习策略,从而增强全局寻优能力;设计基于适应度排名的注意力机制,通过对优质候选解分配差异化权重以提高制定算法的局部搜索速度和收敛精度;构建基于适应度离散性的自适应阈值机制,显著增强了算法跳出局部极值点的稳健性。仿真和实验结果表明,相较于PSO及APO算法,MIAPO算法在补偿精度与收敛稳定性上均有显著提升。补偿后钻具方位角的平均绝对误差稳定在0.61°以内,验证了该方法在优化随钻MEMS磁测精度方面的有效性。
微纳技术与精密机械 | 大型光学隔振平台视轴稳定性评定

微纳技术与精密机械 | 大型光学隔振平台视轴稳定性评定

摘要:为解决大型光学隔振系统机械通用隔振指标难以表征因平台弹性振动引发的视轴扰动问题,开展了视轴稳定性评定研究。首先,提出平台弹性振动是导致视轴扰动的主要因素,通过构建平台虚拟视轴模型,揭示了虚拟视轴扰动对光学测试的影响机理;再将视轴扰动分解为高频抖动与低频漂移,并实现二者的精确量化。然后,以某大型光学隔振系统为研究对象,建立了工程分析模型,详细分析了隔振系统的模态特性与平台虚拟视轴扰动随机响应特性,完成了视轴抖动量与漂移量的分析量化。仿真结果表明,隔振系统的第7阶一阶垂向弯曲模态与第11阶一阶扭转变曲模态分别为视轴俯仰、偏摆方向扰动的主要贡献模态。最后,采用多点同步微振动测量方法进行测试。测试结果表明,俯仰、偏摆方向的视轴抖动RMS值分别为0.0946,0.160 nrad,漂移RMS值分别为0.499,0.870 nrad,与仿真分析结果的最大相对误差不超过5%,验证了分析方法的可靠性。该研究对大型光学隔振平台视轴扰动调控具有重要的意义。
信息科学 | 基于多模态成像的暗环境伪装目标探测

信息科学 | 基于多模态成像的暗环境伪装目标探测

摘要: 暗环境下, 植被遮蔽、背景杂波和低照度噪声会显著削弱伪装目标与周围环境之间的可分性, 导致传统强度成像方法难以实现稳定探测。为提高复杂植被场景中低可见度目标的检测能力, 提出一种融合微光、偏振与光谱信息的多模态成像探测方法。基于目标与植被背景在红光和近红外波段的光谱响应差异, 构建目标分离指数 (Target Separation Index, TSI), 用于增强植被背景下目标区域的显著性。引入偏振特征表征伪装目标表面与土块、枯叶等自然背景之间的反射差异, 并采用 HSV 颜色空间融合策略, 将 TSI、夜视光强图像和偏振信息进行协同融合, 生成目标增强图像。实验结果表明, TSI 能够有效突出被植被遮蔽的目标区域, 但仍易受到土块和枯叶等环境杂波干扰; 所提融合方法能够进一步抑制该类误检, 提高目标与背景的区分度。基于自建数据集的验证结果显示, 融合图像的目标对比度达到 0.924, 检测率达到 0.98。进一步结合 YOLOv10 模型开展应用实验, 结果表明, 相较于单一模态图像, 融合图像能够获得更高的目标检测精度。本文方法充分利用了微光强度、光谱响应和偏振反射特征的互补优势, 可有效提升暗环境植被遮蔽条件下伪装目标的检测性能。
信息科学 | 超广角 OCT 图像眼底脉络膜层 METransUNet 分割网络模型

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文章编号 1004-924X(2026)17-2763-13 摘要:现有眼底脉络膜层分割模型是以传统OCT图像为训练对象,应用于超广角OCT图像分割时易产生伪影及边缘振荡,同时存在边缘特征提取与全局建模能力不足等问题。为了提高超广角OCT图像的分割精度,聚焦超广角OCT眼底图像,基于TransUNet构建一种多尺度、边缘增强型METransUNet脉络膜层分割模型。该模型在跳跃连接中引入边

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精密光学赋能现代天文学研究?天文光学前沿技术与方法 | 基于热-结构耦合分析的低温 4×4 拼接探测器 主焦面平面度误差分配

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