1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室， 四川 绵阳 621010
2 中国航发四川燃气涡轮研究院 航空发动机高空模拟技术重点实验室， 四川 绵阳 621000
针对高温高速尾喷流场速度的快速准确测量问题，提出了一种基于微粒示踪的燃烧尾喷流速场测量方法。通过主动向尾喷流中添加具有灰体辐射特性的金属微粒，采用合适的观测参数对其进行高速成像，结合灰度分布互相关评估微粒图像的最大互相关度，从而获得流场速度。利用同轴射流火焰系统对测量方法开展了流速测试研究。结果表明，射流速度90~140m·s-1内测量值与一维理论值相对偏差不超过5%，微粒吹送速度0.02~0.1m·s-1下流速测量值相对偏差低于0.35%，验证了所提方法适用于类似航空发动机试车尾喷流场速度测量的应用场景。
光学测量 燃烧尾喷流 高速成像 微粒示踪 速度场测量 图像处理 optical measurement combustion exhaust plume high-speed imaging particle tracing velocity field measurement image processing
1 西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室, 四川 绵阳 621010
2 中国空气动力研究与发展中心, 四川 绵阳 621010
针对传统光学元件增透的方法中存在物理、化学性质的限制而导致热失配、稳定性不足等问题, 提出了对光学表面直接加工圆球和圆锥形两种微纳结构的增透方式; 构建了两种微结构模型并以0.38~0.9μm的入射光在不同入射角的条件下对二者进行数值仿真; 分析了两种模型随波长与入射角变化的反射率、透射率和电场的变化情况, 并对两种实验元件进行实验测试; 结合两种微纳结构的仿真和实验数据结果进行对比, 获得了两种微纳结构对光透射性能的影响情况。结果表明: 入射光波长由小增大时, 光学元件透射率增大, 并随着波长继续增大透射率逐渐趋于稳定。可为表面微纳结构对光透射性能的影响研究, 以及对微纳光学器件的优化设计、制造提供参考。
表面微纳结构 微纳光学 反射性能 亚波长结构 surface micro-nano structure Micro- nano optics transmission property subwavelength structure
西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室, 绵阳 621000
为了解决跨尺度微小型零件在精密装配中宏尺度与微特征的测量分辨问题, 提出了一种基于正交双目视觉与倾角仪组合的空间位姿高精测量系统。该系统建立了成像单元、倾角仪辅助测量单元、零部件夹持单元之间的坐标转换关系, 并结合倾角仪提供的角度信息, 提出了针对微小型零件的空间位姿高精测量解析算法。同时, 以光纤阵列及连接头为研究对象, 搭建了两零件的空间位姿实时测量及自动化装配测试平台。结果表明, 在3mm×2mm×2mm的空间范围内, 组合测量系统测得的位置与姿态偏差分别小于(±2μm,±2μm,±3μm)和(±0.005°,±0.004°,±0.005°)。相对于传统的测量方法, 该组合测量系统显著提高了微器件的测量精度, 可进一步满足微小型零件的空间位姿精密测量及自动化装配需求。
测量与计量 微装配 正交视觉 位姿测量 跨尺度 measurement and metrology micro-assembly orthogonal vision pose measurement trans-scale
西南科技大学 制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室, 四川 绵阳 621010
为了探究轴棱锥透镜面形偏差对无衍射光束传播特性的影响, 建立了三种相对理想锥镜母线的偏离模型, 即母线向内侧凹陷、外侧凸出、顶点呈双曲线分布的轴棱锥透镜.推导了各偏离锥镜的振幅透过率函数, 并基于菲涅耳衍射理论对平面波经三种母线偏离锥镜的出射光场及光强分布进行了理论分析与数值模拟.结果表明：锥镜母线内凹时, 光场强度变小, 焦深延长, 纵截面光场逐渐发散, 沿轴向传输时中心光斑直径逐渐变大; 锥镜母线外凸时, 光场强度激增, 焦深变短, 纵截面光场逐渐汇聚, 沿轴向传输时中心光斑直径逐渐变小; 锥镜顶点呈双曲线分布时, 光场振荡加剧, 场强和焦深几乎不变, 纵截面光场发散后逐渐恢复至均匀分布状.研究结果可为分析轴棱锥透镜锥面加工误差对无衍射光束传播特性的影响、进一步完善无衍射光束衍射场理论, 以及拓宽其工程应用范围等提供参考.
物理光学 无衍射光束 轴锥镜法 衍射理论 贝塞尔光束 加工误差 面形偏差 Physical optics Non-diffracting beam Axicon method Diffraction theory Bessel beams Machining error Surface deviation
西南科技大学 制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室,四川 绵阳 621010
为进一步完善多级无衍射光束的传输与转换理论, 基于轴锥镜法和菲涅耳衍射理论对双级无衍射光束的光场分布做了详细理论分析, 采用数值模拟软件对双级无衍射光束的空间光强分布与轴上光强分布进行仿真; 基于锥镜加工工艺对锥镜顶点和一、二级锥镜临界点呈双曲线分布的双级轴棱锥透镜的光场分布进行研究, 分析了双级无衍射光场的场强大小和影响光场振荡周期的因素。结果表明: 理想双级轴棱锥透镜生成的无衍射光场由4个区域组成, 在干涉重合区其光强为一、二级轴棱锥衍射场的耦合叠加, 其余区域仍保持单级无衍射光场分布特性; 锥镜顶点和一、二级锥镜临界点呈双曲线分布的双级轴棱锥透镜的光场分布受双曲线特征参数影响较大。其特殊的光场分布为多级无衍射光束拓展至大尺寸空间测量以及粒子微操作等提供了新的可能。
衍射理论 局域空心光束 贝塞尔光束 轴棱锥透镜 多级无衍射光束 diffraction theory local hollow beam Bessel beam axicon lens multilevel non-diffracting beam
西南科技大学 制造过程测试技术省部共建教育部重点实验室,四川 绵阳 621010
为进一步完善多级无衍射光束的传输与变换理论, 拓展双级无衍射光束的应用范围, 根据轴锥镜法和菲涅耳衍射理论对双级无衍射光束的光场分布做了详细理论分析; 基于轴锥镜法搭建生成双级无衍射光束的实验平台, 获取了沿光轴传输至不同距离处的截面光斑及其光强分布, 探究了平行光束不同入射倾角对无衍射光束传输变换的影响.实验结果表明: 双极无衍射出射光场由四个区域组成, 在干涉重合区其光强为一、二级轴棱锥出射场的耦合叠加, 其余区域仍保持单级无衍射光束的传播特性, 其光强大小受轴棱锥透镜的入射光阑与透镜底角影响, 光斑破裂程度与平行光束的入射倾角呈正相关.本文对双极无衍射光束的空间传播特性、光强分布特性、光强影响因素等做了详细分析, 对拓展多级无衍射光束的应用具有指导意义.
衍射理论 Bessel光束 轴锥镜法 双级无衍射光 局域空心光束 Diffraction theory Bessel beam Axicon method Two stage non-diffracting beam Bottle beam
西南科技大学 制造过程测试技术教育部重点实验室，四川 绵阳 621010
为实现无衍射光斑作为直线基准在复杂噪声背景下精确定中，提出了一种基于相关因子的无衍射光斑图像定中算法。该算法先根据光强重心理论计算光斑中心的大致位置，再将光斑图像转换成极坐标系下的灰度图，并生成角频率与光斑图像空间频率相同的离散周期正弦信号，求解其相位角并对各径向上的相位信息作均方差评价，计算出极坐标系下理想光斑中心与实际光斑中心的相关因子，从而达到定中无衍射光斑中心的目的。在模拟噪声环境下，对比该算法与其他常规算法，其结果表明：该算法抗背景噪声干扰能力强、计算耗时短，具有稳定的亚像素定中精度。
光斑定中 圆环滤波 无衍射光斑 亚像素 图像处理 spot centering ring filtering non-diffracting spot sub-pixel image processing
