研究了折射/衍射光学元件的温度效应及红外系统的设计理论及具体实例,给出了在红外3.2～4.5μm波段,5°视场范围,冷光栏效率100%,在-40～80℃温度变化范围情况下的红外混合减热差系统的设计结果.结果表明,使用折射/衍射光学系统的减热差设计方案,可令相应的传统光学系统减少一片元件,并且节省了昂贵的硒化锌红外材料.不仅能在较大视场内得到接近衍射极限的成像质量,较宽的温度工作范围,而且结构简单,体积小,重量轻.

在对液晶背投影电视系统进行分析的基础上对其照明系统进行了设计,设计中采用蝇眼透镜阵列方法来提高照明系统的光能利用率和均匀性,并用Light Tools软件模拟,结果表明这种方法可实现ANSI均匀性+5.07%, -8.61%、光能利用率大于70%,有效的提高了系统整体性能.同时针对实际光源的计算机建模进行了阐述,给出了蝇眼透镜阵列照明系统的设计方法和设计实例.

激光多普勒测速(LDA)已成为科学研究中测量固体表面运动速度和复杂流场流动速度的一种强有力的手段,受到普遍的重视.而多普勒信号处理器则在整套测速系统中起着非常关键的作用.基于PC机的LDA信号处理器采用平均周期图法对LDA光电信号进行分析,并利用补零、加窗、频率放大等信号处理措施大大提高了整套系统的噪声适应能力,同时简化了系统的硬件结构.随着PC机的迅速发展,这种信号处理方法必然有着越来越好的发展前景.

功率超声医疗设备在治疗的过程中,为了取得良好的超声乳化效果,要求振动系统在不同的负载下都具有较大的输出振幅,这就要求振动系统在不同的负载下都工作在匹配状态下.文章首先分析了纵向复合棒大功率换能器加接变幅杆和刀具的振动系统的等效机电模型,然后根据等效机电模型分析了功率超声振动系统动态阻抗匹配的基本原理.同时针对功率超声系统的工作特点设计了一种动态负载在线检测方法,得到反映负载状态及其变化趋势的参数,并根据识别出的动态负载确定出模糊控制器的输入输出参数.最后给出了一种实用的模糊控制算法进行振动系统的动态阻抗匹配.实验结果表明,利用模糊控制器进行动态阻抗匹配能保证振动系统在变负载的情况下仍然获取较高的电功率和较好的超声乳化效果.

采用Hindle球方法检测凸非球面是人们常用的经典方法之一,此方法的优点是检验精度高、操作简单.为了解决经典Hindle球检验离轴凸非球面所需的Hindle球口径过大的问题,提出采用离轴Hindle球检验离轴凸非球面的方法.此方法中,Hindle球使用在离轴状态,通过旋转离轴凸非球面达到检验整个待检面的目的.此方法可以大大减小Hindle球的尺寸,从而间接增大了待检离轴凸非球面的尺寸.本文同时对此方法的测量精度进行了理论分析.

提出一种新型、集成式压电驱动两自由度nm级微定位工作台系统,工作台采用直角柔性平行板铰链,实现X,Y方向的运动,采用杠杆放大柔性铰链机构实现对压电陶瓷位移的放大.并对这种新型结构形式理论分析与实验测试.根据拉格郎日方程建立微动工作台的运动微分方程,推导出系统前两阶固有频率的解析式.采用有限元分析方法对微动工作台进行模态分析,得到微定位工作台有效工作的谐振频率和振型,并对微动工作台的模态频率进行了实验测试.经理论分析、有限元计算和实验测试结果进行对比与分析的一致性说明理论分析的正确性和数值分析的可靠性.

再励学习,作为一种新兴的智能学习模式,由于学习机制简单,不需要任何先验知识,也不需要样本数据,被越来越多地用于未知环境模型系统的学习.而目前再励学习存在的问题之一是学习速度不高,难以保证系统的实时性.在已有的再励学习系统中,再励函数多采用无模型表示结构,这种结构过于简单粗糙,也是再励学习学习效率低下的主要原因之一.因此,本文结合多机器人协调避障路径规划问题,提出一种新的基于模糊模型的再励函数结构,这种结构将反映机器人基本行为如躲避障碍物、其它机器人和趋向目标等的再励函数子函数进行分层建模,并取模糊加权和来表示总的再励函数.仿真试验表明,使用基于模糊模型的再励函数结构使再励学习的收敛速度要高于无模型结构.

简要回顾微惯性测量组合技术的发展和应用,结合目前我国的发展水平和技术条件,从应用的角度特别是**应用方面分析了微惯性测量组合在应用过程中需要解决的主要问题和关键技术.文章最后指出了发展我国微惯性组合技术的道路是在有限的资金内以选定应用对象和应用环境为基础,走应用与研制相结合的道路以应用促研制.

介绍了一种基于蚯蚓运动原理的微小机器人内窥镜系统的原型,分析了单一构件活动件的运动特性,并通过调整各个线圈的驱动波形可以有效地控制微小机器人的运动.详细讨论了构件通电时间与构件活动件的运动位移、速度、加速度的关系,由此确定了微小机器人驱动电压的最高频率.可以通过调整驱动电压的频率来调节微小机器人的运行速度;也可以通过减少构件的通电时间解决微小机器人在运行过程中的发热问题.这项研究为微小机器人内窥镜的实际应用奠定了基础.

工业机器人的可靠性决定着它的应用前景及质量,而我国的工业机器人的可靠性并不容乐观,急需加以提高,针对这种情况,本文给出了三种有效的面向不同系统要求的工业机器人系统可靠度配置策略:"最小努力及比例"分配法适用于首次研制出来、已投入使用并准备进行产品生产,进一步提高其可靠度的工业机器人系统;"混联"分配法是一种简便易行的工业机器人系统可靠度分配方法,此方法适用于在无约束条件下进行研制新型工业机器人时,对其进行的系统可靠度分配,使得所研制的工业机器人具有较高的可靠性;"两级优化"分配是在有约束条件下的一种可靠度优化分配方法.这三种工业机器人配置策略的研究作为其可靠性设计中一个关键环节,不仅具有理论研究价值,同时具有重大的现实意义.

显微视觉系统是微操作机器人不可缺少的组成部分.近年来,随着显微技术的不断成熟,显微视觉系统的研究已经成为国内外在微操作领域的研究热点.本文着重介绍了微操作机器人显微视觉系统的研究意义,总结了现阶段国内外的研究现状,提出了显微视觉系统亟待解决的一些关键问题,并对这些关键问题的解决方案进行了探讨. 同时,对显微视觉系统的发展前景和方向进行了展望.

微电子设备(激光调阻机)中的运动控制系统是该设备的重要部分,它决定了设备的生产质量和生产效率.其特点是:高精度、高速度、高效率、高可靠性.尤其是硬件发生故障或人工非法操作时,系统的自监控、自诊断显得特别重要.介绍采用多任务实时控制器6K6(美国PARKER),按照事件驱动响应方式设计控制直线伺服电机、交流伺服电机、步进电机的速度和定位精度;并通过输出接口模块对气动元件的电磁阀进行开关量控制使机械手运行自如;通过输入接口模块对多种传感器(光纤传感器、对射式光电传感器、反射式光电传感器、接近式传感器、磁感应传感器.)进行监测等.使运动系统具有更高的可靠性、高精度和超高速,实现了产品的自动输送及完成生产过程中的各种相对运动.降低了产品的生产成本,提高设备效率,增强竞争能力,为实现现代化大规模生产提供了有力保障,填补了国内空白.

加密技术是保障通信安全的一种重要手段,然而信息经过加密后容易引起攻击者的好奇和注意,容易遭到攻击和破坏.为解决这一问题,就要把加密技术与信息隐藏技术结合起来,即把经过加密的信息作为待隐藏信息,加载到载体文件(本文采用网上常用的彩色图像文件)中传播.只要做到隐藏信息加载前后,载体图像的视觉效果的变化不能被人眼察觉即可.目前已知的用于信息保密的信息隐藏技术可分为两种,第一种是基于频域的信息隐藏技术,如扩频隐藏、DCT隐藏、子波隐藏技术等,若以彩色图像为宿主,则此类技术主要利用人眼对高空间频率分量上噪声不敏感的特点将待隐藏信息编码到图像的高频分量,以实现信息隐藏的目的,一般地,此类技术较难实现大数据量隐藏;第二种技术为空域隐藏技术,其典型做法是将待隐藏信息编码隐藏到宿主的最小意义位(LSB)上,由于其信息隐藏位置对图像的影响不大,因此安全性不高.本文提供了一种在空域中,利用图像像素数据的最高位实现信息隐藏的方法.本方法利用颜色量化技术对图像颜色进行归并,然后按照特定的格式存储,产生冗余空间,最后把待隐藏信息装载入冗余空间.该方法不仅能实现大数据量的信息隐藏,而且信息隐藏的位置是图像的最大意义位,这就使得信息隐藏的安全性比以往的最小意义位(LSB)信息隐藏技术有了更大的提高.

在CR成像过程中不可避免的要引入各种干扰和噪声,只有弄清干扰图像信息的各种噪声来源、特征及其与信号的相互关系,才能有效地将之消除.在分析CR成像系统的基础上,文章指出影响CR图像质量的噪声主要是固有噪声和X线量子噪声,在统计规律上它们分别服从高斯分布和泊松分布.本文针对CR的固有噪声从小波系数的统计规律出发,根据固有噪声的特点,结合混合高斯模型描述小波系数的统计特征,采用两个状态的隐马尔可夫模型描述小波系数在尺度之间的相关性和依赖性,用最大期望值( EM)算法估计隐马尔可夫模型在各个尺度上的参数,然后按照尺度大小逐级对小波系数进行维纳滤波,最后是小波逆变换恢复图像.文章最后还给出了实验结果,并与其它降噪算法进行了比较.

航空照相是**侦察的必要手段,而航空照片常需要后期处理才能获得准确的信息.当光学放大方法已不能获得更多的信息时,数字处理技术就变得非常必要.数字图像处理技术,包括图像增强和边缘提取的算法等都是航空照片处理的常用算法.航空照片图像增强系统,含硬件采样电路和图像处理软件包,软硬件协同工作.系统硬件的部分电路自行设计,另一部分采用成品电路.软件编制的关键是算法的选取,本系统对图像增强和边缘提取的算法进行了应用研究,并对图像处理的具体问题作了相应探讨,给出一种可行的图象处理系统构成方法.

空间光学的发展对光学系统的轻量化提出越来越高的要求,作为一种超轻量化的方法,介绍了主动调节刚性支撑薄膜型反射镜的概念,这种薄模型反射镜由美国率先提出,并制造出口径500mm厚2mm的模型镜,反射镜的面形通过均匀分布的致动器的微量移动来调整,致动器的最小位移是20nm.美国使用压电陶瓷做致动器,有利于实现系统的轻量化.在试验阶段,设计一套机械微动装置来代替压电陶瓷做致动器,它的微动原理是利用杠杆减速机构及球面上的不同点的矢高变化来得到所需要的微位移,这套机构具有结构简易,重量轻,易于加工制造的特点,同时具有较高的灵敏度.

空间光学遥感器热控工作旨在保证遥感器所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求.根据遥感器的结构特点和热光学指标要求,建立了遥感器及其热控系统的热平衡方程,对各热交换项进行了剖析,并采用Nevada和MSC/Patran等软件对某空间光学遥感器进行了模拟仿真,得到其对地工况和对日工况的热平衡结果.

称重传感器弹性元件的结构直接影响传感器的测量精度,根据平行梁式称重传感器的结构和特点建立了力学模型,用AutoCAD二次开发自动生成有限元网格,针对线段相交三种情况处理,使得被打破的"网格"成为结构离散图,由此生成有限元模型,通过在其它尺寸不变的情况下分别改变各个结构尺寸,从而找出弹性元件各结构尺寸对输出应变的影响规律,最后利用ViziCAD对模型进行了有限元应力应变分析并将样品输出灵敏度的计算值与实测值进行比较,二者结果较为吻合,利用有限元辅助分析设计,可以提高生产精度及效率.

针对弯曲刚度大小不等的两种床身模拟件,采用与环境温度变化或摩擦热作用相似的热源对其进行热态模拟,讨论了在稳定热源下的三维传热特性.并利用有限元程序计算出同一热源在放出热能不同情况下模拟件的温度场分布.与实验测得的温度场对比结果表明,二者基本吻合.热变形实验结果表明,在相同的温差情况下,刚度较小的床身模拟件的热态几何精度明显优于刚度较大的床身模拟件的热态几何精度.因而,从改善机床床身的结构出发,本文创造性地提出的通过适当降低床身模拟件的弯曲刚度,并解除其它部件对床身模拟件变形的束缚,使其床身模拟件的重力变形能自动地补偿环境温度变化或床身与工作台之间摩擦等热源引起的热变形的这一原理.该原理为基本消除大型精密机床的热变形提供了一种新方法.

阐述了一种应用柔性铰链产生精密光学反射镜的弹性压弯机构的工作原理.应用经典力学方法对这种压弯机构进行了详细的力学分析,并将这种弹性压弯机构简化成平面钢架结构,用力法正则方程和梁的弯曲方程推导得出镜子的曲率与压弯机构参数及压弯驱动力之间的关系,即压弯机构驱动方程或镜子曲率方程.对影响镜子面形精度的弹性压弯机构参数进行分析,重点讨论了弹性压弯机构转动中心轴和镜子中性面不重合时对镜子面形精度的影响.分析了柔性铰链在这种弹性压弯机构中的作用及其对镜子面形精度的影响.并应用有限元数值计算方法对经典力学分析得出的压弯机构驱动方程进行验证,证实了经典力学分析的正确性.此压弯机构驱动方程可以作为这种弹性压弯机构设计的理论基础.

在现有CAD系统中通用的NURBS造型对于非规则拓扑关系的曲面的表示存在着拼接、剪裁困难、表达难以准确等缺点,而在实际工程应用中形体轮廓复杂、难以通过基本体素复合且要求光滑的实体又普遍存在.细分造型计算简单,可以表达任意拓扑关系,在图形学中已得到广泛研究.本文阐述了细分造型的原理和方法,提出了在现有CAD系统中应用细分造型的方案,对细分造型中的网格生成、边界限定、法线控制、NURBS补片转换等关键技术进行了研究，初步构造了细分造型的原型系统，可极大地缩短复杂曲面形体的造型时间，取得了良好的实践效果。