激光装置光学模块准直调整系统设计

摘要

光学模块是激光装置的重要组成部分，将光学模块装入激光装置后，再对其进行准直和调整几乎是不可能的，因此对光学模块必须进行离线准直和调整。本课题设计的光学模块准直调整系统，将在激光装置的运行和维护过程中，对光学模块进行离线准直和调整。
　　 光学模块准直调整系统综合应用工程光学技术，图像处理技术和现代设计制造技术，可以实现对光学模块精确、快速、稳定的准直和调整。由于国内外针对这方面的研究还不成熟，所以对光学模块准直调整系统进行设计，具有重要的意义。
　　 为保证光学模块准直调整系统顺利实现预期的功能，本课题主要从以下几个方面展开设计：
　　 ①根据光学模块的准直和调整要求，设计准直光源光路，光学模块准直和调整光路，并且对准直光源光路进行仿真。同时对每一种光路涉及到的关键技术问题进行深入的研究，分析和计算每一种光路可能产生的误差及相关克服或减小误差措施，保证光路在实际应用中的可实施性。
　　 ②研究光斑图像处理算法，给出图像处理软件包软件处理流程。光学模块准直调整系统采用相机接收激光束光斑图像；然后经图像采集卡传输给计算机中预先编制好的功能软件包进行处理，获取光斑图像中心坐标；最后将光斑图像中心坐标与基准点坐标进行比较，为光学模块的准直和调整提供可靠的判据。
　　 ③设计光学模块准直调整系统整体机械结构。特别是根据光束过基准小孔的要求，设计针对准直光源的四自由度调整机构，实现沿X，Y轴的移动和绕X，Y轴的转动调整。另外，针对光学模块准直调整系统的稳定性要求，对基座，光源支撑架和转轴等进行了应力和变形分析，获取其最大应力和位移。同时为避免准直光源在工作过程中出现共振情况，影响对光学模块的准直和调整精度，对光源支撑架进行模态分析，获取其前十阶固有频率和振型。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2研究目的及意义

1.3国内外现状

1.3.1准直技术概述

1.3.2激光准直技术分类

1.3.3准直技术的研究与应用现状

1.4本文研究的主要内容

1.5技术路线及方法

1.6本章小结

2系统总体设计

2.1设计依据

2.2设计思路

2.2.1基准传递

2.2.2思路分解

2.3任务分解

2.4系统光路设计

2.4.1准直光源光路

2.4.2透镜模块准直和调整光路

2.4.3平面镜模块准直和调整光路

2.5系统结构设计

2.5.1光源支撑架

2.5.2四自由度调整机构

2.5.3准直光源

2.5.4基座

2.5.5 CCD支架

2.6检测部分设计

2.7本章小结

3系统关键技术研究

3.1准直光源

3.1.1准直光源组成

3.1.2准直光源设计参数

3.1.3准直光源性能分析

3.1.4准直光源光路ZEMAX仿真

3.2透镜模块准直和调整光路

3.2.1鬼点形成机理

3.2.2鬼点轴向位置和光斑大小

3.2.3透镜模块准直和调整光路研究

3.3平面镜模块准直和调整光路

3.4光斑图像处理算法研究

3.4.1 CCD基本原理

3.4.2 CCD的标定

3.4.3图像采集与量化

3.4.4图像滤波与阈值分割

3.4.5图像边缘检测与中心点确定

3.5本章小结

4系统光路误差分析

4.1激光器误差

4.2激光通过偏振片的误差

4.3激光通过望远镜的误差

4.4光束传播误差

4.5 CCD检测误差

4.6数据处理误差

4.7随机误差

4.8本章小结

5关键结构有限元分析

5.1有限元分析的基本思想

5.2结构静力分析

5.2.1结构静力分析理论

5.2.2结构静力分析的一般步骤

5.2.3有限元模型的建立

5.2.4计算结果与分析

5.3光源支撑架模态分析

5.3.1结构模态分析的基本方法

5.3.2光源支撑架边界条件建立和网格划分

5.3.3计算结果与分析

5.4本章小结

6总结及展望

6.1全文总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献

附录