光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法

光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法 光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法 第8卷第1期 2010年2月 信息与电子工程 INFORMATIONANDELECTRONICENGINEERING VO1.8,No.1 Feb.,2010 文章编号:1672-2892(2010)01-0111—03 光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法 谢阅,唐钟,虢仲平 (西南计算中心,四川绵阳621900) 摘要:激光装置光路准直系统通过多块腔镜及反射镜的角度调整,使光路的指向和位置达 到物理指标 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 .为提高远近场光路准直的效率,减少电机调整次数,提出一套准直算法,腔镜 准直使用正圆调整算法,反射镜准直将关联系数矩阵由传统的2维改进为4维.通过准直光学实 验平台,验证了该算法收敛速度快,电机调整步数更精确,移动次数更少,小于3次就满足准直 精密度要求. 关键词:光路准直;腔镜;反射镜;准直算法 中图分类号:TN248;TP13文献标识码:A ControlarithmeticforcavitymilTorandreflectorin beamsautomaticalignmentsystem XIEYue,TANGZhong,GUOZhong—ping (South-westComputingCenter,MianyangSiehuan621900,China) Abstract:Inbeamsautomaticalignmentsystem,byadjustingtheanglesofmanycavitymirro ~and reflectorsoflaserequipment,thedirectionandpositionofbeamcanmeettothephysicalcriterions.To increasethecollimationefficiencyoffarandnearfieldandreducetheadjustmenttimesformotor,this studyproposedacollimationarithmetic.Adjustmentarithmeticofroundimagewasimplementedinthe collimationofcavitymirror.Inthecollimationofreflector,correlativecoefficientmatrixwasimproved fromtraditionaltwodimensionstofour.Bythealignmentexperimentplatform,thearithmeticwasproved tobeconvergedrapidly.Theadjustmentstepsofmotorweremoreaccurate,andthetimesofmovewere lessthanthree,whichcouldmeetthecollimationprecisionrequirement. Keywords:beamalignment;cavitymirror;reflector;collimationarithmetic 大型激光装置要求光路准直系统在装置运行发射前,监视每条光路上2个具有一 定代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 性的点,通过多块腔 镜及反射镜的角度调整,使光束按照特定的指向和位置要求通过某一段特定的光 路,从而快速,自动地完成装置 激光的光路准直_2】.因此,对腔镜及反射镜的控制算法在收敛速度及计算结果的 精确度上有较高要求引.本文 提出一套针对CM腔镜及BM反射镜的控制算法,并通过准直光学实验平台验证 了该算法满足装置准直指标要求. 1准直光学实验平台 图1为准直光学实验平台光路示意图,可控制部件有: 准直腔镜CM,反射镜BM1,BM2,通过电机实现准直调整; 图像数据采集通过远场图像传感器(FarFieldCharge CoupledDevice,FFCCD)和近场图像传感器(NearField ChargeCoupledDevice,NFCCD)完成;光源(source)需要使 用平移台(记为"tds")向前移动,以照明小孔,在光阑位置 附近有近场基准平移台(记为"tdn",十字叉). 收稿日期:2009-07.10;修回日期:2009—09—01 基金项目:国家863高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 基金资助项目(2006AA804508) ……_l-' 眦c.….一…一 M 0.…==:L ():3 =二=j3二二, L 0一ICM M2 L2. Fig.1Beamofalignmentexperimentplatform 图1准直光学实验平台光路示意图 .. 112信息与电子工程第7卷 2镜架电机与图像关联参数标定 光路准直应先标定出反射镜各维驱动步进电机转动步数分别对CCD近,远场图像位置变化的关联系数,建 立各步进电机转动步数和CCD上近,远场图像位置误差之间关系的方程组,解方程组就可得到各步进电机的转 动步数. 2.1腔镜CM关联系数标定 按照镜架设计要求,腔镜CM的2个步进电机用于远场基准图像的调整,仅与远场扁圆图像在x,y方向中的 一 个方向相关,设定2个步进电机分别对应关联系数k— cml和k_ em2.通过分别驱动CM上某个电机一定步数", CCD测量远场扁圆图像中心的或Y轴偏移量(像素)或,即可得腔镜CM的关联系数:cm1=Ax/n,k— cm2= ,系数的单位是:像素/步数. 2.2反射镜BM1,BM2关联系数标定 BM1,BM2步进电机关联系数由表1给出.通过转动BMI一定 )ax,即可得BM1的 步数,CCD测量近场图像的X轴偏移量(像素 X方向近场系数a=Ax/n.按此方法标定其它系数. 3腔镜CM准直算法 表1反射镜BM电机关联系数 LblelCorrelativecoefficientofretiectorandmotor 通过调整腔镜的电机CM1和CM2,使得远场的图像由扁圆变为正圆,并记录正圆的中心坐标,作为远场的 基准. 3.1腔镜CM准直 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 腔镜CM准直流程见图2: a)退出基准平移台"tdn",打开光源"source",向前平移"tds"平移台,使光源照明小孔板,在FFCCD能 够采集到小孔的图像; b)根据FFCCD采集的,'bTL像,调节CM的角度,使该/b:fL的图像成为正圆.记录下此时FFCCD上小孔图 像的中心坐标,以此作为BM1,BM2准直的远场基准(Fx,Fy); c)CM准直完成,"tds"平移台复位. Fig.2Alignmentflowofcavitymirror 图2腔镜CM准直流程 3.2正圆调整算法 理论分析可知,电机CM1,CM2转动时,远场图像扁圆总会有一边 不移动,其圆心可作为正圆的目标圆心. 远场扁圆图像可分解为图3所示,任选一边,假设H1为固定边, 则需H2向远离H1的方向移动,即将H2的圆心02移到与O1重合.如 果扁圆面积增大,则表明移动方向正确;面积减小,则表明移动方向错 误,此时需要调整正确的方向,即向相反方向移动一2d(d为圆心O1到 02的距离).按以上方法,反复转动电机,直到扁圆为正圆为止. 利用采集到的图像直径作为判定对象,当直径满足以下公式,即为 正圆. (Dmax-Dmin)/Dave<m(1) 式中:Dmax为图像最大直径;Dmin为图像最小直径;Dave为平均直径; Fig.3Analysisofflatroundimageforfarfield 图3远场扁圆图像分解 m为正圆率,是圆形判定预设值. 第1期谢阅等:光路自动准直中腔镜及反射镜控制算法113 4反射镜BM准直算法 反射镜BM的准直流程见图4.将"tdn"平移台平移到基准参考位,NFCCD采集基准图像,由基准图像计 算出的坐标记为近场基准(Nx,Ny),然后将"tdn"平移到光路外.建立各步进电机转动步数和CCD上近,远场图 像位置之间关系的方程组,解方程组就可得到各步进电机的转动步数;准直BM1,BM2,将各个CCD的图像调整 到基准位置上为止. Fig.4AlignmentflowofreflectorBM 图4反射镜BM准直流程 假设光路准直时,方向上NFCCD采集的近场图像与近场基准的误差为Axn,FFCCD采集的远场图像与远 场基准的误差为;Y方向上NFCCD采集的近场图像与近场基准的误差为Ayn,FFCCD采集的远场图像与远 场基准的误差为?于是就可以得到关于反射镜BM1,BM2转动步数的方程组,求 解就可以求出4个电机的转 动步数. 5结论 Ax ? ?r . r kl1 kll kl2? 毛 2 kl2 , k2lr 1 k22M k22 2-v, 1 2l ,22 以往光路准直假定某个电机仅与轴或Y轴其中一个存在关联,即表1关联系数构 成的矩阵为2维,而式(2) 为2个独立的2维方程组钔.准直光学平台中,每个电机与近远场图像的x轴和Y 轴都存在关联,表1关联系数 构成的矩阵应该为4维,相应式(2)为1个4维方程组,这样改进的系数矩阵及方程 组适用面更广.准直光学平 台实验表明,当采用2维矩阵时,反射镜的调整次数大于6次,且不易达到准直精密度要求;而采用4维矩阵, 电机调整步数更精确,移动次数更少,小于3次就达到精密度要求. 参考文献: 【1】张广法,唐钟,谢阅.基于PROFINET的网络通讯系统[J].信息与电子工程,2009,7(2):164—167. 【2】HoldenerFR,AblesE,BlissES,eta1.BeamcontrolanddiagnosticfunctionsintheNIFtransp ortspatialfilter[C]//Proc. OfSPIE.1997,3047:692—699. 【3]刘代中,朱健强,徐仁芳,等.4程放大光路自动准直系统研究【J】.强激光与粒子束,2004,16(5):582—586. 【4】翟学锋,王国富,达争尚.神光III3(o光路自动准直系统设计[J1.应用光学,2007,28(2):177—180. 作者简介: 谢阅(1971一),男,四川省遂宁市人,硕士, 高级工程师,研究方向为现场总线及分布式工业 控制等.email:xiey@caep.ac.cn. 唐钟(1974一),男,四川省绵阳市人,硕士, 工程师,研究方向为智能控制及计算机软件与应 用等. 虢仲平(1964一),男,北京市人,研究员,学 士,研究方向为嵌入式控制及计算机技术与应用 等.