一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置的制作方法

本发明属于航天器成像系统领域，涉及一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置。

背景技术：

当受到外界振源的激励时，系统可能产生受迫振动，对于精密制造业，航空，航天和武器装备等领域，振动超过一定程度可能会导致设备无法正常工作，因此需要进行振动试验，检测系统的振动响应。

对于某些系统最为关注不同区域之间的相对振动，如航天器上的成像系统，最为关注光源经各级反射镜到成像焦平面的成像路径受振动的影响，目前应用的振动检测方法为光测法，通过布置模拟光源，搭建测试光路，在焦平面处布置激光位置敏感传感器，传感器所测光斑的像位移代表了整个成像系统的振动响应。这种测量手段只能得到整个成像光路的振动信息，而无法分析光路各部分的影响情况。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，既可以分析整个成像光路的振动，又可以分析各级反射镜的振动，成像系统具有较高的可设计性，所得图像的振动信息更加丰富。

本发明解决技术的方案是：

一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，包括待测模型、第二反射镜、高平行度同轴光源、第三反射镜、第一反射镜和高解析度相机；其中，待测模型为中空长方体结构；高平行度同轴光源水平设置在待测模型的侧壁处；待测模型的侧壁对应高平行度同轴光源的位置设置有通孔；实现高平行度同轴光源发射的测试光通过通孔照射入待测模型内；第二反射镜、第三反射镜和第一反射镜设置在待测模型内部；且第一反射镜设置在与高平行度同轴光源相对的待测模型侧壁上，位置与测试光对应；第二反射镜设置在与第一反射镜相对的待测模型侧壁上；第三反射镜设置在待测模型的底板上；高解析度相机竖直设置在待测模型的顶部；且待测模型顶部对应高解析度相机位置设置有通孔；实现测试光依次经第一反射镜反射、第二反射镜反射、第三反射镜反射后，到达高解析度相机，高解析度相机实现解析成像。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，所述高平行度同轴光源的距地高度为100-200mm；第一反射镜的安装高度与高平行度同轴光源高度对应，第一反射镜与待测模型竖直侧壁的夹角为α；第二反射镜的安装高度为400-800mm，第二反射镜与待测模型竖直侧壁的夹角为β；第三反射镜水平距第二反射镜300-600mm；第三反射镜与待测模型水平底板的夹角为γ；3个夹角的关系满足：β+γ-α＝45°；且β＞2α。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，所述第二反射镜、第三反射镜和第一反射镜为相同尺寸的圆形结构；且第二反射镜、第三反射镜和第一反射镜的镜面上均贴有光吸收膜；其中，光吸收膜为弓形形状；光吸收膜的半径与反射镜的半径对应；光吸收膜的弧长为反射镜弧长的1/3。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，设定第二反射镜、第三反射镜和第一反射镜的顶部为0°位置；第一反射镜中，光吸收膜贴在第一反射镜的0°-120°圆弧与弦线围成的弓形区域；第二反射镜中，光吸收膜贴在第二反射镜的120°-240°圆弧与弦线围成的弓形区域；第三反射镜中，光吸收膜贴在第三反射镜的240°-360°圆弧与弦线围成的弓形区域。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，所述高平行度同轴光源发出的测试光的波长为633nm，光束发散角小于1.7mrad。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，高解析度相机的最大分辨率为2560*1920；在待测模型的振动过程中，高解析度相机实现对测试光的高速拍照，满幅采集速度为1600fps，位移测量精度优于1μm。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，光吸收膜实现对测试光的吸收；实现反射光照射在光吸收膜位置的光停止继续反射；光吸收膜采用氟化镁材料；吸光率大于99.8％。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，所述测试装置的测试过程为：

初始状态，高平行度同轴光源发出平行测试光进入待测模型内部；平行测试光依次经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后到达高解析度相机；高解析度相机解析出正常状态下测试光经过光吸收膜后的成像图形；

对待测模型施加振动，高平行度同轴光源发出平行测试光进入待测模型内部；平行测试光依次经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜反射后到达高解析度相机；高解析度相机解析出振动状态下测试光经过光吸收膜后的成像图形；

将正常状态下的成像图形与振动状态下的成像图形进行对比，得到振动对光学相机成像质量的影响。

在上述的一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，振动过程中，待测模型的振动频率为0.5-1000hz，振动幅度为0.5-500μm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明的采用面积较大光束作为光源，仅对平行度有较高要求，对于其它测试环境要求较小，测试应用度高；

(2)本发明采用高解析度相机进行数据采集，提高了数据采集速度；

(3)本发明中的隔振系统设计丰富了测量信息，不仅可以分析整个成像光路的振动，还可以分析各环节的振动；

附图说明

图1为本发明测试装置示意图；

图2为本发明第一反射镜粘贴光吸收膜粘贴示意图；

图3为本发明第二反射镜粘贴光吸收膜粘贴示意图；

图4为本发明第三反射镜粘贴光吸收膜粘贴示意图；

图5为本发明正常状态与振动状态成像图形示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提出一种航天器微振动对光学相机成像质量影响测试装置，既可以分析整个成像光路的振动，又可以分析各级反射镜的振动，成像系统具有较高的可设计性，所得图像的振动信息更加丰富。

成像质量影响测试装置，具体如图1所示，具体包括待测模型1、第二反射镜2、高平行度同轴光源3、第三反射镜4、第一反射镜5和高解析度相机6；其中，待测模型1为中空长方体结构；高平行度同轴光源3水平设置在待测模型1的侧壁处；待测模型1的侧壁对应高平行度同轴光源3的位置设置有通孔；实现高平行度同轴光源3发射的柱形高平行度测试光通过通孔照射入待测模型1内；第二反射镜2、第三反射镜4和第一反射镜5设置在待测模型1内部；且第一反射镜5设置在与高平行度同轴光源3相对的待测模型1侧壁上，位置与测试光对应；第二反射镜2设置在与第一反射镜5相对的待测模型1侧壁上；第三反射镜4设置在待测模型1的底板上；高解析度相机6竖直设置在待测模型1的顶部；且待测模型1顶部对应高解析度相机6位置设置有通孔；实现测试光依次经第一反射镜5反射、第二反射镜2反射、第三反射镜4反射后，到达高解析度相机6，高解析度相机6实现解析成像。光束的传播位于二维平面内；光束形状由初始光束与三面反射镜的吸收膜叠加得到，由高解析度相机6进行光束图案的采集。在振动条件下，拍摄图案形状的变化可以反映出各反射镜的振动情况，进而实现对各级反射镜及整个光路的振动分析。所述高平行度同轴光源3，用于模拟相机成像系统的光源，高平行度同轴光源3发出的测试光的波长为633nm，光束发散角小于1.7mrad。平行度及同轴性保证高平行度同轴光源3发射的光束在整个光路的传播特性不变，到达高解析度相机6的光束变化只与待测模型1内的光路振动有关。高解析度相机6的最大分辨率为2560*1920；在待测模型1的振动过程中，高解析度相机6实现对测试光的高速拍照，满幅采集速度为1600fps，位移测量精度优于1μm。

高平行度同轴光源3的距地高度为100-200mm；第一反射镜5的安装高度与高平行度同轴光源3高度对应，第一反射镜5与待测模型1竖直侧壁的夹角为α；第二反射镜2的安装高度为400-800mm，第二反射镜2与待测模型1竖直侧壁的夹角为β；第三反射镜4水平距第二反射镜2300-600mm；第三反射镜4与待测模型1水平底板的夹角为γ；3个夹角的关系满足：β+γ-α＝45°；且β＞2α。

所述第二反射镜2、第三反射镜4和第一反射镜5为相同尺寸的圆形结构；且第二反射镜2、第三反射镜4和第一反射镜5的镜面上均贴有光吸收膜7；其中，光吸收膜7为弓形形状；光吸收膜7的半径与反射镜的半径对应；光吸收膜7的弧长为反射镜弧长的1/3。设定第二反射镜2、第三反射镜4和第一反射镜5的顶部为0°位置；如图2所示，第一反射镜5中，光吸收膜7贴在第一反射镜5的0°-120°圆弧与弦线围成的弓形区域；如图3所示，第二反射镜2中，光吸收膜7贴在第二反射镜2的120°-240°圆弧与弦线围成的弓形区域；如图4所示，第三反射镜4中，光吸收膜7贴在第三反射镜4的240°-360°圆弧与弦线围成的弓形区域。

光吸收膜7实现对测试光的吸收；实现反射光照射在光吸收膜7位置的光停止继续反射；光吸收膜7采用氟化镁材料；吸光率大于99.8％。光吸收膜7实现对光束局部区域的吸收，光束经反射镜表面反射时，光束和光吸收膜重和的区域不进行后续的传播，高解析度相机6拍摄得到的图像是原始光束减去三处光吸收膜7与光束重合的区域。光吸收膜7可以采用在反射镜表面涂黑的方式，也可以利用镀膜技术处理过的反射镜的方式。

测试装置的测试过程为：

初始状态，高平行度同轴光源3发出平行测试光进入待测模型1内部；平行测试光依次经第一反射镜5、第二反射镜2、第三反射镜4反射后到达高解析度相机6；高解析度相机6解析出正常状态下测试光经过光吸收膜7后的成像图形。

对待测模型1施加振动，振动过程中，待测模型1的振动频率为0.5-1000hz，振动幅度为微米级，振动幅度为0.5-500μm。高平行度同轴光源3发出平行测试光进入待测模型1内部；平行测试光依次经第一反射镜5、第二反射镜2、第三反射镜4反射后到达高解析度相机6；高解析度相机6解析出振动状态下测试光经过光吸收膜7后的成像图形。

高解析度相机9将接收的光束以点阵的形式进行处理，通过分析光束的振动形式得到成像光路整体的振动信息和各个反射镜所在表面的振动信息。将正常状态下的成像图形与振动状态下的成像图形进行对比，如图5所示，得到振动对光学相机成像质量的影响。

本发明的测试装置可设计性较强，可以根据成像光路设计光吸收膜7的形状及位置，可以得到各种形式的图案，如正多边形、星形等，对高解析度相机6采集到的光束形状进行振动分析，相比以往采用光斑型式的光束像位移进行振动分析，提高了成像系统设计性，丰富了所获得的振动信息。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。