為了完成LIPS-300離子推力器三柵極組件在真空、高溫環(huán)境中微小熱態(tài)間距的高精度測量,設(shè)計了一套使用遠(yuǎn)距顯微鏡的非接觸攝像測量系統(tǒng)�；谂臄z的圖像,運用交互式分區(qū)方法獲得多個圓形合作標(biāo)志穩(wěn)定、清晰的邊緣,利用合作標(biāo)志和標(biāo)定片完成圖像放大系數(shù)標(biāo)定、圖像畸變校正以及柵極熱態(tài)間距亞像素級測量。精度驗證實驗表明,本系統(tǒng)在非加熱情況下測量精度優(yōu)于6μm,在加熱情況下測量精度優(yōu)于12μm。大氣環(huán)境下的加熱實驗結(jié)果顯示屏柵和加速柵溫度差越大,柵極熱態(tài)間距的減小量越大,當(dāng)溫差最大為150℃時熱態(tài)間距減少量達(dá)到最大,即420μm。同時,由于安裝環(huán)的熱變形影響,柵極在熱穩(wěn)態(tài)時熱變形量下降、在冷卻期時產(chǎn)生負(fù)位移現(xiàn)象,測量結(jié)果與國外同類實驗趨勢一致。系統(tǒng)滿足柵極組件熱態(tài)間距測量的需求。 

【文章來源】：國防科技大學(xué)學(xué)報. 2020,42(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

柵極組件熱態(tài)間距攝像測量系統(tǒng)示意圖

本文設(shè)計了一種在不影響柵極間距的情況下對三柵極組件熱態(tài)間距進(jìn)行測量的方法。如圖2所示，將兩個氧化鋁探針用高溫結(jié)構(gòu)膠和高溫陶瓷膠分別固定到屏柵和加速柵的中心孔中。并在探針和減速柵極上用高溫陶瓷膠固定圓形合作標(biāo)志，用于亞像素定位提高測量精度。為了便于安裝，探針分為兩段直徑，加速柵探針底部直徑為1.8 mm，可以穿過屏柵孔(1.9 mm)但無法穿過加速柵孔(1.25 mm)。而屏柵探針底部直徑為2.2 mm，無法穿過屏柵。第二段直徑均為0.8 mm均可以從減速柵中探出。圓形合作標(biāo)志為直徑1.5 mm的氧化鋯圓球。通過探針和柵極的位移來間接測量柵極熱態(tài)間距以及變形量。遠(yuǎn)距顯微鏡通過4軸高精度定位平臺安裝在柵極組件的側(cè)方，調(diào)整定位平臺和顯微鏡，將探針及合作標(biāo)志成像在視場的中央。圖像中三個圓形合作標(biāo)志的水平方向位移分別代表屏柵加速柵和減速柵中心的變形量，其差值為柵極間距的變化量。工作時，遠(yuǎn)距顯微鏡采集圖像序列實時傳送到計算機，合作標(biāo)志的邊緣像素由分區(qū)Canny邊緣檢測提取。基于合作標(biāo)志的邊緣像素，利用最小二乘法對圓心的坐標(biāo)進(jìn)行擬合，高精度測量合作標(biāo)志位移，同時對圖像進(jìn)行校正和放大系數(shù)標(biāo)定。本文開發(fā)的數(shù)字圖像處理軟件集成了圖像處理和計算功能，可實現(xiàn)柵極熱變形量和熱態(tài)間距變化的在線檢測和輸出。

首先利用圓形合作標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)定，直徑珔d=1.5 mm的氧化鋯圓球，精度G10級，即精度a=0.25μm。以B類不確定度評定氧化鋯圓球的直徑，在P=0.954的置信水平下k1=2，假設(shè)圓球直徑服從三角分布，由式(1)計算圓球直徑dreal=1500±0.204μm。式中:Ud為圓球直徑的擴展不確定度;為圓球直徑的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度;k1,k2均為包含因子。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3626289