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,設計了一套使用遠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志穩(wěn)定、清晰的邊緣,利用合作標志和標定片完成圖像放大系數(shù)標定、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,當溫差最大為150℃時熱態(tài)間距減少量達到最大,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、在冷卻期時產生負位移現(xiàn)象,測量結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】：國防科技大學學報. 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)間距進行測量的方法。如圖2所示，將兩個氧化鋁探針用高溫結構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。遠距顯微鏡通過4軸高精度定位平臺安裝在柵極組件的側方，調整定位平臺和顯微鏡，將探針及合作標志成像在視場的中央。圖像中三個圓形合作標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，遠距顯微鏡采集圖像序列實時傳送到計算機，合作標志的邊緣像素由分區(qū)Canny邊緣檢測提取。基于合作標志的邊緣像素，利用最小二乘法對圓心的坐標進行擬合，高精度測量合作標志位移，同時對圖像進行校正和放大系數(shù)標定。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志進行標定，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類標準不確定度;k1,k2均為包含因子。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3626289