[发明专利]一种基于对焦测距方式的离子推力器栅极腐蚀测量系统

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种基于对焦测距方式的离子推力器栅极腐蚀测量系统；特别适用于测量离子推力器加速栅极的腐蚀情况，以及加速栅极和减速栅极两层之间的距离。

背景技术

离子推力器为先进的空间航天器应用的推力器，与传统化学推力器相比，具有高比冲和长寿命的特点，主要应用于通信卫星的位置保持和轨道转移、深孔探测航天器主推进等任务。航天器应用离子推力器后，能够显著降低推进剂携带量，增加有效载荷，可带来显著的经济效益，同时可大幅提升航天器综合技术水平。栅极组件是离子推力器产品的核心组件，其功能是引出并加速放电室离子而产生推力，是直接决定离子推力器性能、寿命及可靠性的核心组件。

栅极组件主要由减速栅极、加速栅极和其它结构件组成，减速栅极、加速栅极均为薄壁球壳类零件，每层栅极均匀分布有1-2mm的栅孔，栅孔数量巨大，两栅极之间的间距为关键参数，装配时必须进行检测和控制。卫星离子推力器在工作过程中会受到自身离子溅射和温度的影响，逐步腐蚀推力器加速栅极并改变加速栅极和减速栅极之间的距离，所以在卫星离子推力器生产与验证过程中，以上两项的检测与验证变得尤为重要，需要一套系统能准确测量出加速栅极腐蚀情况与栅极距离。推力器表面为一层为减速栅极，第二层为加速栅极，每层栅极均匀分布有复数个1-2mm的栅孔，检测第二层加速栅极腐蚀状况和减速栅极与加速栅极两层间距需要从第一层减速栅极上的小栅孔内观察，且越高的测量精度测量越有价值。

在自动测量中，目前市场上对于以上检测需求有四种测量方式，第一种是采用点激光取点，第二种为线激光扫描三维，第三种为结构光三维重建，第四种为双目成像三维重建。第一种和第二种都是基于激光三角测量法，由于第一层减速栅极的遮挡，能检测第二层加速栅极的区域非常小，并且常规测量精度只能达到0.02mm精度，而可以达到u级的激光测量投入成本过高，大都在百万元以上；第三种与第四种入射光角度和拍摄角度具有一定夹角，也存在拍摄区域有很大死角，测量精度也只有0.02mm。目前的方式均存在测量死角大，测量精度差的问题。

因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员亟待要研究的内容。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种能够实现高精度测量加速栅极和减速栅极之间距离的基于对焦测距方式的离子推力器栅极腐蚀测量系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于对焦测距方式的离子推力器栅极腐蚀测量系统；所述测量系统包括同轴光源、高精度移动模组、工业相机和低景深显微镜头；所述低景深显微镜头装于所述工业相机上；所述同轴光源安装于所述低景深显微镜头上；所述工业相机设置在所述高精度移动模组上；

所述移动模组带动所述工业相机向离子推力器移动，连续拍摄一组图像序列，将图像沿X、Y方向分成复数个5X5像素的区域，每个5X5像素区域计算出区域内25个像素灰度值的平方差，在该组图像序列的每张图片中取相同位置区域，计算灰度值的平方差，以最大平方差的图片为该区域的对焦屏幕；计算出焦平面高度；

对于加速栅极与减速栅极之间的距离测量，采用所述移动模组带动所述工业相机向加速栅极移动，连续拍摄一组图像序列，将图像沿X、Y方向分成复数个5X5像素的区域，每个5X5像素区域计算出区域内25个像素灰度值的平方差，计算出加速栅极的焦平面高度；再采用所述移动模组带动所述工业相机向减速栅极移动，连续拍摄一组图像序列，将图像沿X、Y方向分成复数个5X5像素的区域，每个5X5像素区域计算出区域内25个像素灰度值的平方差，在减速栅极上取多块5X5像素的区域，计算出减速栅极的焦平面高度；所述加速栅极的焦平面高度和所述减速栅极的焦平面高度之差为两栅极间距；

采用所述移动模组带动所述工业相机向加速栅极腐蚀中心移动，连续拍摄一组图像序列，将图像沿X、Y方向分成复数个5X5像素的区域，每个5X5像素区域计算出区域内25个像素灰度值的平方差，在加速栅极腐蚀中心取一块区域，计算出加速栅极腐蚀区的焦平面高度，并在加速栅极腐蚀区的边缘取一块区域读取，计算出加速栅极非腐蚀区的焦平面高度，则可计算出加速栅极的腐蚀深度。

上述技术方案中，相关内容解释如下：

1、上述方案中，所述同轴光源为密封式灯具。

2、上述方案中，在所述高精度移动模组和所述超低景深镜头的配合下，测量精度达到5um。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：