航空底片测试仪的恒张力数字控制系统研制

    1 引 言

    系统地测评航空照相底片影像质量,是改进和提高航空感光胶片成像质量的重要环节,研制一套检测、评价底片影像质量的专用仪器,是很有必要的。

    长期以来,胶片测评方法是在已照相冲洗后的底片上,凭肉眼进行观察选择,并用光密度计检测若干点的密度,然后根据经验和被检测若干点的数据对底片的影像质量做出评价,以此来指导或修正胶片的拍摄和冲洗工作。这种方法,由于选点的随机性和不可重复性,加之手工操作速度较慢、数量较少,而且不同人员的主观差异性,使得数据和分析的可比性、重复性、客观性受到一定程度的影响[1-2]。

    把上述检测过程以及影像质量评价智能化、自动化是研制本仪器的目的[3]。而作为测试仪的核心技术之一是底片运动和定位的控制系统,它是原始数据采集是否真实、可靠的根本保证。

    2 传动机构的设计

    被测航空底片幅面宽160~240 mm、长1 000~3 000 m,边缘无控制齿孔,为了保证在测试中底片移动和定位的精确,必须保持适当的张力和速度,使得底片与各个传动轴之间实现纯滚动,其传动机构布局如图1所示。

    一般张力控制系统是由伺服电机、磁粉制动器或电磁离合器、控制器、力传感器或测量厚度超声传感器及电源组成[4-6]。由于系统的控制参数为模拟量,因此在测试中要实现精确的张力、速度、位移和定位控制有难度。采用实时的数字控制方式可以较好地解决这个问题,为此在系统的测长轴上安装了增量式光电编码器,在测张力轴上安装了绝对式光电编码器,在两胶片卷轴上安装了步进电机,在水平移动区安装了底片边缘位置检测传感器[7-8]。

    2.1 几何参数

    已知条件:胶片卷轴的内径为d、装满胶片后的直径为D、胶片宽度为W;底片的厚度为D、每张胶片的长度为a、片间隔为b、片头和片尾的无效长度为l1和l2、底片密度为Q(kg/mm3)。

    当(D-d)/2mD时,可近似认为底片最大卷胶片圈数n为

n=(D-d)/2D, (1)

    其中第n圈周长为

Ln=P[d+2(n-1)D]

    总长度为

L=L1+L2+K+Ln=P[nd+n(n-1)D] ,(2)

    底片的张数(张)为

Z=(L-l1-l2)/(a+b) , (3)

    2.2 系统的运动和动力学分析

    2.2.1 运动分析

    底片的卷绕长度与放出长度的变化关系在理论上是线性的,如图2所示。

   为满足以上规律,两胶片卷轴上底片的线速度应相等,控制两电机轴的角速度dU1/dt、dU2/dt可实现平均线速度为一定值,底片移动的线速度(mm/s)和位移量(mm)可通过测长轴上传感器获取的数据进行计算。