画相机胶片负压展平的数值模拟

    1 引  言

    遥感技术现已广泛应用于地图测绘、资源普查、减灾防灾、军事侦察等许多领域[1]。随着遥感技术的迅速发展,画幅式相机的精度和分辨力的要求越来越高,画幅也在不断增大,大画幅胶片的负压展平是获得高分辨力影像的主要技术之一[2][3]。

    本文针对画幅为100~200mm(5 ~9.5 ),胶片展平精度为0.01mm量级,展平定位和释放的时间在0.1s量级,具有足够的吸附力,(即胶片展平后的吸附力要确保片台在作像移补偿运动时能可靠地带动胶片运动)的胶片负压展平系统进行了计算机模拟,目的是准确可靠地确定展平片台上的配气槽的结构、布局和尺寸,确定负压形成和控制的各有关参数。使设计制造出来的胶片负压展平系统能够可靠地工作,满足上述的技术指标要求。

    2 系统的组成及工作原理

    胶片负压展平系统如图1所示,由胶片、窄槽式展平片台、电磁阀、真空泵、消声器、减震器等部件组成。通过控制电磁阀的开、关来控制气路的通断从而控制胶片在片台上的吸(展平)、放(输片)。为了实现有效的展平,胶片在展平过程中,在展平片台和胶片之间的空内,负压是从中心区域开始逐渐向外扩展形成的,从而使胶片从中心区域开始吸附逐步地向四周扩展,最后使整幅胶片被吸附达到展平。避免展平从四周开始,而后向中心扩展,最后形成展平死区。展平时真空泵从展平片台和胶片之间的空隙中向外抽气的同时,空气也从胶片与展平片台的四周的缝隙向展平片台内流入,同时展平中胶片在不断地向展平片台靠近,即间隙参数在不断地变化,因此胶片展平过程的边界条件是相当复杂的。胶片的展平时间涉及到展平片台通气结构参数、真空泵的抽气速度及其所抽得的真空度与抽气速度的关系、管路损失、电磁阀的响应时间等诸多因数,要对胶片展平系统进行准确合理的系统参数设计,采用一般工程计算方法难以解决,因此寻求应用数值方法对系统进行模拟。

    3 胶片展平时间的计算

    为求解胶片展平的时间和展平过程中各个时刻胶片被吸附的区域,需对两个连续量即展平时间和胶片的展平区域进行离散化。

    胶片的画幅为正方形,设其边长为a,由于展平片台的通气窄槽在结构上具有对称性,可以取其四分之一进行分析计算。求解域如图2所示,边长a/2,真空泵在展平片台上的抽气口位置位于坐标原点o,x、z坐标轴所在的位置为求解域的对称边界,另外两条边界为大气边界,8区域即代表一三角形单元体的区域,$x、$z为三角形单元体的直角边边长。具体的网络划分的形式见图3(d),四分之一的画幅上划分50行、50列点。其中处于z轴上的1条主配气槽和平行于x轴的10条辅配气槽,均用重黑点表示。