2米碳化硅主镜在光机系统中精确定位方法研究

CIOMP OpenIR

	2米碳化硅主镜在光机系统中精确定位方法研究
	原帅
学位类型	硕士
导师	张景旭
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	大口径主镜定位运动学约束有限元分析谐振频率预紧力
摘要	在光机系统中,所使用的光学元件的间距和准直有严格的要求,以防止像差的产生而导致的成像质量降低。作为地基大口径望远镜的关键组件,主镜性能的高低直接影响了整个望远镜系统的成像品质、工作时间以及可靠性等性能。而影响主镜光学系统像质的因素,主要由主镜的面形精度和定位精度两方面组成。随着主镜径厚比的增大,以及新型镜坯材料的使用和凹面镜、弯月镜等新结构形式的应用,大口径望远镜主镜在光机系统中的精确定位方法的复杂程度和重要性日益提高。本课题针对某2米级地基望远镜项目,提出了主镜在装调、轴向支撑、径向支撑三种不同工况条件下的精确定位方法,提高了主镜在望远镜光机系统中的位置精度。设计了主镜的装调定位系统和径向定位系统,通过仿真分析给出了主要设计参数,并利用有限元方法评估了径向定位系统对主镜的位置精度、主镜系统的动态性能和主镜的面形精度等方面的影响。设计并加工了所设计的主镜径向定位系统组件的样件,开展了相关的性能测试试验;试验结果表明,组件的实际性能满足设计要求。具体研究内容如下:1)简单介绍了望远镜的发展历史,列举了一些常用的主镜镜坯材料并比较了各种材料的性能参数,对比得出了碳化硅材料具有的优势;明确阐述了课题提出的背景和实际意义,同时针对性地选取了国内外较为典型的望远镜系统,介绍了其主镜的基本参数和支撑定位方法,为接下来的研究设计工作提供了指导方向和参考方法。2)一方面,将大口径主镜视为一个刚体,阐述了运动学约束的基本原理、运动学接口的特性;另一方面,将大口径主镜视为一个弹性体,分析了弹性变形对主镜的定位和面形精度的影响。通过对理论知识的学习,为研究主镜在光机系统中的精确定位这一课题提供了理论基础。3)基于运动学约束原理提出了一套适用于大口径主镜在光机系统中的定位系统实现方案,方案涵盖了主镜的装调定位方法和装调定位系统设计、Whiffletree轴向支撑方式对主镜的约束作用和主镜的径向定位方法分析比较三个方面。着重介绍和比较了心轴中心定位方法和基于运动学约束的径向多点定位方法,选定了主镜的径向定位系统的设计方案。4)针对主镜径向定位系统,具体设计了主镜的径向定位系统实现方案。重点阐述了主镜径向定位点的选择和优化过程;利用matlab、UG、Patran/Nastran等计算机软件设计了具体的定位系统结构,其中重点包括柔性支撑杆的参数化设计和双向缓冲基座的结构设计;使用UG、Hypermesh、Patran/Nastran等软件建立了主镜系统的有限元模型,评估了设计的径向定位系统对主镜的位置精度、主镜系统的动态性能和主镜镜面的面形精度等方面的影响。结果表明,使用该径向定位系统的整个主镜系统谐振频率达到13.6Hz,光轴水平时主镜沿Y轴方向的平均位移小于0.05mm,镜面面形未受影响;所有指标均满足设计要求。5)设计并加工制作了主镜径向定位系统组件的样件,开展了与径向定位组件实际性能相关的测试试验,包括柔性支撑杆的实际刚度和缓冲弹簧的预紧力大小;试验数据结果表明,径向定位组件的实际性能与设计指标误差在1%以内,满足设计要求。本文研究的大口径主镜在光机系统中的精确定位方法能够有效地对主镜进行定位,所设计的主镜定位系统能够保证主镜的位置精度,满足主镜的谐振频率要求,且不影响主镜的面形精度,试验组件实际性能满足设计要求。研究结果对于开展2米级碳化硅主镜的支撑和定位技术的工程应用,具有一定的参考价值。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61544
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	原帅. 2米碳化硅主镜在光机系统中精确定位方法研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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2米碳化硅主镜在光机系统中精确定位方法研（5167KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文