基于主动光学的大口径反射镜硬点定位技术研究

发布时间：2017-10-12 06:42

  本文关键词：基于主动光学的大口径反射镜硬点定位技术研究

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【摘要】：大口径望远镜主镜、副镜等反射镜相对于其镜室的位置和方向靠硬点来保证,它是主动光学的关键组成部分,对提高望远镜系统的成像质量和安全防护性能具有重要的意义,随着望远镜朝着大口径、轻量化、高分辨率的方向发展,成像系统对反射镜位姿和面形精度的敏感度逐渐增大,反射镜的定位精度指标、负载监测及安全防护等要求对硬点定位装置提出了巨大的挑战。本文对国内外大口径反射镜硬点定位技术进行了分析和总结,对用于主动光学和被动光学中的不同类型的硬点定位装置的结构、工作原理和实际应用进行了系统和详细的介绍。针对口径为8m的高刚度硼硅酸盐轻量化反射镜,设计了一套最有应用前景的六杆硬点定位装置(六个相同的硬点联结反射镜及其镜室,组成一个六杆硬点装置)。其中,每个硬点包括五大主要组件:基座、位移型促动器(由步进电机、精密行星减速器、消隙齿轮传动副、角接触推力轴承、循环式行星滚柱丝杆、位移传感器、切向支撑导向装置、旋转编码器等组成),轴向分离装置/上端双轴柔性铰链/测力传感器/扭矩限制器组件、加长臂/平衡重安装法兰/下端双轴柔性铰链组件和平衡重。本文在深入研究六杆硬点装置的结构特点及关键技术的基础上,结合运动学及动力学分析,首先设计出六杆硬点的结构,然后对其进行了有限元分析和优化,最后对六杆硬点装置的关键技术中最重要也最密切相关两项技术指标(结构刚度及定位精度)进行了研究,根据刚度及误差分析结果,提出了一系列提高其刚度、定位精度和安全可靠性的方法,以最大限度地提高其性能,优化结果为:系统一阶固有频率为16.802 Hz,单杆轴向刚度为130.6 N/um,分辨率小于4 um,满足技术指标要求。本文的研究成果还包括:基于六杆硬点装置的高刚度、高精度和安全防护要求,设计了一种循环式笼套型行星滚柱丝杆和气压式轴向分离装置,并对六杆硬点装置中的关键件柔性铰链和扭矩限制器进行了有限元分析和结构改进,得到轴向刚度分别为1060 N/um和2741.5 N/um,满足技术指标要求。
【关键词】：大口径望远镜 反射镜定位 硬点定位 六杆硬点装置 位移型促动器 主动光学
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH743
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题背景及研究意义11-20
• 1.1.1 引言11-12
• 1.1.2 硬点定位原理及分类12-14
• 1.1.3 硬点定位在大望远镜中的应用及其发展趋势14-19
• 1.1.4 主动光学简介19-20
• 1.2 课题研究内容及研究方法20
• 1.3 本章小结20-21
• 第2章 六杆硬点基本理论21-35
• 2.1 六杆硬点运动学分析21-30
• 2.1.1 六杆硬点坐标变换22-24
• 2.1.2 反射镜的速度和加速度24-26
• 2.1.3 六杆硬点位移型促动器的速度及加速度26-30
• 2.2 六杆硬点动力学分析30-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第3章 六杆硬点结构设计35-57
• 3.1 六杆硬点关键技术35-39
• 3.1.1 技术指标35-36
• 3.1.2 六杆硬点结构特点36
• 3.1.3 六杆硬点装置的自由度36-37
• 3.1.4 六杆硬点关键技术37-39
• 3.2 硬点结构设计39-55
• 3.2.1 位移型促动器设计39-48
• 3.2.2 轴向分离装置设计48-50
• 3.2.3 其他组件设计50-55
• 3.3 本章小结55-57
• 第4章 六杆硬点刚度及误差分析57-69
• 4.1 六杆硬点刚度研究57-62
• 4.1.1 单个硬点轴向刚度57-59
• 4.1.2 六杆硬点结构刚度59-62
• 4.2 六杆硬点误差来源及其计算62-68
• 4.2.1 六杆硬点误差的来源62-63
• 4.2.2 六杆硬点误差的计算63-66
• 4.2.3 六杆硬点误差敏感度分析66-68
• 4.2.4 六杆硬点误差的最大值68
• 4.3 本章小结68-69
• 第5章 六杆硬点有限元分析69-77
• 5.1 六杆硬点参数优化69-70
• 5.2 六杆硬点关键部件有限元分析70-75
• 5.2.1 双轴柔性铰链有限元分析70-73
• 5.2.2 扭矩限制器有限元分析73-75
• 5.3 本章小结75-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 论文的研究成果与结论77
• 6.2 论文的创新点77-78
• 6.3 下一步工作及展望78-79
• 参考文献79-84
• 在学期间学术成果情况84-85
• 指导教师及作者简介85-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：1017270