超大口径弯月镜支撑点布局-刚度-校正力联合优化

发布时间：2021-04-11 14:46

　　在超大口径原位加工与检测中,目前多采用被动式Whiffletree液压支撑系统（原位支撑）,而该类支撑单元的轴向刚度存在较大差异性,会显著影响轻薄型反射镜的面形精度。为解决这一问题,研究了主动型原位支撑的支点布局、单元刚度和主动校正力的联合优化方法。首先,针对支撑单元刚度差异,提出了支撑刚度、支点位置的分级布局优化方法,获得了支撑系统的初始优化解;其次,结合模式定标法和最小二乘法,进行了支撑点主动力校正,以获得支撑面形的最终优化解;最后,结合具体案例的数字仿真试验,验证了方法的有效性。结果表明:对于4 m弯月型轻薄反射镜,仅被动支撑下,分级布局优化后,60点方案面形精度RMS值由150.6 nm减少到32.9 nm,78点方案面形精度RMS值由45.2nm减少到22.6nm,优化效果显著;进一步经主动校正后,60点方案和78点方案面形精度RMS值分别为14.6 nm和6.9 nm,均满足面形精度RMS值小于λ/40（λ=632.8 nm）的指标要求;最终选取60点轴向支撑方案。通过对支点布局、支撑刚度和校正力进行联合优化,可以大幅增加原位支撑系统的适用性、灵活性,降低实施难度。 

【文章来源】：光电工程. 2020,47(08)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1 支撑系统优化流程图

按照图2所示两种支撑方案的点位分布，以120°将液压支撑单元分为3个组，分别与其对应的虚拟硬点相连，在虚拟硬点处约束Uz、Rx和Ry三个自由度，镜子边缘设置3个虚拟硬点约束Ux、Uy和Rz三个自由度[15]。液压支撑单元用弹簧单元模拟并赋予相应的刚度值，建立有限元模型。并对两种支撑方案进行支撑刚度-位置耦合系统的分级布局优化。4.2 支撑刚度-位置分级优化

由表4可知利用该定标流程得到的前20阶自由谐振模式的校正能力较好，所以采用前20阶模态振型拟合自重下镜面变形，求得拟合系数后代入式(10)计算主动校正力，将校正力施加到支撑点上，对镜面面形进行主动校正。60点轴向支撑方案经初次校正后镜面面形RMS值减小到14.6 nm。经过相同过程，78点轴向支撑方案初次校正后镜面面形RMS值减小到6.0nm。两种方案校正后的面形如图4所示。两种方案均满足面形精度RMS值小于λ/40(λ=632.8 nm)的指标要求，最终选择支撑数量更少的60点轴向液压支撑方案。5 结论

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]薄型主镜面形主动控制技术研究[D]. 戴晓霖.中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所) 2018



本文编号：3131447