高精度并联电动反射镜架的设计与控制技术研究
发布时间：2021-08-13 10:06
惯性约束核聚变装置光路复杂,打靶精度高,对主机装置中的各光学元件均有较高的要求。大口径反射镜主要用于激光传输过程的准直引导,其面形精度与位姿调整精度直接影响主机装置的准直精度,其结构稳定性则直接影响激光打靶的结构漂移。为此,研制一种高精度并联电动反射镜架,针对反射镜的面形精度、位姿调整精度、稳定性指标展开研究,对提高主机装置的打靶精度具有重要意义。首先,针对大口径熔石英玻璃的支撑方式展开研究。在国内外大口径反射镜支撑方式研究的基础上,设计两种周边支撑方案,并通过有限元法分析其表面形变。方案一面形精度高,但其定位与装配较为繁琐,而反射镜数量较多且需要经常进行拆装与清洗,故该方案存在一定局限性。方案二拆装简单,通过正交分析的方法确定其优水平参数,在优水平参数理想状态下其面形精度与方案一接近,并分析现有工艺水平下螺钉锁紧力误差对方案二反射镜表面面形精度造成的影响,最终确定反射镜的支撑方案。其次,根据反射镜的位姿调整要求,设计并联电动反射镜架的运动方式,以此为基础进行反射镜架的关键零部件设计与总体结构设计,基于有限元法对关键零部件进行校核。对设计完成的并联电动反射镜架进行模态分析与随机振动分析...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VLITAT 望远镜支撑结构[7]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1VLITAT望远镜支撑结构[7]图1-2SOFIA主反射镜支撑结构[10]ICF装置中的反射镜通常为长方形，其通光口径约为400mm，而根据反射镜的位姿角度不同，其最长边通常能达到600mm。ICF装置中的反射镜相对空间望远镜中采用的反射镜通光口径较小，且ICF装置中反射镜数量较多，安装空间较为狭小，故目前各国均采用了相对简便的支撑方案。美国NIF装置中的反射镜选用了基于三点支撑的背部支撑方式，其结构如图1-3所示，在反射镜的背部加工了三个定位孔，将柔性铰链通过胀紧方式安装在定位孔中，通过柔性铰链实现其卸载及吸收应变能的功能，三点的位置选取经过优化设计，以使重力产生的镜面变形达到最小[11]。而法国LMJ装置中采用了一种通过机械式弹簧补偿的周边支撑方式，反射镜支撑结构如图1-4所示，反射镜支撑方式原理图如图1-5所示，反射镜背部边缘共设置有十个支撑点，其中三个支撑点为等静定点。通过高精度的加工及检测，使其构成的平面与理想镜面平行，保证反射镜的定位精度，剩余七个支撑点可通过专门设计的调整机构调整其约束力，反射镜侧面共设置七个支撑点。通过优化设计确定其约束力理论值以保证反射镜的面形精度达到最高，仅考虑其在重力及夹持作用下的表面变形仿真结果可达到124.4nm[12]。图1-3NIF装置反射镜支撑结构[11]图1-4LMJ装置反射镜支撑结构[12]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1VLITAT望远镜支撑结构[7]图1-2SOFIA主反射镜支撑结构[10]ICF装置中的反射镜通常为长方形，其通光口径约为400mm，而根据反射镜的位姿角度不同，其最长边通常能达到600mm。ICF装置中的反射镜相对空间望远镜中采用的反射镜通光口径较小，且ICF装置中反射镜数量较多，安装空间较为狭小，故目前各国均采用了相对简便的支撑方案。美国NIF装置中的反射镜选用了基于三点支撑的背部支撑方式，其结构如图1-3所示，在反射镜的背部加工了三个定位孔，将柔性铰链通过胀紧方式安装在定位孔中，通过柔性铰链实现其卸载及吸收应变能的功能，三点的位置选取经过优化设计，以使重力产生的镜面变形达到最小[11]。而法国LMJ装置中采用了一种通过机械式弹簧补偿的周边支撑方式，反射镜支撑结构如图1-4所示，反射镜支撑方式原理图如图1-5所示，反射镜背部边缘共设置有十个支撑点，其中三个支撑点为等静定点。通过高精度的加工及检测，使其构成的平面与理想镜面平行，保证反射镜的定位精度，剩余七个支撑点可通过专门设计的调整机构调整其约束力，反射镜侧面共设置七个支撑点。通过优化设计确定其约束力理论值以保证反射镜的面形精度达到最高，仅考虑其在重力及夹持作用下的表面变形仿真结果可达到124.4nm[12]。图1-3NIF装置反射镜支撑结构[11]图1-4LMJ装置反射镜支撑结构[12]
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光雷达扫描反射镜组件设计与分析[J]. 何秉高,孙向阳,史丽娟. 轻工科技. 2019(06)
[2]双压电驱动高频喷射点胶阀的设计与实验[J]. 王凌云,黄翔,林四英,林晓龙,林志鸿. 光学精密工程. 2019(05)
[3]万向柔性铰链连接快速反射镜的设计与仿真[J]. 赵磊,纪明,王佳,赵振海,王虎. 红外与激光工程. 2019(02)
[4]中国高功率固体激光技术发展中的两次突破[J]. 魏晓峰,郑万国,张小民. 物理. 2018(02)
[5]ICF装置光束定位的结构稳定性设计[J]. 朱明智,陈学前,吴文凯,徐元利,陈刚. 红外与激光工程. 2017(11)
[6]精密宏微驱动技术的发展研究[J]. 杨满芝,张传伟,黄玉美,张广鹏,冯斌. 机械传动. 2017(07)
[7]康普顿光源精密调节镜架机构的设计与分析[J]. 刘今越,任东城,张靓,贾晓辉,崔月盟. 红外与激光工程. 2017(02)
[8]大口径激光传输反射镜低应力夹持工艺设计[J]. 张政,全旭松,王辉,姚超,融亦鸣. 光学学报. 2017(01)
[9]高功率固体激光器的大口径反射镜装配误差分析[J]. 王辉,黎沁,熊召,袁晓东,姚超,融亦鸣. 光学学报. 2015(09)
[10]大口径光束引导装置设计[J]. 卢礼华,张宏志,于福利. 中国激光. 2015(05)
博士论文
[1]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]基于EtherCAT通信协议的六轴机器人控制系统设计[D]. 江磊.南京信息工程大学 2019
[2]基于响应面方法的反射镜背部支撑结构优化[D]. 黎代维.中国工程物理研究院 2019
[3]光机组件在线维护装置的设计及其洁净状态研究[D]. 王灿滨.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3340227
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VLITAT 望远镜支撑结构[7]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1VLITAT望远镜支撑结构[7]图1-2SOFIA主反射镜支撑结构[10]ICF装置中的反射镜通常为长方形，其通光口径约为400mm，而根据反射镜的位姿角度不同，其最长边通常能达到600mm。ICF装置中的反射镜相对空间望远镜中采用的反射镜通光口径较小，且ICF装置中反射镜数量较多，安装空间较为狭小，故目前各国均采用了相对简便的支撑方案。美国NIF装置中的反射镜选用了基于三点支撑的背部支撑方式，其结构如图1-3所示，在反射镜的背部加工了三个定位孔，将柔性铰链通过胀紧方式安装在定位孔中，通过柔性铰链实现其卸载及吸收应变能的功能，三点的位置选取经过优化设计，以使重力产生的镜面变形达到最小[11]。而法国LMJ装置中采用了一种通过机械式弹簧补偿的周边支撑方式，反射镜支撑结构如图1-4所示，反射镜支撑方式原理图如图1-5所示，反射镜背部边缘共设置有十个支撑点，其中三个支撑点为等静定点。通过高精度的加工及检测，使其构成的平面与理想镜面平行，保证反射镜的定位精度，剩余七个支撑点可通过专门设计的调整机构调整其约束力，反射镜侧面共设置七个支撑点。通过优化设计确定其约束力理论值以保证反射镜的面形精度达到最高，仅考虑其在重力及夹持作用下的表面变形仿真结果可达到124.4nm[12]。图1-3NIF装置反射镜支撑结构[11]图1-4LMJ装置反射镜支撑结构[12]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-1VLITAT望远镜支撑结构[7]图1-2SOFIA主反射镜支撑结构[10]ICF装置中的反射镜通常为长方形，其通光口径约为400mm，而根据反射镜的位姿角度不同，其最长边通常能达到600mm。ICF装置中的反射镜相对空间望远镜中采用的反射镜通光口径较小，且ICF装置中反射镜数量较多，安装空间较为狭小，故目前各国均采用了相对简便的支撑方案。美国NIF装置中的反射镜选用了基于三点支撑的背部支撑方式，其结构如图1-3所示，在反射镜的背部加工了三个定位孔，将柔性铰链通过胀紧方式安装在定位孔中，通过柔性铰链实现其卸载及吸收应变能的功能，三点的位置选取经过优化设计，以使重力产生的镜面变形达到最小[11]。而法国LMJ装置中采用了一种通过机械式弹簧补偿的周边支撑方式，反射镜支撑结构如图1-4所示，反射镜支撑方式原理图如图1-5所示，反射镜背部边缘共设置有十个支撑点，其中三个支撑点为等静定点。通过高精度的加工及检测，使其构成的平面与理想镜面平行，保证反射镜的定位精度，剩余七个支撑点可通过专门设计的调整机构调整其约束力，反射镜侧面共设置七个支撑点。通过优化设计确定其约束力理论值以保证反射镜的面形精度达到最高，仅考虑其在重力及夹持作用下的表面变形仿真结果可达到124.4nm[12]。图1-3NIF装置反射镜支撑结构[11]图1-4LMJ装置反射镜支撑结构[12]
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光雷达扫描反射镜组件设计与分析[J]. 何秉高,孙向阳,史丽娟. 轻工科技. 2019(06)
[2]双压电驱动高频喷射点胶阀的设计与实验[J]. 王凌云,黄翔,林四英,林晓龙,林志鸿. 光学精密工程. 2019(05)
[3]万向柔性铰链连接快速反射镜的设计与仿真[J]. 赵磊,纪明,王佳,赵振海,王虎. 红外与激光工程. 2019(02)
[4]中国高功率固体激光技术发展中的两次突破[J]. 魏晓峰,郑万国,张小民. 物理. 2018(02)
[5]ICF装置光束定位的结构稳定性设计[J]. 朱明智,陈学前,吴文凯,徐元利,陈刚. 红外与激光工程. 2017(11)
[6]精密宏微驱动技术的发展研究[J]. 杨满芝,张传伟,黄玉美,张广鹏,冯斌. 机械传动. 2017(07)
[7]康普顿光源精密调节镜架机构的设计与分析[J]. 刘今越,任东城,张靓,贾晓辉,崔月盟. 红外与激光工程. 2017(02)
[8]大口径激光传输反射镜低应力夹持工艺设计[J]. 张政,全旭松,王辉,姚超,融亦鸣. 光学学报. 2017(01)
[9]高功率固体激光器的大口径反射镜装配误差分析[J]. 王辉,黎沁,熊召,袁晓东,姚超,融亦鸣. 光学学报. 2015(09)
[10]大口径光束引导装置设计[J]. 卢礼华,张宏志,于福利. 中国激光. 2015(05)
博士论文
[1]2m量级空间反射镜组件设计与优化[D]. 王书新.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
硕士论文
[1]基于EtherCAT通信协议的六轴机器人控制系统设计[D]. 江磊.南京信息工程大学 2019
[2]基于响应面方法的反射镜背部支撑结构优化[D]. 黎代维.中国工程物理研究院 2019
[3]光机组件在线维护装置的设计及其洁净状态研究[D]. 王灿滨.哈尔滨工业大学 2016
本文编号：3340227
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