光学 精密工程
2023, 31(23): 3438
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了更好地实现巨型可控科学反射镜原理演示验证平台(Giant Steerable Science Mirror Prototype, GSSMP)的指向功能, 需要对GSSMP的转动精度进行测量与标定, 利用激光跟踪仪对转台编码器进行标校, 并通过激光跟踪仪完成角度测量。首先, 基于角度测量原理进行了接触式测量和非接触式测量方式的单点精度标校, 得到测量误差分别为23.7″与0.71″。通过公式推导验证, 四个角反射器的使用能够消除6以及6的倍数谐波之外所有阶数的谐波, 从而提高测量精度。最后, 比较四个角反射器两种不同的排布方式的角度测量误差, 得出均匀分布的误差为11.5″, 非均匀分布误差为9.04″, 而单个角反射器测量误差为23.7″。通过激光跟踪仪对望远镜方位轴转动精度的测量, 验证了所述理论的正确性与方法的可行性。研究结果对于30 m望远镜的工作进一步完成有着重要的意义, 同时对于类似的转台精度的检测也有一定的指导意义。
误差分析 角度测量 转动精度标定 激光跟踪仪 error analysis angular metrology rotation calibration laser tracker 红外与激光工程
2018, 47(9): 0917004
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对地基大口径望远镜次镜系统加工精度和装调精度的要求, 提出了基于拓扑优化的次镜系统结构设计方法。该方法利用变密度的拓扑优化思想, 将次镜系统的Spider结构和Serrurier桁架的设计域限定为基结构, 以期望方向的变形最小, 通过材料的去留决定结构的最终形状和尺寸。首先, 以相对密度为设计变量, Spider结构以1阶振型和重力方向变形为设计约束, 桁架以X向和Y向变形为设计约束, 建立各结构的拓扑优化模型; 然后, 以拓扑优化所得构型为基础, 利用Workbench进行优化迭代; 最后, 设置优化参数, 采用有限元法进行动静刚度分析和优化。结果显示4 m望远镜次镜系统的1阶谐振为22.7 Hz, 光轴指向天顶和水平时重力方向偏移分别为-0.173 mm和-0.195 mm, 并且Spider结构和Serrurier桁架的轻量化率超过30%。该结果验证了文中方法的有效性。
次镜系统 轻量化 拓扑优化 有限元 SM system lightweight topology optimization finite element 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818008
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了更好地对稀疏孔径大口径望远镜进行装调, 利用旋量理论对串联机械臂在系统装调中的应用进行了研究。首先, 利用旋量理论分析了串联机械臂进行稀疏孔径望远镜装调的基本原理。其次, 结合旋量理论与基本的几何关系分析了稀疏孔径望远镜装调原理, 并对子孔径测量过程进行了误差分析。之后, 对串联机械臂携带点光源显微镜(PSM)进行装调的可行性进行了分析与实验, 证明了处于串联机械臂携带状态的点光源显微镜与位于实验室环境下像点稳定性相近。最后, 分析了串联机械臂结合点光源显微镜在大口径稀疏孔径望远镜装调检测中的应用。
串联机械臂 旋量理论 稀疏孔径望远镜 serial robot arm screw theory sparse aperture telescope 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818002
Author Affiliations
Abstract
1 Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China
The Giant Steerable Science Mirror (GSSM) is the tertiary mirror of the Thirty Meter Telescope (TMT). To evaluate the performance of GSSM, normalized point source sensitivity (PSSn) is investigated. Calibration and metrology allow the estimation of telescope performance at different zenith angles. PSSn also realizes the prediction of the TMT main mirror assembly optical performance. The relationship between PSSn and slope root mean square (RMS) is analyzed theoretically when evaluating the performance of GSSM. First and foremost, the pointing performance of the GSSM prototype (GSSMP) is specified by PSSn and calibrated by a laser tracker. Then, the tracking performance influence on PSSn is taken into consideration. The jitter of the GSSMP also contributes to the degradation of PSSn, and it is also discussed. Lastly, the interaction between GSSM and the main mirror unit is also revealed by PSSn.
120.4640 Optical instruments 120.4610 Optical fabrication 120.4800 Optical standards and testing Chinese Optics Letters
2017, 15(11): 111202
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了更好地对大口径望远镜进行误差分析以及分配, 引入了由美国30 m望远镜(TMT)团队所提出的标准化点源敏感性(PSSn), 来进行大口径望远镜的各项误差及其之间的协调与分配。为了更好地利用PSSn进行误差分配, 首先根据其定义对PSSn的基本性质进行了研究, 论述了PSSn作为全频域评价指标的优越性, 然后与传统的评价指标(波前均方根)进行了比较, 重点分析了PSSn的合成特性以及合成误差的特点, 之后利用Zernike多项式分析系统静态误差与PSSn的关系, 得到了不同的Zernike系数与PSSn之间的关系。对于系统的动态载荷, 利用功率谱结合光学传递函数的方法来研究系统的光学特性并对实际的大口径波前做出了仿真研究, 得到系统的PSSn从0.996下降到0.991。所做的研究可以更好地理解大口径望远镜的误差特性, 同时也可以帮助系统工程师对大口径望远镜的误差进行更好的分配。
30 m望远镜 标准化点源敏感性 光学传递函数 机械振动 Thirty Meter Telescope normalized point source sensitivity optical transfer function mechanical vibration 红外与激光工程
2016, 45(12): 1218001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所, 江苏 苏州 215203
介绍了非稳定风载的功率谱，采用最小二乘法建立了光学元件的刚体位移与其镜面节点关系的线性表达式，并基于小位移假设线性化处理的方法推导出表征光学系统各光学元件刚体位移所引起像点偏移量的光学敏感度矩阵。进一步将这些线性关系式作为前处理导入望远镜结构有限元模型中，进行了频率响应分析。以不同风速和俯仰角组合共20种工况下非稳态风载的功率谱密度作为输入，得到了像点相对成像面横向偏移量的随机响应曲线。考虑主轴伺服控制系统和成像器件积分时间对像点偏移量的影响，对像点横向位移的随机响应曲线进行了修正，得出了像点随机偏移量引起的线扩散函数（LSF）和调制传递函数（MTF）衰减曲线，并计算得到20种工况下长曝光与短曝光成像时系统的斯特列尔比。结果表明，5等级风速下任意俯仰角和6、7等级风速下接近0°俯仰角的情况下光学系统的斯特列尔比大于0.8，望远镜系统可以正常工作；8等级风速任意俯仰角情况下系统的斯特列尔比都小于0.8，望远镜成像质量受到严重的影响，系统无法正常工作。
成像系统 地基望远镜 非稳态风载 刚体位移拟合 光学敏感度矩阵 曝光时间 斯特列尔比 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 111103
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了更好地对于30 m望远镜三镜(TMT M3)的动力学进行度量与检测, 基于加速度信号建立了系统模态信息的计算与评价方法。首先, 分析了如何利用加速度计对于TMT三镜系统进行检测。之后, 利用系统对于未知载荷的响应, 基于随机减量法获得了系统的自由响应;之后, 根据多项式拟合的方法, 对于获得的传递函数进行处理。根据之前所提出的方法, 对于4 m级系统, 获得了其系统前两阶模态为88 Hz以及107 Hz, 并获得了对应振型。所做的工作对于TMT三镜的完成有着很好的指导作用。
TMT 三镜 动力学模型 传递函数 随机减量 TMT M3 dynamical model transfer function random decrement technique 红外与激光工程
2016, 45(5): 0517003
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
30 m望远镜三镜为长轴3.594 m，短轴2.536 m的椭圆形微晶玻璃反射镜。其支撑结构采用了多种柔性结构，以释放非支撑方向的自由度。使得轴向支承和侧向支撑能够相互解耦，并减小支撑结构与镜子材料的热胀系数不匹配带来的热应力。柔性件柔度越高，在望远镜观测条件的扰动下镜面面形越好。但过高的柔度会降低柔性件的屈曲临界载荷，导致结构发生屈曲失效。为此需要计算出望远镜观测过程中柔性结构所承受的最大压力载荷，计算相应的屈曲安全系数SFBuckling。对比了典型结构非线性屈曲分析和特征值屈曲分析的区别，不断迭代设计和分析，柔性元件的SFBuckling和柔度取得了一个较好的平衡点，热扰动下的面形也达到了设计要求。
柔性结构 屈曲分析 热扰动 TMT TMT flexure structure buckling analysis thermal distortion 红外与激光工程
2015, 44(12): 3650
