红外与激光工程
2021, 50(12): 20210161
1 中国科学院 长春精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京100049
针对某临近空间望远镜高面形精度和0°~65°观测角度的要求，设计了816 mm口径的SiC主镜组件。依据经验公式和拓扑优化方法，完成了主镜的设计，基于大口径反射镜复合支撑原理、功能分配和指标分配以及解耦标准设计了主镜支撑组件，最后根据支撑结构形式和装配公差要求设计了主镜组件装配工装并制定了装配工艺流程。对主镜组件进行了静力学和动力学仿真验证，然后对主镜组件进行振动、面形检测和倾角等试验验证。试验结果表明，主镜组件在光轴水平，1 g重力作用下面形精度RMS值为0.019λ（λ=632.8 nm），反射镜翻转180°后的面形RMS为0.02λ；总质量为102.7 kg，基频为171 Hz，振动前后RMS值基本不变，与分析结果吻合。证明该主镜组件的设计与装调工艺的合理性，满足临近空间望远镜的设计要求。
临近空间 复合支撑 仿真分析 面形检测 力学试验 near space compound support simulation analysis surface shape error test mechanical test
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
鉴于空间遥感器反射镜组件需要具有高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的性能, 设计了一种应用于天基反射镜的三点背部支撑结构, 该支撑结构包括锥套、柔节和修研垫。对三点背部支撑的支撑原理以及工程实现开展了深入研究。对引起三点背部支撑反射镜组件面形误差变化的误差源进行了归纳总结, 研究了各个误差源引起面形变化的作用机理, 对支撑结构开展相应的设计来缓解各个误差源导致的反射镜的面形精度的变化。首先采用有限元仿真的方法对设计结果开展静、动力学仿真, 然后对加工装配完成的反射镜组件开展了试验测试。测试结果表明, 在工作状态下采用该三点支撑结构的镜组件的面形误差优于λ/60(λ=632.8 nm), 镜体刚体位移小于0.01 mm, 镜体转角小于2″, 质量小于4.5 kg。整个组件具有合理的模态分布, 基频是254 Hz, 大大高于设计要求值120 Hz。镜组件在正弦振动和随机振动下的最大放大倍率为1.73倍, 在正弦振动和随机振动下的最大应力为369 MPa, 远低于选用材料的屈服极限。
空间遥感器 背部支撑 仿真分析 面形误差测试 力学试验 space remote sensor back support simulation analysis surface shape error test mechanical test 红外与激光工程
2019, 48(7): 0718004
1 武汉大学电子信息学院, 湖北 武汉 430072
2 苏州福田激光精密仪器有限公司, 江苏 苏州 215021
针对投线仪传统检测方法存在占地面积大、检测效率低下、检测精度低等缺点,设计了一套基于平行光管测角及机器视觉测量的激光投线仪自动检测系统。系统由9根平行光管及面阵CMOS相机组成,能同时检测3根垂线及1根水平线。实验结果表明,相比于传统人工检测,本系统检测精度优于5″;操作简单,检测效率高,单台仪器检测时间小于20 s;同时采用了平行光管-CMOS相机图像测量系统,使得系统占地面积小于4m2。为了便于定位激光线中心,对采集到的图像进行了预处理,提取激光线中心采用灰度重心法的亚像素定位技术。
激光投线仪 误差检测 检测系统 面阵CMOS 灰度重心法 cross line laser error test testing system array CMOS gray centroid method
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 吉林建筑大学, 吉林 长春 130118
针对空间遥感器反射镜对支撑功能的需求,设计了一种应用于空间领域的大口径反射镜复合支撑结构。该复合支撑结构包括A框加切向拉杆的周边支撑和3组whiffletree结构组成的背部支撑。研究了复合支撑的支撑原理和工程实现。基于功能分配和指标分配的理念设计了复合支撑结构。采用有限元分析的手段对设计结果进行了静力学和动力学仿真验证, 然后对实际的支撑系统进行了相关的试验测试。试验结果表明, 采用复合支撑的反射镜组件在工作状态下的面形精度优于λ/50(λ=632.8 nm), 镜体刚体位移小于0.01 mm, 镜体转角小于2″, 质量小于50 kg。整个组件模态分布合理, 基频为161 Hz, 远高于设计要求的120 Hz。各项仿真和测试结果均表明该复合支撑效果良好, 满足空间遥感器对可靠性和稳定性的需求。
空间遥感器 大口径反射镜 复合支撑 仿真分析 面形检测 力学试验 space remote sensor large aperture mirror compound support simulation analysis surface shape error test mechanical test
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
介绍用于光学检测的Shack-Hartmann(S-H)波前传感器，以及相应的检测实验结果。在实验室内，通过与Zygo干涉仪的测量结果对比，得出传感器的测量精度优于λ/50 RMS(λ=632.8 nm)。在外场利用星光作为光源，对口径1 m、焦距11 m的望远镜进行了系统波像差检验，测量结果为0.39λ~0.46λRMS之间，并随着俯仰角的增加而增大，主要像差形式为三阶像散。
Shack-Hartmann波前传感器 面形检测 波像差检测 光学检验 Shack-Hartmann wavefront sensor surface error test wavefront error test optical test
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
为在外场环境下对大口径望远镜进行系统波像差的检验，研制了一套具有高探测能力的Shack-Hartmann波前传感器.利用恒星作为光源，对口径1 m、焦距11 m的大口径望远镜进行了波像差检验实验，测量结果为系统波像差在0.39λ~ 0.46λ RMS之间，且随着俯仰角的增加而增大，主要像差形式为3阶0°像散，与星点检验的结果一致.
大口径望远镜 波像差检测 Shack-Hartmann传感器 Large aperture telescope Wavefront error test Shack-Hartmann wavefront sensor
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
分析了哈特曼传感器的主要设计指标, 介绍了设计研制的一种多用途、模块化哈特曼传感器, 通过将传感器的主要部件, 包括光源、准直镜、分光棱镜、缩束光路、微透镜阵列及相机等进行模块化设计, 根据不同需求, 对各模块增减或更换, 实现了一套传感器多种用途的应用。并用该传感器进行了系统波像差及光学元件面形检测实验, 通过与Zygo干涉仪的测量结果对比, 得出该传感器测量精度λ/50 RMS。
哈特曼波前传感器 模块化设计 波像差检测 面形检测 Shack-Hartmann wavefront sensor modular design wavefront error test surface error test
