为了实现空间望远镜大型光学载荷的在轨更换, 设计了一种能够实现在轨快速拆装的定位机构, 并针对其核心问题即在轨重复定位精度进行了研究。首先, 选定了一种能够避免热应力的运动学定位方式。在此基础上设计了定位机构, 并根据刚体的微小角位移是矢量并符合矢量合成法则的原则, 利用角位移矢量合成的方法推导出了光学载荷的转角数学模型; 然后, 设计杆系结构模拟了光学载荷及其框架, 同时为了模拟光学载荷在轨拆装的微重力环境, 利用微重力模拟的常用方法悬吊法设计了悬吊装置, 以实现光学载荷模块的重力卸载; 最后, 搭建了试验检测环境, 对光学载荷模块进行重复拆装试验, 利用经纬仪及数显千分表进行检测, 并处理试验结果得到了重复定位误差值。结果表明, 光学载荷模块的重复安装转角误差最大为±28.8″, 平移误差最大为±0.057 mm。本文研究能够为在轨可更换载荷定位机构的设计提供参考, 具有理论意义和应用价值。

为了满足光电跟踪设备车载后的使用精度要求, 提出了选用3条机械支腿来支撑载车的支撑方式。首先根据车载设备的位置布局和重量, 选用了两前一后的支腿安装方式, 然后分析了3种工况下副车架的受力情况。这3种工况为3条支腿全部位于平地、仅后腿位于斜坡和3条支腿全部位于斜坡。在三维仿真软件MSC.PATRAN中生成有限元模型, 在3点支撑状态下对模型进行变形仿真, 并综合分析了3种工况下的仿真结果, 以检验副车架的重复定位稳定精度。最后通过设计实验检验了副车架的重复定位稳定精度, 结果显示: 俯仰角的最大变化为0.2″, 方位角的最大变化为0.4″, 数据表明副车架的重复定位稳定精度满足使用要求, 证明选用3条机械支腿来支撑载车的方案合理可行。

高精度扫描控制系统是现代扫描显微系统的重要组成部分，它影响着扫描显微镜对样品的扫描成像质量。提出了一种基于光栅检测的单片机闭环扫描控制系统的设计方案。该系统采用PC上位机发送指令，下位单片机控制扫描工作台的移动，光栅作为检测元件输出脉冲信号。单片机控制电路实现脉冲的计数并计算误差值，控制步进电机进行误差补偿。步进电机的硬件细分驱动，实现了步距2细分、4细分、8细分。实验结果表明该系统的重复定位精度达到0．005mm，满足扫描显微镜对扫描控制系统的要求。