红外与激光工程
2021, 50(11): 20210143
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210527
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
1 中国科学院光电技术研究所质检中心, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京100049
离轴非球面广泛应用于现代光学系统中,一般需要特定的光学辅助元件对其进行检测,为此提出一种逆向迭代非零检测法。该方法可以不借助光学辅助元件,适用于检测同一类的离轴非球面。首先设计检测光路,并采用逆向迭代法去除非零误差。然后对系统误差、调整误差和随机误差等进行分析补偿以及各项误差的处理方法。最后通过仿真模拟,逆向迭代求解离轴非球面的面形方均根值为0.133λ,与仿真模拟的实际面形一致,仿真拟合的残差在10 -5λ以内。逆向迭代非零检测法是针对离轴非球面一种高精度和通用型的非零检测方法。
光学器件 离轴非球面 面形误差 逆向迭代 精度分析 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 212301
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
中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
基于同步辐射聚焦镜的原理, 对压弯机构进行设计, 对压弯理论进行介绍,并推导了压弯镜理论面形的计算过程; 根据设计理论建立了基于柔性铰链的压弯机构的模型, 并对压弯机构的参数进行计算, 有效长度为84.9 mm, 最大力矩为259.8×10-3 N·m。设计并校核了压弯机构, 满足了压弯机构在材料力学上的要求; 最后针对压弯镜存在的理论面型误差, 通过对压弯镜进行有限元仿真得到模拟值, 与理论值进行对比, 分析了不同的因素对面型误差的影响。
同步辐射 压弯镜 柔性铰链 面形误差 synchrotron radiation bending mirror flexible hinge surface shape error
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津微纳制造工程技术中心, 天津 300072
超精密加工过程存在的加工误差影响着器件的面形误差,进而影响光学性能。制造者往往从面形精度方面来评价加工精度,但是光学性能才是光学系统的最终评价指标,仅仅关注加工过程中加工误差对单个面的面形误差影响是不够的,加工误差对系统光学性能的影响需要进一步研究。基于多体系统理论和光线追迹理论建立了加工误差影响分析模型,探索了加工误差对面形误差和光学性能的影响,得出了系统主要的面形误差形式及其对系统调制传递函数(MTF)的影响关系,并根据系统对光学性能的要求得出了加工误差、面形误差和角度公差,从而找到了影响三反系统光学性能的重点加工误差,研究结果可为离轴三反系统加工误差的控制及光学质量可控制造的实现提供理论指导。
测量 制造公差 加工误差 光学性能 面形误差 离轴三反系统 调制传递函数
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
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 100039
针对大口径离轴长条形反射镜光轴水平向检测的需要，设计了一套检测支撑结构。优化了结构参数，实现了由支撑结构引起的镜面面形误差最小化。通过比较长条形反射镜光轴水平向检测支撑的级联多点支撑结构，选择了结构简单、扩展性和调整性优良的两点单层固定支撑结构。利用集成仿真与优化方法，分析计算反射镜镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势，确定了最优支撑间隔。最后，利用干涉仪结合补偿器的检测方式，对不同支撑间隔工况下镜面面形进行检测，验证了仿真分析的可靠性。结果表明: 在支撑间隔为564 mm时，由检测支撑引起的镜面面形误差最小(RMS=8.26 nm)，干涉检测得到的镜面面形误差随支撑间隔的变化趋势与仿真得到的趋势相符，仿真结果可靠性高。提出的方法可实施性好，可推广到其他大口径离轴长条形反射镜的设计和检测中，为离轴三反(TMA)相机的设计提供技术基础。
离轴长条形反射镜 检测支撑 面形误差 集成仿真与优化 离轴三反相机 off-axis rectangular mirror detection support surface shape error integrated simulation and optimization Three Mirror Anastigmat(TMA) camera 光学 精密工程
2015, 23(10): 2835
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学研究生院 北京 100039
为了精确分析经纬仪主镜的面形均方根, 对主镜支撑连接球绞的仿真方法进行研究.建立了主镜支撑系统的有限元模型, 对比了刚性连接、约束节点自由度和接触边界条件三种球绞的仿真方法.采用接触边界条件方法仿真得到的主镜面形均方根值为16.37 nm, 应用干涉仪检测得到主镜在径向支撑状态下的面形均方根值为17.53 nm, 仿真结果与实验结果的偏差为6.62%.实验结果显示三种方法中, 接触边界条件法能较准确地获得主镜面形均方根值, 用此方法对主镜径向支撑结构进行了参数化分析, 获得径向支撑位置、长度和宽度对主镜面形的影响规律,可以为主镜面形的精确分析及主镜支撑结构设计提供参考.
工程力学 经纬仪 仿真 主镜 面形误差 接触 参数化 Engineering mechanics Theodolite Simulation Primary mirror Surface-shape error Contact parameterize 光子学报
2014, 43(12): 1212004
