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
基于半主动光学技术的半主动支撑，通过力矩促动器(Warping Harness, WH)弹簧叶片将校正力转换为校正力矩，对由重力、温度等误差源引入的镜面低阶像差进行校正。针对利用传统经验设计反射镜时存在的设计缺陷，提出一种反射镜支撑系统优化设计新方法，即结合结构尺寸优化和经验设计的镜面支撑系统综合设计优化方法，并建立一套基于WH 的半主动镜面支撑系统。首先，按照经验公式设计了支撑系统初始结构；设计了一款L形镂空式WH弹簧叶片，并对其开展了非线性分析及疲劳分析，确定叶片厚度为2 mm、寿命为1.2×106次。然后，通过优化镜面支撑点位置、三角板柔节位置、支撑系统柔性件关键尺寸参数，将光轴竖直及水平状态下镜面RMS值由119 nm和106 nm分别降至13.3 nm和4.8 nm；1 °C温差状态下镜面面形差由2.8 nm降至1.9 nm；一阶谐振频率由80 Hz提升至130 Hz。最后，采用提出的方法对半主动支撑系统的校正能力进行验证。结果表明：本套半主动支撑系统对镜面离焦、初级像散、初级慧差、初级球差的校正率最高可达99%，且校正后各像差幅值均小于1 nm；室温自重状态下对镜面面形RMS值校正率最高可达46.5%；温升10°C情况下的校正率为31.28%。
支撑系统 集成优化 半主动光学 力矩促动器 低阶像差 support system integration optimization semi-active optics Warping Harness low-order aberrations
中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，四川 绵阳 621000
针对风洞模型支撑系统驱动电机功率大、现场工作环境复杂，造成天平信号受到严重的电机电磁干扰，影响试验数据精度的问题，提出了基于小波重构的天平干扰信号处理技术。首先，基于天平阶梯试验原理确定小波重构的频率阈值; 然后，采用db10小波基，将信号小波分为10层; 最后，对每层进行快速傅里叶变换(FFT)分析，保留1 Hz以下的信号，最终实现信号重构。通过小波重构处理技术，电磁干扰(EMI)得到了明显抑制，数据精度达到了试验精度要求。
小波重构 模型支撑系统 6分量天平 电磁干扰(EMI) wavelet reconstruction model support system six-component balance Electromagnetic Interference (EMI)
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学研究二部, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
主动支撑系统能使大型光学望远镜的主镜具备面形控制及定位的能力, 单体镜面形主动控制技术及拼接镜共相位成像技术因而得到了迅速发展。回顾了近年来主动支撑系统及促动器在大型光学望远镜中的应用, 并对其进行了总结, 归纳出了几种常见的主动支撑系统及促动器, 比较了它们的特点, 陈述了主动支撑系统与促动器之间的内在联系。最后对未来应用于望远镜主镜的主动支撑系统及促动器进行了展望。
大型光学望远镜 主反射镜 主动支撑系统 促动器 激光与光电子学进展
2018, 55(10): 100002
中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
激光驱动ICF装置的甚多束激光在打靶过程中需要高精度定位于靶面, 这就要求可以改变光束着靶点位置的光学元件满足定位误差指标要求。首先介绍光束定位误差分解方法, 在光束对准过程中和打靶前, 在多源激励作用下能改变光束着靶点位置的光学元件需要评估其支撑系统的稳定性设计, 发展了光学元件稳定性指标分解方法用于其支撑系统的稳定性评估。从基频、环境随机振动、模态阻尼的角度讨论了支撑系统振动稳定性设计思路。光学元件的通用支撑系统采用大而重的钢筋混凝土和钢结构的混合结构, 钢筋混凝土保证光学元件稳定性的同时, 钢结构提供结构设计的灵活性。采用有限元技术分析光学元件在宽频环境随机振动作用下的响应, 评估支撑系统的振动稳定性设计。描述了神光III宽频环境随机振动和光束定位误差的测量, 测量结果表明神光III支撑系统满足设计要求, 该技术能应用于激光驱动ICF装置支撑系统的设计。
激光驱动ICF装置 光束定位 支撑系统 结构稳定性 ICF laser system beam positioning support system structure stability 红外与激光工程
2017, 46(11): 1106002
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 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130025
研制了一套用于4 m SiC反射镜原位检测的静压支撑系统, 以降低超大口径SiC反射镜离线检测的风险, 提高其制造效率。首先, 推导了单元刚度的解析式, 确定了其中关键因素; 然后, 对支撑单元进行抽样测试, 结合解析式预测了支撑群组中单元的工作刚度。最后, 通过密封性测试和反射镜原位检测, 验证了支撑系统的稳定性; 通过有限元模拟, 计算了系统的重力卸载面形精度。结果表明: 5个单元连组时, 单元刚度约为1.9 kN/mm, 刚度值分布在±3%误差区间; 独立单元刚度可高至15 kN/mm; 3种分组单元刚度预测值分别为1.7, 1.1和0.8 kN/mm。支撑系统空载时管路压强变化缓慢, 表明密封性良好; 用该系统支撑4 m反射镜时, 11天内高度绝对变化量小于50 μm, 相对变化量小于20 μm。54个单元刚度随机分布时, 镜面面形高阶残差(RMS)为20 nm。提出的系统基本满足原位检测的稳定性和精度要求。
超大SiC反射镜 原位光学检测 静压支撑系统 刚度差异 面形精度 ultra-large SiC mirror in-situ optical testing hydrostatic support system stiffness difference figure accuracy 光学 精密工程
2017, 25(10): 2607
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2 m SiC反射镜在地基望远镜中的应用, 结合SiC反射镜热膨胀系数大、重量轻的特点, 设计了柔性被动支撑系统。该系统底支撑whiffletree结构中的支撑杆采用柔性细杆, 侧支撑杆采用柔性铰链结构, 从而使底支撑系统和侧支撑系统分别起支撑作用, 不但保证了主镜良好的位置误差和形状误差还很好地消除了装配应力和热应力。对在支撑系统作用下反射镜进行了静力学分析、热力学分析和模态分析, 并通过面形检测和主镜倾斜与平移检测验证了分析结果。检测显示: 反射镜面形(RMS)达到λ/40 (光轴竖直)和λ/16(光轴水平), 主镜指向不同俯仰角时最大倾斜变化量为8″, 偏心为0.070 7 mm, 基本与分析结果吻合, 达到了设计要求, 表明这种柔性支撑系统具有很好的工程应用能力。
SiC反射镜 柔性 被动支撑系统 SiC reflective mirror flexible passive support system whiffletree whiffletree A-frame A-frame 光学 精密工程
2017, 25(10): 2591
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
为研究在重力作用下主镜支撑系统对经纬仪主镜处于不同工作角度时面形误差的影响，以600 mm口径主镜为研究对象，利用Abaqus软件分别建立了600 mm主镜在加工状态下和工作状态下的有限元支撑模型，并进行了重力变形分析，然后借助4D干涉仪对在不同支撑系统下的主镜进行相关的面形检测。实验结果表明，在吊带支撑系统和主镜室支撑系统下，主镜的自身面形误差RMS为16.18 nm和16.90 nm。利用有限元分析了理想状态的主镜在不同仰角工况下的面形误差，结合主镜自身的面形误差，计算得到了主镜面形误差在光轴由水平变化到竖直的过程中逐渐变大，其RMS最大为19.58 nm，表明该主镜室支撑系统具有良好支撑效果，可满足工程要求，同时也验证了主镜室支撑系统有限元理论模型的准确性。
光电经纬仪 主反射镜 支撑系统 有限元 面形检测 photoelectric theodolite primary mirror support system finite element surface deformation test
中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
为了确定一个KDP晶体支撑系统的合理工作姿态, 研究了工作姿态对支撑系统变形、KDP晶体偏转和激光束入射角的影响。首先, 提出了关键刚度分量的概念, 并采用这一概念对不同工作姿态时支撑系统在重力作用下的变形进行了理论分析。其次, 采用有限元方法计算了重力作用下支撑系统的变形, 以及由此引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化。最后, 对不同工作姿态时支撑系统的变形、KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化进行比较, 并分析了关键刚度分量的影响。数值计算结果表明, 受关键刚度分量的影响, 不同工作姿态下支撑系统的变形、引起KDP晶体的偏转和激光束入射角的变化不同。支撑系统为最优工作姿态时, 激光束入射角的变化达到最小值76 μrad。这一结果满足KDP晶体支撑系工作姿态确定的相关要求。
惯性约束聚变 KDP晶体 支撑系统 工作姿态 关键刚度分量 变形 Inertial Confinement Fusion(ICF) KDP crystal supporting system operating posture key stiffness component deformation
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为提高硅基支持系统制备中光刻过程的线宽精度, 用正交试验分析了前烘、曝光、显影主要步骤中一些主要参数对制备结果的影响, 得到了它们的影响程度的规律以及较优的参数组合。在此基础上设计和训练了合适的前向误差反向传播神经网络, 对主要工艺参数进行了进一步的分析、预测和优选, 并用实验加以验证。最终得到在胶厚约1.55 μm时, 前烘温度100 ℃, 时间90 s；曝光时间5 s；显影温度15 ℃, 时间90 s时, 光刻后图形的线宽偏差最小, 达到了0.3 μm以下。
硅基支撑系统 光刻 线宽偏差 正交试验 BP神经网络 Si support system photolithography linewidth error orthogonal experiment BP neural network 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2673
1 中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国第二重型机械集团公司, 四川 德阳 618000
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对神光Ⅲ主机装置真空靶室系统横向刚度较弱、必须进行现场精密加工和安装等研制中的技术难题, 对真空靶室组件的结构和整体加工工艺进行了设计。结合靶场总体稳定性设计思路, 设计了垂直支撑结构和能提供摩擦阻尼耗能的横向支撑结构, 并对壁厚进行了优化设计。通过使用开孔器、六维调节结构和激光跟踪仪, 设计修配调整垫等, 解决了现场精密加工问题, 实现了靶室与靶场基准体系的精密对接。计算结果表明, 48束打靶透镜平均平动位移均方根值为2.8 μm。建成后, 靶室中心高度偏差为±0.12 mm, 水平偏差达到±0.18 mm, 各重要联接法兰对心偏差达到0.35～0.40 mm。
神光Ⅲ主机装置 真空靶室 稳定性设计 现场精密加工 支撑系统 Shenguang-Ⅲ laser facility vaccum target chamber stability design field precision fabrication support system 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2623
