光电经纬仪主镜系统自重变形的有限元分析

为了了解主镜整体支撑系统的重力变形情况,采用有限元分析软件,对某光电经纬仪主镜系统进行有限元力学分析,分析在各个倾角状态下主镜镜面自重变形情况,以掌握支撑条件下镜面变形变化规律,供系统光学修正或采用自适应系统的调整机构作用力参考。     

基于激光跟踪仪的工装调装检测技术研究

基于数字化测量软件,结合激光跟踪仪搭建测量系统,获取装配工装上定位组件的关键测量点的实测值,通过与理论值进行比较得出定位组件在X轴、Y轴、Z轴三个方向上的偏差值,根据偏差值的大小和方向,通过加减垫片等方式调整定位组件的安装位置,直到满足误差要求。     

舰载光电跟踪系统φ1032mm窗镜的研制

针对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统的防护问题,提出了一米量级尺寸的窗镜、镜框的设计、制造和检测的方法。首先,对窗口材料的性能及强度进行分析,依据内外压差、自身重量以及旋转惯性力对窗镜强度的影响确定其最小的厚度。其次,依据指标要求分析设计窗镜、镜框的形变对窗镜等光程差的影响以及其环境适应性。然后,采用等光程非平面的修磨方法对带镜框的窗镜进行加工及检测。最后,成功研制出直径φ1 032 mm,厚度80 mm,通光口径φ1 010mm的融石英材料的窗口玻璃镜,等光程差为RMS=0.062 8λ@632.8nm。结果表明,该窗镜能够对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统进行有效的防护。     

大口径光电高分辨成像远镜主镜电液型高精度位姿控制系统

受自身重力、温度、不同工况下的外部干扰等影响,大望远镜主镜自由状态下位姿会产生巨大变化,导致后端光路不能对准,高分辨率成像质量下降,甚至图像飞出靶面。为消除主镜位姿变化对成像质量带来的影响,本文采用新型高精度电液控制系统对大望远镜主镜位姿进行控制。首先建立望远镜主镜位姿解算模型,分析主镜姿态变化原理;其次采用五个分区的多电机电液控制系统实现主镜姿态主动控制,建立各分区的液压控制系统模型,利用基于望远镜俯仰轴运动时位置误差的多元线性拟合前馈控制（EEFC）及线性自抗扰控制方法（LADRC）进行主镜位姿控制;最后进行测试,结果表明：4 m望远镜俯仰轴匀速运动时,可将主镜Z向平移精度从91.5μm提升到0.5μm,偏转角度精度从3 arcsec提升到0.05 arcsec。在1.2 m望远镜俯仰轴变速运动时,可将主镜Z向平移精度从5.04μm提升至0.2μm,角度偏移精度从0.65 arcsec提升到0.05 arcsec。在主镜上施加多点力促动器驱力时,主镜Z向位移精度从12.2μm提升到2μm内,角度偏移精度从1 arcsec提升到0.03 arcsec。通过测试验证,该控制系统可有效实...     

大口径光电探测设备主镜晃动的误差补偿

针对大口径光电探测设备在随俯仰角变化时由于主镜支撑点的变化而产生的晃动,研究了在静态测量时如何补偿主镜晃动造成的误差以提高大口径望远镜的静态测量精度。首先给出了一个1m口径望远镜的支撑结构和力学模型,在分析了传统三轴误差补偿方法和球谐误差补偿方法的基础上提出了针对大口径望远镜的误差补偿方法。在外场对光测设备进行了标校实验,选取32颗恒星在修正了蒙气差后对各个系统差进行求解,得出了主镜晃动误差和三轴差。与传统误差补偿方法的比较结果显示:加入主镜晃动误差补偿后,望远镜的静态测量精度从15.4″提高到了2.5″。此种方法物理意义明确,各误差分量重复性好,对主镜晃动误差进行补偿修正后提高了大口径望远镜的静态测量精度。     

一种实用的光电跟踪自动纠偏系统

本文讨论的光电跟踪自动纠偏系统已成功地用于制作复合膜软包装袋的设备中,用于控制复合膜袋料在高速传送过程中的蛇引现象。光电跟踪自动纠偏系统由线位光电探测器和检测控制器组成。该系统的探测灵敏度高,执行动作可靠稳定。本文将讨论该装置的原理、设计、性能及其应用。     

大口径反射光学系统装调装置设计研究

提出了一种应用于大口径、长焦距反射光学系统的光学件装调装置的设计方案,并进行了研制和应用.该设计方案采用具6自由度的装调装置.通过对该装置的精度、稳定性、灵敏度的测试和实验应用,能够满足光学系统装调的需要,可以看出该装置是该光学系统装调不可缺少的设备,结果表明对光学系统的像质影响很小.因此,通过精密的调整机构来完成6个自由度调整显得尤为重要.本文从满足装调精度要求的角度出发,对该装置的组成、工作原理、系统布置进行详细介绍.     

车载光电跟踪系统跟踪转台的初始标定

提出了基于坐标变换的目标跟踪转台初始标定方法,用于提高车载光电跟踪系统的跟踪精度.首先,运用坐标变换理论,建立了转台精标定的数学模型,求解了转台标定的变换矩阵;然后,根据转台标定的实际需要,通过合理地分析和近似,推导了一种转台的粗标定方案;最后,将粗标定与精标定方法相结合对跟踪转台进行初始标定实验.实验结果表明,该标定方法提高了初始标定的效率,对大于等于10 km的远距离目标,精标定之后的转台跟踪误差小于0.1°,完全满足车载光电跟踪系统的精度要求.该标定方法已在一批车载光电跟踪系统中得到了成功应用.     

微缩投影系统的计算机辅助装调

为了解决主次镜结构的微缩投影系统在计算机辅助装调过程中的补偿器耦合问题,实现补偿器的合理筛选,介绍了一种基于光学系统敏感矩阵奇异值分解的计算机辅助装调算法。建立了微缩投影系统装调模型,针对算法和模型开展了计算机辅助装调实验。用光学软件CODE V建立了光学系统模型,采用零位补偿器检测获得了非球面元件面形;基于灵敏度矩阵的分析结果指导微缩投影系统优化,并将优化后的结构参数作为系统光机结构机械装配和定位的基准。新建立的系统装调模型更接近实际装调过程,能更有效地指导装调,解决了补偿器间的耦合问题,加快了装调过程的收敛。最后,基于自行研发的高精度干涉仪完成了计算机辅助装调实验。实验显示系统波像差由46.39nmRMS收敛至20.73nmRMS,验证了装调算法和模型的准确性。     

大口径主镜的侧向定位系统

针对采用Whiffletree式底支撑和推拉平衡重式侧支撑的大口径主镜在主镜室中的准确定位,基于运动学约束原理提出了一种大口径主镜侧向定位方法。介绍了运动学约束的基本原理,提出了一套主镜侧向定位系统实现方案,包括定位点位置的选取、柔性铰链和定位基座的设计,并设计了一种侧向定位系统。利用有限元方法,分析了设计的侧向定位系统对大口径主镜系统的位置、谐振频率和镜面面形精度等方面的影响。结果表明,使用该侧向定位系统的整个主镜系统谐振频率达到13.6Hz,光轴水平时主镜沿Y轴方向的平均位移为-355.863nm,镜面面形未受影响,所有指标均满足设计要求。实验结果验证了提出的主镜侧向定位系统设计方案对大口径望远镜主镜的支撑和定位系统设计具有工程指导意义。     

应用新轴系结构改善光电跟踪系统谐振频率特性

对典型的光电跟踪系统进行结构分析,提出了改善机械结构谐振频率的方法,以便提高光电跟踪系统的跟踪速度。研究了典型跟踪架的垂直轴系的结构,认为单向止推轴系沿轴向的窜动限制了扭转刚度。提出了以双向止推密珠轴系结合定心轴系的结构形式设计垂直轴系,从而有效地提高了系统的刚度,改善了系统的机械谐振频率。对改进后的跟踪架进行了模态仿真分析,并通过振动及扫频试验获得了光电跟踪系统谐振频率特性曲线。实验结果表明,系统谐振频率达到114Hz,为伺服系统实现高速跟踪时的稳定性和快速性提供了硬件基础。在舰面跟踪高速起降目标的试验中,该系统最大跟踪速度达到150(°)/s以上,加速度大于240(°)/s~2,显示其光电跟踪能力显著提升。     

环境对大口径SiC轻量化主镜视宁度的影响

由于地基大口径望远镜主镜视宁度与望远镜系统成像质量相关,本文研究了环境对主镜视宁度的影响。理论分析了影响主镜视宁度大小的因素,得出主镜视宁度会随主镜表面和环境之间温差的增大而增大的结论。利用有限元法分析了自然对流和吹风条件下主镜的温度变化和温度分布;最后通过相应工况条件下2mSiC轻量化主镜的温度测试实验对仿真分析结果进行了验证。实验结果显示:在初始温差为6℃的无风自然对流情况下,主镜与环境达到温度平衡约需4h;而在初始温差为8℃的吹风情况下,主镜与环境达到热平衡仅需1.5h。分析和实验结果表明:采用强迫对流热控措施可快速而有效地将主镜视宁度控制在合理的范围内,可获得更多的望远镜观测时间,同时保证大口径望远镜系统的成像质量。     

大口径轻量化主镜边缘侧向支撑的优化设计

对大口径主镜的侧向支撑结构进行了优化,以便最大限度地降低重力作用下的镜面变形。首先,从理论上给出了一种优化主镜边缘侧支撑结构的判据和思路,然后,引入边缘切向剪切侧支撑原理,阐述了这种支撑形式的优化思想和优势。以口径为2060mm的扇形轻量化主镜作为分析实例,采用16个边缘离散支撑点,优化设计等角间距侧向支撑,并针对轻量化主镜的结构特点和等角间距支撑下支撑力值相差较大的缺点,将等角间距改为不等角间距侧向支撑,分析推导了相应的支撑力公式。结果显示,改进后的支撑形式提高了系统的支撑刚度,镜面变形由原来的1.723nm降为1.633nm。所研究的边缘切向剪切支撑方式很大程度上保证了主镜镜面面形,对不同口径的扇形孔轻量化主镜的设计有普适性。     

用于三轴光电跟踪系统的神经网络误差修正法

系统误差的存在严重影响了光电跟踪系统的引导精度和测量精度,现阶段用于三轴光电跟踪系统的最小二乘系统误差修正法精度较低,球谐函数系统误差修正法亦不适于Z轴连续转动时的系统误差修正。三轴光电跟踪系统的系统误差是以其三个角度测量值为参数的曲面,而神经网络可以精确拟合复杂的曲线或曲面。分析和仿真证明,基于BP神经网络的系统误差修正法可用于Z轴连续转动的三轴光电跟踪系统,而且可把系统误差修正到约为原来的28%。     

激光跟踪测量系统跟踪转镜的误差分析

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其三维空间坐标,具有精度高、范围大、实时快速等特点。然而,激光跟踪测量系统中跟踪转镜的几何误差严重影响了其测量精度;所以激光跟踪测量系统在使用前必须对其进行建模和误差分析。在全面研究了激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上,建立了系统运动学模型和跟踪转镜中心偏移数学模型。详细分析了系统测量中基点位置变动误差、转镜跟踪目标反射器跟踪误差和转镜反射面与激光束不垂直误差等。结果表明跟踪转镜中心偏移、回转轴不对称、基点位置变动、光束反射点与基点不重合是导致测量误差的主要原因。因此,在跟踪转镜结构设计中,为保证激光束反射点与基点位置重合及转镜旋转跟踪目标反射器时基点空间位置保持不变,应尽量减少跟踪转镜旋转点与镜面之间的距离。     

1m望远镜主反射镜的支撑和装配

考虑大口径光学望远镜中主反射镜的支撑精度直接影响光电探测设备的整机性能,本文根据光学系统对口径为1 000 mm的主镜的支撑精度要求和光电设备中主镜的使用情况,采用轴向和径向组合支撑的结构形式来完成对主镜的支撑,并通过有限元法对支撑位置进行理论分析和计算.实验显示,在轴向18点浮动支撑、径向3点柔性支撑的情况下,主镜能够达到较高的面形精度.针对传统装调工艺不能获得理想的面形精度,探索了新的主镜装调方法.用干涉仪对带有支撑的主镜进行实时测量并进一步进行修磨,使主镜在装配完成后达到λ/18的面形精度.该方法满足了本项目的指标要求,也为更大口径主镜的装调提供了一种新的思路.     

1.3 m主镜的支承设计

依据1.3 m主镜支承的技术要求,完成了支承结构的设计分析。确定了有中心定位的底面18点支承和侧面水银带支承的技术方案。对于结构复杂的轻质镜,依据均衡原理,利用结构分析并结合插值算法确定了底支承18点的支承位置;在给出了具体底支承结构设计后,对底支承的结构变形和结构设计允差进行了分析。根据主镜立放状态下的受力分析,给出了3个水银带侧支承的设计变量,最终依据镜面Z向变形最小的原则和12种工况下有限元的分析结果,确定了水银带侧支承的设计。在中心定位设计中,考虑到温度变化的影响,选用了特殊的殷钢材料。在具体结构设计中,为减小支承球头与主镜直接接触的不利影响,在支承球头和主镜之间增加了过渡轴套。用Zygo干涉仪检测了装配完成后的主镜,主镜镜面变形PV值为0.7 λ,RMS值为0.15 λ。该支承结构基本满足了设计要求,且结构稳定可靠。分析可知,主镜的厚度可以再适当减薄,进一步减轻重量。     

基于液压支撑的大口径主镜稳像技术

望远镜的俯仰运动会使主镜相对镜室的位置发生改变,进而影响望远镜的稳定成像。为了校正主镜位置变化,本文提出了利用液压支撑对主镜相对镜室位置进行实时控制,实现对主镜稳像的方法。利用实验室现有的1.23mSiC主镜为监测目标搭建了测试系统,设计了基于6个位移传感器的位置监测系统。在未启用和启用液压稳像技术两种状态下,测试了主镜位置变化,并对主镜位置进行解算,试验结果表明液压支撑技术有确实的稳像效果。当镜室转动40°时,未稳像的主镜其X向平移变化为150μm,绕X轴转角为2.5"。采用液压稳像后,X向平移变化减小为3μm而绕X轴转角减小为0.4"。测试结果表明,基于液压支撑的主镜稳像技术可以实现对主镜位置的实时检测和控制。     

光电跟踪设备故障诊断专家系统知识库设计

针对光电测量跟踪设备故障诊断智能化、自动化的要求,提出了一种故障诊断专家系统知识库的设计实现方法.通过对设备故障树的建立与分析,利用产生式的知识表示方式,结合关系型数据库工具,实现了该故障诊断专家系统的知识库.该知识库实现方法清晰明了,便手后续推理机的利用,以实现对设备故障的定位,并最后设计维修库,为故障维修提供建议.