大口径反射镜支承设计

对用于某大型激光装置的大口径反射镜的定位、安装、调整等问题进行分析，在满足稳定性要求的前提下，运用精确约束理论，模块化设计反射镜组件，以达到快速维修更换的要求。本文将对大口径反射镜支承的结构特点和力学分析及试验进行介绍。     

基于Pro/M的大口径反射镜的变形分析及其支撑优化

针对某大型激光装置中使用数量众多的大口径反射镜结构,运用Pro/E软件中的Mechanica研究其受重力影响的变形,并对反射镜的支撑结构参数进行灵敏度分析和优化计算,寻找使得反射镜片变形最小的结构参数,为大口径反射镜组件结构的设计提供依据.     

车载大口径刚性支撑式快速反射镜

为了适应车载平台恶劣的工作环境,设计了一种大口径刚性支撑式快速反射镜。针对车载跟瞄转台对快速反射镜的应用需求选择音圈电机为驱动器,并分别设计了快速反射镜系统的平面反射镜、驱动器、支撑基座、测量元件和机械结构。然后,应用有限元分析方法,有效地实现了平面反射镜的轻量化及支撑基座的模态分析。快速反射镜通过球型铰链实现其运动部分与不动部分的连接,主要载荷通过铰链由支撑基座间接承载,从而有效地保障了大口径快速反射镜的承载能力和环境适应性。最后,组建了伺服控制系统,并对控制带宽和指向精度进行了测试。结果显示:所设计的车载大口径快速反射镜带宽达67Hz,方位指向精度为1.0″、俯仰指向精度为1.1″,表明控制系统稳定实用,满足车载平台的应用要求。     

大口径反射光学系统的支撑结构设计

给出了卡氏系统(卡塞格林系统)的支撑结构设计.大口径反射镜的面形精度与支撑结构的合理与否紧密相关,文中给出了主反射镜的的支撑方案,经理论和有限元分析,此方案主反射镜的变形量最小.在装调过程中,次反射镜支撑结构能有效地调节主反射镜与次反射镜的位置关系.在工作过程中,卡式系统主反射镜与次反射镜的距离要求非常严格,采用了殷钢杆拉顶的方法保证其位置精度.     

快速反射镜驱动形式对伺服带宽的影响

为了提高大行程快速反射镜系统的伺服带宽,提出一种直线驱动形式的快速反射镜。该快速反射镜以音圈电机作为驱动器,利用滚珠花键约束驱动器工作方向,将传统的弧线驱动转变为直线驱动。首先,对直线驱动快速反射镜进行了结构设计,重点分析了直线驱动单元的组成形式与特点;接着,从约束条件分析驱动形式对系统伺服带宽的影响因素,并推导两种驱动形式下,快速反射镜在大行程运动时的动力学方程;最后,利用有限元分析得出快速反射镜的机械谐振频率,并通过实验测试对两种驱动形式下快速反射镜的伺服带宽进行了验证。结果表明,在相同的实验条件下,相较于传统弧线驱动形式,直线驱动形式快速反射镜的机械谐振频率由121.8Hz提高至229.9Hz,伺服带宽由40.3Hz提高至75.1Hz,分别提高了88.8%、86.4%,满足快速反射镜在大行程工作状态下的高带宽设计要求。     

一种大平面单拱反射镜同心安装结构的设计

介绍了一种前表面为凹面、后表面为单拱抛物面的大平面反射镜同心安装结构,可以保证大平面反射镜与探测器安装的同心度。这一同心安装结构采用锥面定位方式,通过球面副的调节使整个反射镜能较好地保证反射镜与探测器的同心度,且安装强度高,安装内应力小,对有同心要求的大平面反射镜安装结构设计有参考价值。     

大口径传输反射镜的研究进展

针对我国惯性约束聚变装置(ICF)对高性能传输反射镜元件的性能要求,探索了大口径传输反射镜制备涉及的关键技术与工艺。深入开展了K9玻璃坯片研制、光学冷加工、传输反射镜镀膜和激光预处理等方面的研究工作。提出了400mm口径K9反射类坯片精密退火工艺,形成了高精度平面加工技术路线;制备了低缺陷薄膜,并且建立了大口径光学元件预处理装置。最后,综述了大口径高性能传输反射镜研制方面的主要成果。研制的400mm口径传输反射镜在1053nm处以45°入射时,其表面粗糙度优于99.8%,面形PV值小于λ/3(λ=1 053nm),损伤阈值大于30J/cm2(5ns)。基于提出的技术研制的大口径传输反射镜已成功应用于我国神光系列高功率激光装置,有力支撑了我国大型激光装置的稳定运行。     

大口径SiC轻量化反射镜柔性带式支撑静摩擦影响

采用柔性带式支撑方式的大口径光学反射镜与支撑带之间的静摩擦力对反射镜面形精度影响较大,而且该影响难于直接定量测量。针对这一实际情况,考虑到温度变化将引起静摩擦力状态变化这一规律,建立了温度—静摩擦力间的关系表达式;接着,以反射镜所受静摩擦力与环境温度关系为基础,通过测量不同温度下的反射镜面形精度,间接推算出静摩擦力对反射镜面形精度的影响;以1.2米SiC轻量化反射镜为研究对象,利用干涉仪检测其柔性带式支撑机构在不同温度下的面形精度,并利用实测数据推导出温度—静摩擦关系的相应系数;最后借助ANSYS软件,对带式支撑机构的受力情况进行仿真分析。实测结果与仿真分析结果一致性较好,说明该研究方法可较为准确地推导出静摩擦力对大口径SiC轻量化反射镜面形影响。     

一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法

叙述了一种大口径反射式非球面光学系统的装校方法。同时，对非球面主反射镜的单独装配检验也作了简要叙述。     

高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜

设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜, 用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求,阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器,并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局,既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明：该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″,满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。     

新型薄膜反射镜的有限元分析

薄膜反射镜是实现大口径、低面密度空间光学系统的最新方向之一,材料采用柔性薄膜,具有重量超轻、体积小的特点.由于薄膜反射镜的挠度特性,利用传统的方法来获得面形的变化很困难.介绍薄膜反射镜的成形原理,建立符合实际情况的有限元模型,通过施加一定的边界条件,对薄膜反射镜进行非线性分析,得到一系列的挠度值,并和理论值进行比较分析,最大误差为0.07%.所得到的结论对于进一步研究反射镜成形和面形控制,以及薄膜厚度的选择具有一定的指导意义.＃     

采用三点定位原理的反射镜支撑结构设计

在选择空间反射镜的支撑形式时,大口径反射镜一般采用柔性支撑结构加背板的支撑结构;小尺寸反射镜采用周边支撑的结构,但支撑结构质量都较大。为了降低反射镜支撑结构质量,通过对三点定位原理的自由度分析,设计了3个柔性铰链结构,通过柔性铰链的结构参数分析及有限元分析计算,设计出参数为R=1mm,t=2.5mm的三点柔性铰链,实现400mm口径反射镜的周边支撑,并使支撑反射镜的三个铰链直接与相机机身连接,省略了常规反射镜支撑的背板及边框,大大降低支撑结构质量;且该支撑结构具有较好的动态刚度和力、热环境适应能力。     

大孔径长条反射镜支撑结构的设计

为了使大孔径长条形空间反射镜支撑结构同时满足高刚度、高强度和良好的热尺寸稳定性要求,建立了反射镜支撑系统的模态解析数学模型,并对该模型所描述的反射镜沿各轴向的平动和转动模态特性进行了研究.根据模态解析解得出3个支撑点确保质量分布相对均匀时,系统的动一静态刚度最大的结论,并结合有限元分析技术确定了反射镜的支撑位置.此外,...     

曼金反射镜初级象差特性分析

本文介绍了矫正球面反射镜球差的曼金反射镜的初级象差公式及其特性分析。从而指出:在一般情况下,消除各初级象差的面型要求各不相同,对于大孔径系统,要求消正弦差时,可选择与消球差较接近的面型;物体位置是消除曼金反射镜初级象差的重要因素之一。     

大角度压电式快速控制反射镜

针对现有的基于压电陶瓷叠堆执行器的快速控制反射镜偏转角度较小的问题,提出了一种大角度定轴偏转压电式快速控制反射镜。采用基于柔性铰链的桥式位移放大机构将压电陶瓷叠堆执行器的输出位移放大,并将其作用到反射镜面上实现大角度定轴偏转。在此基础上,建立了压电式快速控制反射镜的结构和偏转角度输出方程,并通过理论推导和仿真对其工作时的最大偏转角度、最大应力和自然频率特性进行了分析。最后,通过实验测试对建立的压电式快速控制反射镜的工作原理和特性分析结果进行了验证。结果表明,建立的偏转角度输出方程能够根据压电陶瓷叠堆执行器的输出位移准确估计压电式快速控制反射镜的机械偏转角度,从而大大提高设计的效率;建立的压电式快速控制反射镜可以实现大于3°的镜面机械偏转,其固有频率为180Hz,能够满足高速稳像系统的偏转角度大、响应速度快的要求。     

空间相机SiC反射镜的制作

1　空间相机ＳｉＣ反射镜的要求空间相机反射镜的工作环境复杂 ,和地基条件相差很大 ,其选材必须满足以下要求 :反射镜材料属光学级 ,可以抛光 ,并能够镀高反射率膜层 ;面形精度 (ＲＭＳ)要求达到λ/40～λ/5 0 ;膜层反射率 (λ =0 5～ 0 .9μｍ)要大于 0 .95 ;各向同性 ,尺寸稳定 ;抗辐照 ,在空间辐照条件下反射镜面形不变 ;比刚度大、热变形系数小。表 1是几种代表性反射镜材料的性能参数。从中可见 ,ＳｉＣ是制作空间相机反射镜的理想材料 ,这是因为 :(1)反射镜的径厚比和比刚度成正比 ,而ＳｉＣ的比刚度大于 10 ,因此它能够减小反射镜…     

大口径空间反射镜大容差支撑结构设计与优化

针对传统反射镜无法消除加工及装配应力,长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题,提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案,进行了具有大容差特性的1.5m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论,完成了初始反射镜组件构型,反射镜的材料选用RB-SiC,采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标,利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%,组件质量为170.23kg的反射镜的研制。试验结果表明:反射镜在1 g重力作用下,面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8nm);加入0.02mm强迫位移模拟装配误差,面形RMS仍然为0.016λ;在20℃±5℃温变环境下,面形RMS变化量在0.002λ范围内;组件一阶固有频率为101.3Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。     

大离轴量非球面反射镜的加工方法

为了改进大离轴量非球面反射镜加工方式,降低外界因素导致的反射镜面型误差,以及提高效率,本文基于慢刀伺服技术提出一种适用于大离轴量、且不受车床加工口径限制的刀具路径规划方法。以离轴反射镜坐标平移变换的方式,将镜面外边缘与车床主轴中心之间的距离控制在车床加工半径内,减少刀具离轴量和加工区域。坐标平移后的反射镜以主轴中心为原点,多个与之相同的反射镜均匀分布在圆周上,形成一种切削区和过渡区并存的离轴阵列样式。建立样条和正弦混合插值方程,以刀具在边缘切削点的Z向切削速度和切削加速度连续无突变为前提,补正过渡区刀具路径。最后通过实验分析证明:在整个加工区域,过渡区和切削区刀具路径平滑连续,Z轴和C轴平稳运行,加工精度达PV0.4波长@632.8 nm。通过坐标平移的方式,可以有效降低刀具离轴量,补正的刀具路径保证了车床的平稳运行,满足大离轴量的非球面反射镜加工,且一次加工可完成多个反射镜,加工精度和效率高。     

压电陶瓷微位移机械装置的研究

参考反射镜的位移标定，在很大程度上决定了移相干涉仪的测量精度．根据移相干涉的要求和压电陶瓷的特点，设计了推动参考反射镜作微位移的机械装置，通过实验测量出其微位移量表明，设计的装置使反射镜移相的非线性为1．73％。     

大口径轻质反射镜坯的制造

给出了制造大口径轻质反射镜坯的机械法减重技术及所制造的反射镜坯.在镜坯制造过程中通过计算机辅助设计搜索轻量化加工区域的形状、大小、深度,并对其进行分类标识;编辑TPH(toolpath)轨迹数据文件,编写CNC(comput ernumbercontrol)数控系统的零件加工程序,由数控系统在图形方式下控制实际加工.同时采用化学方法消除加工过程中产生的应力与微小裂纹.加工出的大口径轻质反射镜坯达到设计要求,轻量化率达到65%以上,加工后的非球面面形精度达到0.029λ(rms,λ=633nm).制造过程中在不同支撑状态下,变形量很小,保持了非球面面形精度稳定性,显示出了结构的稳定性.该方法已经成为大口径反射镜制造的关键支撑技术.