大口径光学二维角度调整机构的支承优化设计

设计了"三顶三拉"的大口径光学二维角度调整机构,并探讨支承分布方式对基于三点支承调平机构的调整性能、抗倾覆能力和抗变形能力的影响,为机构设计提供了理论依据。分别建立了调平机构的几何模型、力学模型和优化模型。推导了支承调整量对平板二维倾角的贡献值,通过比较证明支承呈对称分布的调平机构更易达到快速调平的目的。介绍一种抗倾覆几何测度的概念,从中给出支承呈任意三角形分布的调平机构抗倾覆几何测度公式,并给出了对称分布调平机构的抗倾覆几何测度解析解。通过ANSYS优化模块对前内环的支承位置进行优化,得到最优的支承跨距。     

靶镜姿态调整机构三角支承受力和变形研究

终端光学组件中的靶镜姿态是保证激光打靶精度的主要因素之一,为了实现微米级的打靶精度,需要利用调焦模块中的调平机构对靶镜姿态进行调节.针对终端光学组件在靶球上倾斜安装的实际情况(±45°),对三顶三拉调平机构在等腰三角形支承布局下的螺栓组进行了受力分析,得到归一化等效拉力与特征尺寸比值的关系方程和关系图线;利用ANSYS软件对调平结构和调节平板进行了相应约束下的变形分析;利用星点检验法对实际研制的调焦模块进行了星点图检验.结果表明,特征尺寸比值H/l1存在一个特定的数值1/2,它区分了螺栓组的顶、拉主导性变化;从变形角度正立等腰三角形布局和倒置等腰三角形布局对应适合于上半球和下半球上的安装情况;星点检验结果证实了终端光学组件中的调平机构设计可以保证靶镜的变形引起的影响在允许的范围之内.     

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。     

双驱动六点支承平台设计及调平算法

针对传统三点支承平台的欠约束和欠驱动问题,基于运动学原理提出了一种双驱动六点支承平台。该平台在自然状态下具有确定位姿,在输入状态下具有确定运动,由此解决了三点支承平台的欠约束和欠驱动问题。以加速度计作为测量传感元件,提出了一种基于重力加速度方向矢量的两输入调平算法,并利用平台法线矢量运动变换获得了平台的转动角度。该平台调平范围±5°,水平重复精度优于0.001 7°,具有运动确定以及稳定性高的特点,可用于精密仪器及机械的自动调平。最后,指出了调平的二转动自由度姿态控制的运动学本质。     

大口径高精度四维调整工作台设计

为了解决大口径高精度光学元件加工和测量过程中的调整问题,研发了一台SWTZT-1400高精度四维调整工作台.文中以四维调整的坐标转换为基础,阐述了四维调整工作台的调整原理,并对大口径高精度四维调整工作台进行了设计.为保证工作台高效率、高精度和高稳定性的调整,工作台整体采用双层结构形式,调平采用八点支撑结构,并配置高可靠性的调心调平锁紧机构,该工作台的上台面直径为1 400 mm,其平面度≤0.01 mm,x、y向的调心范围为±25 mm,x、y向的调心误差为0.1μm,x、y向的调平范围为±3°,x、y向的调平误差为10″,可实现大口径高精度光学元件的加工、测量和精密修配中工件装夹位置和角度的精确微量调整,提高光学元件的制造和测量精度.     

大口径非圆透镜的夹持设计

夹持方式对大型透镜面形的变化具有十分重要的影响。为了使大口径非圆透镜的夹持系统不影响其面形,通过有限元软件ANSYS对透镜的三种夹持预案进行分析比较。针对侧边夹持方式研究了夹持点数与透镜变形的关系,确定了大口径非圆透镜的四周粘胶侧边十二点夹持的固定方式。建立了该透镜夹持系统的整体有限元模型并进行自重分析,得出透镜变形的PV值为0.1911μm,前后两表面面形变化的RMS值分别为0.0478μm和0.0450μm,由此证明所定夹持方案的合理性。     

大口径,高精度光学透镜的光胶工艺技术

介绍了大口径、高精度光学透镜光胶对光学元件的技术要求；光胶环境要求；光胶的偏心调整原理及工艺技术方法；并给出了实验结果。     

关于大口径透镜的高效加工

就光学仪器中的大口径透镜的工艺特征及其高效加工作了仔细的阐述,在细胞适当的工艺方案后又提出简明的理论依据。     

大口径透镜凸面零检验的补偿器设计

根据三级像差理论，推导学透镜补偿器在检验光路中几种形式下的初始结构参数计算公式，并给出设计实例。     

大口径球面透镜的单块高效加工

详细叙述了大口径球面透镜单块高效加工的工艺过程及其有关工艺技术参数的确定。     

大口径折反射式变焦距物镜的设计

本文介绍了一种大口径变焦距物镜的设计方法,该方法将整体光学系统分为前后两个部分,在前端光学系统采用反射式的结构来满足大口径的要求,后端光学系统采用将变焦距物镜倒接的方式,在系统的一次像面处进行组合,通过对后端倒接变焦距物镜的优化设计保证系统的成像质量。同时,通过具体的实例加以验证说明,从设计的结果看这种设计方法是可行的,并能保证系统结构的简单紧凑,解决了大口径光学系统在实现连续变焦时光学系统设计困难的问题。     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

光刻投影物镜中的透镜X-Y柔性微动调整机构

针对光刻投影物镜中透镜X-Y调整机构调整量程小、调整精度高的特点,提出了一种基于柔性铰链的X-Y微动调整机构,并将其应用在光刻投影物镜模型中进行了实验验证.首先,基于机构自由度和机构瞬心等概念介绍了该机构的工作原理.然后,用柔性铰链代替传统铰链完成了该机构的结构设计,并对该机构的运动方向刚度、位移输入-输出比以及固有频率和阵型等进行了仿真分析.分析结果表明:该机构X,y方向的刚度值为1.99 μm/N和1.96 μm/N,X,y方向的位移输入-输出比值分别为-2.5和-2.56,机构X,y方向运动的原理误差分别为实际量的8.22％和6.68％.最后,将研制的X-Y微动调整机构用于光刻投影物镜验证模型中,给出了X-Y调整机构补偿前后的系统波像差.结果显示:模型补偿前后的系统波像差RMS分别为50.864 nm和25.933 nm.由此表明,本文设计的柔性微动调整机构补偿效果明显,能够满足光刻投影物镜高精度X-Y调整补偿要求.     

广角微型投影镜头设计

投影机更新速度快,高分辨率、轻便微小的投影机已是时代的需求。通过分析微型投影成像系统的特点,根据几何光学理论,用Zemax软件设计了一款投影显示芯片为0.61inch(1inch=2.54cm)、投射比为0.68∶1的微型投影镜头。镜头由2片非球面透镜和6片常用玻璃材料透镜组成,结构简单,系统光学总长为60mm,有效焦距为9.26mm,后工作距离大于20mm,最大口径小于23mm,全视场(FOV)为80°,相对孔径为1∶2.2。在71lp/mm特征频率处,全视场的调制传递函数均大于0.5,全视场相对畸变小于2.0%,镜头成像质量好。对微型投影系统进行容差分析,得出一套较为宽松的公差,适合生产加工。     

伸缩臂叉车货叉调平设计及误差分析

伸缩臂叉车是一种新型多功能物料搬运设备，其货又平动与否直接影响作业的安全。作业时，货叉随着伸缩臂俯仰角的变化而改变，为避免物资滑落等事故发生，需对货叉等进行调平控制。本介绍了调平机构优化及误差分析方法。     

大型光学载荷次镜调整机构优化设计及误差分配

设计了一种用于大型光学载荷次镜在轨位姿精密调整的Hexapod型平台机构,并对其进行构型参数优化以及各支撑杆和上下铰点误差限的最优分配。建立了Hexapod平台机构运动学模型和静柔度模型,分析了主要结构参数对机构性能的影响。按照次镜精调机构性能要求,提出了定位精度指标和抗变形指标,建立了以构型参数为变量的优化目标函数,并利用遗传算法对两个单目标函数进行优化。利用加权分配法构造统一约束目标函数,利用遗传算法对其进行多目标优化。然后,建立非线性最优误差分配模型,对各支撑杆和上下铰点进行误差分配。最后,通过对原理样机性能指标的测试验证了上述研究方法的效果。研究结果表明:优化前后动平台定位精度提高了8.3%,抗变形能力提高了62.5%,铰点误差限由2.7μm提高到6.3μm,支撑杆误差限由1.3μm提高到3.2μm。另外,实验测得Z轴相对定位精度为0.6%,静刚度达到41.14N/μm。本研究提高了次镜精调机构的定位精度和静载抗变形能力,有助于缩短设计、加工周期,节约设计、加工成本。     

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。     

一款条码扫描成像镜头的多方案设计和选择

设计了一种扫描成像镜头,镜头焦距为7.9mm,视场角为52°,采用CMOS线性传感器接收。为了使镜头成本更低,同时保证好的成像性能,引入了塑料非球面,设计了一个含有高次塑料非球面镜片和一个玻璃球面镜片(1G1P)的结构。相对传统三片式玻璃球面镜片(3P)的结构来讲,1G1P结构的光学性能更好地满足了技术指标要求,成本为3G结构的50%,推广应用前景好。