本文關(guān)鍵詞：基于主動(dòng)光學(xué)的大口徑反射鏡硬點(diǎn)定位技術(shù)研究

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【摘要】：大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡、副鏡等反射鏡相對(duì)于其鏡室的位置和方向靠硬點(diǎn)來(lái)保證,它是主動(dòng)光學(xué)的關(guān)鍵組成部分,對(duì)提高望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量和安全防護(hù)性能具有重要的意義,隨著望遠(yuǎn)鏡朝著大口徑、輕量化、高分辨率的方向發(fā)展,成像系統(tǒng)對(duì)反射鏡位姿和面形精度的敏感度逐漸增大,反射鏡的定位精度指標(biāo)、負(fù)載監(jiān)測(cè)及安全防護(hù)等要求對(duì)硬點(diǎn)定位裝置提出了巨大的挑戰(zhàn)。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外大口徑反射鏡硬點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了分析和總結(jié),對(duì)用于主動(dòng)光學(xué)和被動(dòng)光學(xué)中的不同類型的硬點(diǎn)定位裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)和詳細(xì)的介紹。針對(duì)口徑為8m的高剛度硼硅酸鹽輕量化反射鏡,設(shè)計(jì)了一套最有應(yīng)用前景的六桿硬點(diǎn)定位裝置(六個(gè)相同的硬點(diǎn)聯(lián)結(jié)反射鏡及其鏡室,組成一個(gè)六桿硬點(diǎn)裝置)。其中,每個(gè)硬點(diǎn)包括五大主要組件:基座、位移型促動(dòng)器(由步進(jìn)電機(jī)、精密行星減速器、消隙齒輪傳動(dòng)副、角接觸推力軸承、循環(huán)式行星滾柱絲桿、位移傳感器、切向支撐導(dǎo)向裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器等組成),軸向分離裝置/上端雙軸柔性鉸鏈/測(cè)力傳感器/扭矩限制器組件、加長(zhǎng)臂/平衡重安裝法蘭/下端雙軸柔性鉸鏈組件和平衡重。本文在深入研究六桿硬點(diǎn)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析,首先設(shè)計(jì)出六桿硬點(diǎn)的結(jié)構(gòu),然后對(duì)其進(jìn)行了有限元分析和優(yōu)化,最后對(duì)六桿硬點(diǎn)裝置的關(guān)鍵技術(shù)中最重要也最密切相關(guān)兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)(結(jié)構(gòu)剛度及定位精度)進(jìn)行了研究,根據(jù)剛度及誤差分析結(jié)果,提出了一系列提高其剛度、定位精度和安全可靠性的方法,以最大限度地提高其性能,優(yōu)化結(jié)果為:系統(tǒng)一階固有頻率為16.802 Hz,單桿軸向剛度為130.6 N/um,分辨率小于4 um,滿足技術(shù)指標(biāo)要求。本文的研究成果還包括:基于六桿硬點(diǎn)裝置的高剛度、高精度和安全防護(hù)要求,設(shè)計(jì)了一種循環(huán)式籠套型行星滾柱絲桿和氣壓式軸向分離裝置,并對(duì)六桿硬點(diǎn)裝置中的關(guān)鍵件柔性鉸鏈和扭矩限制器進(jìn)行了有限元分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn),得到軸向剛度分別為1060 N/um和2741.5 N/um,滿足技術(shù)指標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：大口徑望遠(yuǎn)鏡 反射鏡定位 硬點(diǎn)定位 六桿硬點(diǎn)裝置 位移型促動(dòng)器 主動(dòng)光學(xué)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH743
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題背景及研究意義11-20
• 1.1.1 引言11-12
• 1.1.2 硬點(diǎn)定位原理及分類12-14
• 1.1.3 硬點(diǎn)定位在大望遠(yuǎn)鏡中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)14-19
• 1.1.4 主動(dòng)光學(xué)簡(jiǎn)介19-20
• 1.2 課題研究?jī)?nèi)容及研究方法20
• 1.3 本章小結(jié)20-21
• 第2章 六桿硬點(diǎn)基本理論21-35
• 2.1 六桿硬點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析21-30
• 2.1.1 六桿硬點(diǎn)坐標(biāo)變換22-24
• 2.1.2 反射鏡的速度和加速度24-26
• 2.1.3 六桿硬點(diǎn)位移型促動(dòng)器的速度及加速度26-30
• 2.2 六桿硬點(diǎn)動(dòng)力學(xué)分析30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-35
• 第3章 六桿硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-57
• 3.1 六桿硬點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)35-39
• 3.1.1 技術(shù)指標(biāo)35-36
• 3.1.2 六桿硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)36
• 3.1.3 六桿硬點(diǎn)裝置的自由度36-37
• 3.1.4 六桿硬點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)37-39
• 3.2 硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-55
• 3.2.1 位移型促動(dòng)器設(shè)計(jì)39-48
• 3.2.2 軸向分離裝置設(shè)計(jì)48-50
• 3.2.3 其他組件設(shè)計(jì)50-55
• 3.3 本章小結(jié)55-57
• 第4章 六桿硬點(diǎn)剛度及誤差分析57-69
• 4.1 六桿硬點(diǎn)剛度研究57-62
• 4.1.1 單個(gè)硬點(diǎn)軸向剛度57-59
• 4.1.2 六桿硬點(diǎn)結(jié)構(gòu)剛度59-62
• 4.2 六桿硬點(diǎn)誤差來(lái)源及其計(jì)算62-68
• 4.2.1 六桿硬點(diǎn)誤差的來(lái)源62-63
• 4.2.2 六桿硬點(diǎn)誤差的計(jì)算63-66
• 4.2.3 六桿硬點(diǎn)誤差敏感度分析66-68
• 4.2.4 六桿硬點(diǎn)誤差的最大值68
• 4.3 本章小結(jié)68-69
• 第5章 六桿硬點(diǎn)有限元分析69-77
• 5.1 六桿硬點(diǎn)參數(shù)優(yōu)化69-70
• 5.2 六桿硬點(diǎn)關(guān)鍵部件有限元分析70-75
• 5.2.1 雙軸柔性鉸鏈有限元分析70-73
• 5.2.2 扭矩限制器有限元分析73-75
• 5.3 本章小結(jié)75-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 論文的研究成果與結(jié)論77
• 6.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)77-78
• 6.3 下一步工作及展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況84-85
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介85-86
• 致謝86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1017270