本文關(guān)鍵詞： 主支撐結(jié)構(gòu) 隨機(jī)響應(yīng) 動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì) 立體測(cè)繪相機(jī) 離軸三反相機(jī) 桁架　出處：《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)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著立體測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展,立體測(cè)繪相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)焦距、視場(chǎng)角,入瞳直徑方面的要求愈來愈高,立體測(cè)繪相機(jī)的設(shè)計(jì)和加工難度愈來愈大。離軸三反光學(xué)系統(tǒng)通過多次轉(zhuǎn)折光路,可以在保持焦距不變的條件下有效縮短相機(jī)尺寸。一方面,離軸三反光學(xué)系統(tǒng)具有較容易控制系統(tǒng)的雜散輻射,沒有中心遮攔損失,能量利用率高,不存在色差,可設(shè)計(jì)變量多等優(yōu)點(diǎn),在立體測(cè)繪相機(jī)領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。另一方面,離軸三反光機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非軸對(duì)稱,其主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)裝調(diào)是公認(rèn)的難點(diǎn)。針對(duì)當(dāng)前由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,由基于靜載荷的設(shè)計(jì)方法向基于動(dòng)載荷設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變的必要性和趨勢(shì),本課題以某立體測(cè)繪縮比相機(jī)研制為背景進(jìn)行離軸三反立體測(cè)繪相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。針對(duì)該相機(jī)在立體測(cè)圖精度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量等方面的要求,將隨機(jī)響應(yīng)最小化拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法引入到離軸三反立體測(cè)繪相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。主要進(jìn)行了以下幾方面研究工作:1.分析了該立體測(cè)繪縮比相機(jī)及其前/后視相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng),其前/后視相機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)形式,采用了相同的離軸三反光學(xué)系統(tǒng),其主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是該立體測(cè)繪縮比相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。從立體測(cè)圖角度分析了測(cè)繪相機(jī)對(duì)交會(huì)角、內(nèi)方位元素和傳遞函數(shù)等指標(biāo)的要求,對(duì)總體給出的相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了說明。2.針對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求,優(yōu)選了主支撐結(jié)構(gòu)形式和材料;根據(jù)總體對(duì)重力載荷下相機(jī)的位移、隨機(jī)振動(dòng)下次鏡的響應(yīng)以及相機(jī)結(jié)構(gòu)一階頻率方面的要求,進(jìn)行了該結(jié)構(gòu)的隨機(jī)響應(yīng)最小化拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),所得結(jié)果具有較高的參考價(jià)值。在此基礎(chǔ)上得到了結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化初始有限元模型,經(jīng)動(dòng)力學(xué)尺寸優(yōu)化得到了前/后視相機(jī)的桁架式主支撐結(jié)構(gòu),其質(zhì)量約為3.8Kg。該主支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析和該相機(jī)的熱分析表明主支撐結(jié)構(gòu)滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。3.對(duì)該相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了0.1g的正弦掃描試驗(yàn)和2gRMS的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明主支撐結(jié)構(gòu)的一階頻率為291.4Hz,隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)前后次鏡特征點(diǎn)在X、Y、Z向的掃描響應(yīng)曲線吻合程度很高,說明該主支撐結(jié)構(gòu)具有較好的剛度和穩(wěn)定性。次鏡沿光軸方向的隨機(jī)響應(yīng)放大率得到了有效控制。有限元分析結(jié)果與動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果間最大誤差為6.0%,滿足工程分析精度要求。證明了本文提出的主支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的正確性和該結(jié)構(gòu)的合理性。4.設(shè)計(jì)工裝連接前/后視相機(jī),保持前視相機(jī)坐標(biāo)系X軸豎直向上,后視相機(jī)坐標(biāo)系X軸豎直向下狀態(tài),進(jìn)行了該測(cè)繪相機(jī)交會(huì)角、傳遞函數(shù)和內(nèi)方位元素的標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果表明:立體測(cè)繪縮比相機(jī)交會(huì)角為22.6023°,相對(duì)偏差約為0.01%。前/后視相機(jī)在Nyquist頻率處的調(diào)制傳遞函數(shù)均大于0.1。前/后視相機(jī)的相對(duì)畸變均約為0.05%。相機(jī)的各種光學(xué)性能指標(biāo)均滿足要求,說明了該相機(jī)主支撐結(jié)構(gòu)具有很好的剛度和穩(wěn)定性。本文提出的設(shè)計(jì)方法可以將隨機(jī)響應(yīng)納入離軸三反立體測(cè)繪相機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程,能在較大程度上降低結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的隨機(jī)響應(yīng),優(yōu)化結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。本文提出的優(yōu)化策略也可用于其他同型相機(jī)主承力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[Abstract]:......
【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)】：TH761

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本文編號(hào)：1536003