本文關鍵詞： 主支撐結構 隨機響應 動力學優(yōu)化設計 立體測繪相機 離軸三反相機 桁架　出處：《中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著立體測繪技術的不斷發(fā)展,立體測繪相機光學系統(tǒng)對焦距、視場角,入瞳直徑方面的要求愈來愈高,立體測繪相機的設計和加工難度愈來愈大。離軸三反光學系統(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尺寸。一方面,離軸三反光學系統(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,可設計變量多等優(yōu)點,在立體測繪相機領域具有很大的應用潛力。另一方面,離軸三反光機系統(tǒng)結構非軸對稱,其主支撐結構設計和系統(tǒng)裝調(diào)是公認的難點。針對當前由傳統(tǒng)結構設計方法向優(yōu)化設計方法,由基于靜載荷的設計方法向基于動載荷設計方法轉(zhuǎn)變的必要性和趨勢,本課題以某立體測繪縮比相機研制為背景進行離軸三反立體測繪相機主支撐結構的優(yōu)化設計方法研究。針對該相機在立體測圖精度和結構質(zhì)量等方面的要求,將隨機響應最小化拓撲優(yōu)化設計方法引入到離軸三反立體測繪相機主支撐結構設計中。主要進行了以下幾方面研究工作:1.分析了該立體測繪縮比相機及其前/后視相機的光學系統(tǒng),其前/后視相機具有相同的結構形式,采用了相同的離軸三反光學系統(tǒng),其主支撐結構設計是該立體測繪縮比相機主支撐結構設計的關鍵。從立體測圖角度分析了測繪相機對交會角、內(nèi)方位元素和傳遞函數(shù)等指標的要求,對總體給出的相機主支撐結構設計指標進行了說明。2.針對光學系統(tǒng)的特點和要求,優(yōu)選了主支撐結構形式和材料;根據(jù)總體對重力載荷下相機的位移、隨機振動下次鏡的響應以及相機結構一階頻率方面的要求,進行了該結構的隨機響應最小化拓撲優(yōu)化設計,所得結果具有較高的參考價值。在此基礎上得到了結構的尺寸優(yōu)化初始有限元模型,經(jīng)動力學尺寸優(yōu)化得到了前/后視相機的桁架式主支撐結構,其質(zhì)量約為3.8Kg。該主支撐結構的動力學分析和該相機的熱分析表明主支撐結構滿足各項設計要求。3.對該相機主支撐結構進行了0.1g的正弦掃描試驗和2gRMS的隨機振動試驗。試驗表明主支撐結構的一階頻率為291.4Hz,隨機振動試驗前后次鏡特征點在X、Y、Z向的掃描響應曲線吻合程度很高,說明該主支撐結構具有較好的剛度和穩(wěn)定性。次鏡沿光軸方向的隨機響應放大率得到了有效控制。有限元分析結果與動力學試驗結果間最大誤差為6.0%,滿足工程分析精度要求。證明了本文提出的主支撐結構設計方法的正確性和該結構的合理性。4.設計工裝連接前/后視相機,保持前視相機坐標系X軸豎直向上,后視相機坐標系X軸豎直向下狀態(tài),進行了該測繪相機交會角、傳遞函數(shù)和內(nèi)方位元素的標定。標定結果表明:立體測繪縮比相機交會角為22.6023°,相對偏差約為0.01%。前/后視相機在Nyquist頻率處的調(diào)制傳遞函數(shù)均大于0.1。前/后視相機的相對畸變均約為0.05%。相機的各種光學性能指標均滿足要求,說明了該相機主支撐結構具有很好的剛度和穩(wěn)定性。本文提出的設計方法可以將隨機響應納入離軸三反立體測繪相機的結構設計過程,能在較大程度上降低結構關鍵部位的隨機響應,優(yōu)化結構的動力學特性。本文提出的優(yōu)化策略也可用于其他同型相機主承力結構設計。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH761

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