【摘要】：隨著望遠(yuǎn)鏡主鏡口徑的不斷增大,主鏡支撐系統(tǒng)不僅需要能動(dòng)地控制主鏡面形精度,還需要根據(jù)望遠(yuǎn)鏡實(shí)際觀測過程中的變化,實(shí)時(shí)調(diào)整主鏡位姿使其精確地對(duì)準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡的主動(dòng)支撐系統(tǒng)可以分為支撐和定位兩部分,支撐機(jī)構(gòu)用來保證主鏡面形精度,定位機(jī)構(gòu)用來約束主鏡六個(gè)自由度、保證主鏡位姿精度。定位機(jī)構(gòu)的剛度很大程度上決定了主鏡支撐系統(tǒng)的固有頻率,根據(jù)這一特性,可以形象地稱其為“硬點(diǎn)”。硬點(diǎn)是主鏡位姿調(diào)整的執(zhí)行單元,為了保證實(shí)現(xiàn)高精度的位姿調(diào)整,需要對(duì)硬點(diǎn)機(jī)構(gòu)的性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,準(zhǔn)確合理的設(shè)計(jì)硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)是大口徑望遠(yuǎn)鏡研制過程中需要攻克的重要技術(shù)。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡位姿調(diào)整的高精度要求,主鏡采用六桿硬點(diǎn)定位結(jié)合氣壓式力促動(dòng)器的主動(dòng)支撐系統(tǒng),在保證面形精度的同時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)主鏡位姿的實(shí)時(shí)調(diào)整。針對(duì)SiC主鏡位姿精度達(dá)到±0.02 mm、支撐系統(tǒng)固有頻率大于等于15 Hz的指標(biāo)要求,本文設(shè)計(jì)出了一套硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu),并對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行了性能測試。首先,詳細(xì)介紹了硬點(diǎn)定位的原理、分類,并針對(duì)性地列舉出不同硬點(diǎn)在國內(nèi)外望遠(yuǎn)鏡主鏡支撐系統(tǒng)中的應(yīng)用。其次,對(duì)六桿硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)建立模型,并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析;從運(yùn)動(dòng)學(xué)約束角度對(duì)六桿硬點(diǎn)進(jìn)行了自由度分析。然后,應(yīng)用有限元方法并借助于有限元軟件對(duì)六桿硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)合定位精度、定位剛度的分析,對(duì)硬點(diǎn)進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分別對(duì)其中關(guān)鍵部件進(jìn)行了選型與設(shè)計(jì),主要有位移促動(dòng)器、柔性支承、軸向分離裝置、測力傳感器和扭矩傳感器。最后,加工制造出了一套硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)件,利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件搭建試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)關(guān)鍵部件性能進(jìn)行了測試,主要包括:位移促動(dòng)器的最小分辨力測試和重復(fù)性定位精度測試;柔性支承的軸向剛度和傾角剛度測試。本文設(shè)計(jì)的六桿硬點(diǎn)定位機(jī)構(gòu)分布于主鏡背部半徑1345 mm的圓周上,六點(diǎn)均布,單個(gè)硬點(diǎn)軸向剛度達(dá)到15000 N/mm,輸出的最小分辨力為1.05μm,能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)主鏡位姿±0.02 mm的精度調(diào)整,同時(shí)保證主鏡支撐系統(tǒng)的固有頻率大于等于15 Hz,滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(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】：2019
【分類號(hào)】：TH743

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本文編號(hào)：2718543