大型光学望远镜扇形子镜拼接设计及仿真分析

目前,国际上大型望远镜拼接镜面采用的拼接子镜几乎都是六边形而没有采用扇形。比较六边形子镜和扇形子镜各方面的优缺点,建立六边形和扇形子镜的有限元模型,均采用18点轴向支撑,优化支撑方式,计算各子镜在自重作用下,镜面在水平位置,倾斜45°和垂直位置时的变形参数RMS值。结果表明在面积和支撑点数目均相同的条件下,扇形子镜在理论上可以获得与六边形子镜近似的镜面RMS值,但是在实际应用中扇形子镜的支撑,镜面调控与六边形子镜相比将更加复杂困难。     

用ANSYS优化一米望远镜主镜18点底支承位置

一米级天文望远镜主镜常采用18点底支承设计,以降低主镜面在重力作用下产生的变形误差。为了确保镜面变形达到设计要求的精度,必须要设计出最佳的支承位置。综合利用有限元分析软件ANSYS提供的零阶、一阶、随机搜索等优化工具对支承位置进行优化分析,可以找到最佳设计,实践证明这是一种快速有效的优化方法。     

基于波纹管的气压式力促动器设计与实测

针对2 m环形太阳望远镜主镜轴向支撑设计需求和指标,研制了一种基于波纹管的气压式力促动器,开展了全面实验测试。该气压式力促动器采用可伸缩高强度、高弹性金属波纹管作为核心器件,采用线性轴承作为导向机构,并集成单向压力传感器作为力反馈元件,同时在设计中考虑了安装调整工艺便捷性。经测试,该气压式力促动器单向输出力达200 N,输入气压与输出力线性度误差小于2%,力分辨率小于0.23 N,闭环力精度优于±0.3 N。测试结果验证了该气压式力促动器原理和结构简单,安装维护工艺良好,达到了设计指标,可满足2 m环形太阳望远镜主镜轴向支撑的需求。研制工作为气压式力促动器的设计细节改进及主镜支撑系统的工艺优化奠定了基础,并可为其它精密光学镜面支撑系统的工程应用提供参考。     

基于CAN总线的主动光学镜面位姿驱动系统研究

为先进地基太阳望远镜(Advanced Ground-based Solar Telescope, AST-G)主镜支撑系统预研,设计了一套基于控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)总线通信的主动光学镜面位姿调整驱动系统。首先,面向一个主动支撑样机实验平台,开展镜面运动学理论分析及位姿解算;然后,采用STM32设计了1个主节点和3个子节点,实现了镜面位姿驱动系统中位移促动器的分布式控制;最后,开展了基于CAN总线的位移促动器性能测试及镜面位姿调整实验验证。结果表明,位移促动器的控制精度的均方根误差优于1μm,镜面绕x,y轴的转动均方根误差优于1″,镜面z轴方向平动均方根误差优于1μm。基于CAN总线的位姿驱动系统研究为先进地基太阳望远镜主镜支撑系统的研制提供了技术探索,也可为其它主动光学应用系统提供参考。     

大型光学望远镜扇形子镜支撑方法的探讨

基于对大型光学望远镜子镜的要求,比较六边形和扇形两种子镜的优缺点.用有限元法分析扇形子镜在自重下的变形,确定扇形子镜的支撑点数和排列方式.并具体分析了通过18点、24点、27点三种支撑点的排列方式,分别计算不同支撑点下的子镜变形.通过计算表明,27点的支撑方式可以满足子镜的镜面RMS小于10nm的技术要求,并讨论子镜的轴向和侧向支撑方案.计算了在轴向和侧向支撑的条件下,各子镜在水平,垂直以及45°三个极限位置的镜面RMS值.     

基于步进电机的位移促动器设计与实测

以环形太阳望远镜为应用背景,研制了一种基于步进电机的位移促动器,并进行了性能测试实验,获得了位移促动器的性能指标。分析了常见的大行程、高精度位移促动器的结构形式,选择位移缩放式作为位移促动器的基本结构。该位移促动器采用步进电机集成行星减速器作为驱动元件,以具有特殊消间隙结构的螺旋传动作为位移缩放机构,为实现高分辨率、高刚度和高精度的位移促动器设计,开展了位移促动器的性能测试实验,结果表明:该位移促动器轴向位移量程为±2 mm,不同负载下均能实现1μm的步长分辨率,位移闭环输出精度优于1μm。研制的位移促动器为环形太阳望远镜的建设提供重要的技术支持,并为其它精密光学镜面支撑系统的工程应用提供参考。     

主动光学—新一代大望远镜的关键技术

对主动光学技术在现代天文光学望远镜中的作用和工作原理作了较全面的介绍和评化,结合作者近十年的工作对薄镜面主动光学技术和拼接镜面主动光学技术的各个关键部分,如波前检测,波前拟合,校正力的确定,共焦和共同的检测作了较详细且深入的讨论和评述,也介绍了我国目前正在研制的同时采用薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术的大天区面积多目标光纤光镜望远镜的主动光学系统。     

双水平式卫星跟踪望远镜运动控制卡的设计与实现

从硬件和软件的设计角度介绍了双水平式卫星跟踪望远镜运动控制卡的技术实现。其检测运动角的编码器采用BISS传输,能够高速通信(10MHz),比传统的SSI模式传输数据更稳定和安全可靠。望远镜的二个运动轴具有快/慢/微动三档,可以由用户分别设置速率,同时又设置了限位功能。GPS模块则为系统提供了精确的时间,激光发射的设置则满足了用户的特殊需求。通过测试表明该电控卡能够配合CPU的相关软件实现对卫星的精确定位和跟踪,满足了实际的性能要求。     

授时数据网络查询系统设计

为了满足用户简便地获取指定时刻和指定卫星的授时数据的需要,设计了基于互联网的授时数据查询系统,实现了系统对用户查询指令的自动回复。阐述了系统总体设计、软件的各组成模块及其实现。对系统进行了测试,结果表明系统达到了设计目的,验证了利用互联网进行授时数据查询的有效性。     

离轴二次曲面面型参数测量归算方法的研究

为了在制造过程中保证离轴非球面的光学特性,需要对其主要的面型参数进行严格控制,除了常规形式的顶点曲率半径和非球面系数外,还需要控制镜面的离轴量和离轴角.本文基于普通的二次曲面方程,推导了在新坐标系下的二次曲面表达式,并在这个坐标系下,利用Powell共轭方向法求取镜面的顶点曲率半径、二次曲面系数、离轴量和离轴角.通过对抛物面和双曲面两种形式不同外形的镜面数据的计算,拟合的RMS值可以达到10nm的精度,从而表明该测量计算方法可以有效地控制离轴面加工时的参数误差.