光电经纬仪主镜面型误差主动补偿技术研究

作者:李零印;王一凡 刊名:光子学报 上传者:刘家瑞

【摘要】光电经纬仪俯仰动作时,引起主镜的面型误差,从而影响整个光学系统的准确度,以往主镜支撑结构采用被动式补偿方式,来保证实际面型最大误差在设计指标之内.本文基于压电陶瓷主动面型补偿技术,通过对俯仰变化引起面型误差曲线的实时修正,来主动控制主镜装调和动作引起的面型误差.使用光机系统联合仿真方法,拟合主镜面型误差,然后采用压电陶瓷的主动补偿技术修正面型误差,能够使原主镜峰值下降到66.9nm,均方根最大值下降到12.9nm,满足15.82nm的均方根要求.基于压电陶瓷的主动面型补偿技术不仅可以很好地实时补偿主镜的动态面型误差,提高光学系统的像质清晰度和视轴稳定性,对大口径高准确度主镜系统的装调与动态检测有重要的意义.

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0引言光电经纬仪的主望远镜系统是光学实况记录测量系统的主要部件.主反射镜是主望远系统的核心单元,为导弹、卫星、红外测量系统所共用,并且在底部承载了调光调焦系统.主反射镜的设计、安装对光学系统的像质清晰度和视轴稳定性也起着决定性作用.主镜的设计分析、装调、使用过程中,都要考虑主镜面型准确度,如何提高大口径光学系统主镜面型准确度,是现光学仪器设计和指标评价不可或缺的环节[1],不论是传统的串行式设计过程中,还是在现代的并行工程中,镜面系统结构的工程分析都占有重要的地位.随着经纬仪通光口径的增加,主镜重量的增加,主镜的支撑复杂度也随之提高.这是因为主镜在自身重量的作用下,而且当望远镜处于不同俯仰角时,主镜的自重方向与主镜光轴夹角也不同,光学镜面必定产生不同程度的变形误差[2].传统设计方法利用有限元建立主镜光机系统模型,准确计算出主镜支撑系统在重力和工况下在各个位置的变形,然后利用各种支撑方式,抵消重力引起的主镜变形,尽量只传递主镜室中的平移和倾斜分量,使得主镜的变形以平移和倾斜刚体位移为主,而减小对面形准确度产生影响[3].但是由于支撑结构设计时,不可能充分考虑到实时动态指标,所以必定和现场装调数据不可能完全一致,被动的支撑的补偿方式很难达到高准确度的主镜需求.因此,本文就引入了基于压电陶瓷的主镜面型误差主动补偿技术,实施支撑与补偿相结合的方法,针对主镜不同俯仰位置,在装调过程中,采用实验检测技术设定主镜位移补偿曲线,通过压电陶瓷补偿器对已知误差进行补偿,从而保证光电经纬仪主镜面型误差.1主镜系统主镜作为望远镜最为关键部件之一,它的准确度对整个光学系统都有影响,因此对主镜的面型准确度和视轴稳定度都有很高的要求,主镜技术指标如表1所示,电压位移为一次比例关系.表1主镜技术指标Table1TechnologyspecificationsonprimarymirrorParameterValueAperture606mmCenterdeviation<0.02mmMirrortilt5Surface-shapeaccuracyRMS</40Surface-shapeaccuracyafterassemblyRMS</20Worktemperature-35+40因主镜的材料为微晶玻璃,其线膨胀系数为-110-7/,经过分析中心轴在受力5kgm/s2时主镜的径向位移仅为0.5m,可以保证主镜的径向定位准确度.主望远系统的工作角度为-5+185,主镜光轴偏角最大时,重力在主镜光轴方向的分力F7kgm/s2,而F/61.2kgm/s2,则六套前支承组件中的弹簧力分别调整至2kgm/s2.本系统使用六套前支承组件、三组底支承组件在轴向上支承主镜,六组侧支承组件在径向上支承主镜(见图1).图1主镜支撑结构Fig.1Primarymirrorsupportstructurediagram主镜室共装备六套前支承组件,轴座与调节杆之间为锥面与球面接触,使轴座能在小范围内自由调节角度,保证其端面与主镜正面边缘贴紧,减小主镜的局部变形;三组底支承组件在轴向上支承主镜,支承盘与三角支承板之间通过钢球连接,三角支承板与球头支承之间也是球头接触,并都使用拉簧压紧,使支承盘和三角支承板都能在小范围内自由调节角度;六组侧支承组件在径向上支承主镜,正、倒镜时分别有三组起作用,支承盘与主镜间隔有橡胶垫,使支承盘与主镜有效接触,配重杆与支承盘之间通过钢球连接,并使用四组拉簧压紧,使支承盘能在小范围内自由调节角度,保证了与主镜的紧密接触.支撑系统中,都采用弹簧结构,利用挠性平衡原理来限制主镜的

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