[发明专利]大口径检验镜重锤支撑参数设计方法

权利要求书

1.一种大口径检验镜重锤支撑参数设计方法，其特征在于：建立以支撑力或支撑位置为参数的镜体支撑有限元模型，采用支撑位置和支撑力交替优化的方法对模型进行优化，并以有限元模型计算镜面变形数据输入优化算法以计算目标函数，最终以有限元计算和优化算法联合优化，得到具有全方位全俯仰调整能力的标准检验镜重锤支撑参数；所述方法包括：

步骤1：确定支撑结构；根据镜体参数，采用whiffle-tree支撑结构，初步确定支撑点数；whiffle-tree支撑结构：支撑环带数M和支撑点数N；1个支撑环带时，支撑点数有3点或6点；两个支撑环带时，支撑点数有9点或18；4个支撑环带时，支撑点数有27点或54点；支撑点的分布关于镜体X、Y轴对称，且相对于镜体中心回转对称；

步骤2：构建支撑环带半径优化模型；

步骤3：剔除有限元分析结果中的刚性位移；

步骤4：计算目标函数；

步骤5：优化求解支撑半径；

所述优化求解为有限元分析和优化算法联合优化，其中有限元分析是利用优化算法给定的支撑半径值计算镜体的重力变形，并将变形前后镜面表面节点坐标值作为优化算法的输入；优化软件根据有限元的计算结果，利用步骤3和步骤4计算出镜体变形后面型精度指标后，依据步骤2中描述的模型利用优化算法得到优化的支撑半径值作为有限元软件的输入；联合优化算法重复上述步骤，直至满足要求，得到优化的支撑环带半径；

步骤6：建立含嵌套孔镜体模型；

根据镜体尺寸和支撑重锤尺寸，确定镜体背部支撑垫套孔和芯轴定位孔尺寸，在步骤5计算所得半径环带上做出相应的嵌套孔，建立包含重锤支撑嵌套孔的有限元模型；

步骤7：优化轴向支撑力；优化侧向支撑力；

有限元分析和优化算法联合优化计算轴向支撑力，其中有限元分析是利用优化算法给定的轴向支撑力计算镜体的重力变形，并将变形前后镜面表面节点坐标值作为优化算法的输入；优化软件根据有限元的计算结果，利用步骤3和步骤4计算出镜体变形后面型精度指标后，依据步骤2所述的支撑环带半径优化模型利用优化算法得到优化的轴向支撑力作为有限元软件的输入；联合优化算法重复上述步骤，直至满足要求，得到优化的轴向支撑力；

有限元分析和优化算法联合优化计算侧向支撑力，其中有限元分析是利用优化算法给定的侧向支撑力计算镜体的重力变形，并将变形前后镜面表面节点坐标值作为优化算法的输入；优化软件根据有限元的计算结果，利用步骤3和步骤4计算出镜体变形后面型精度指标后，依据步骤2所述的支撑环带半径优化模型利用优化算法得到优化的侧向支撑力作为有限元软件的输入；联合优化算法重复上述步骤，直至满足要求，得到优化的侧向支撑力；

其中，轴向力优化模型为：

min h_v(A₁，…A_M)

其中，A₁，…，A_M为由内环到外环各环带内支撑点轴向支撑力，i＝1…M；

其中，侧向力优化模型为：

min h_h(L₁，…L_M)

其中，L₁，…，L_M为由内环到外环各环带内支撑点侧向支撑力，i＝1…M；

步骤8：计算全俯仰角范围内支撑变形；

以步骤7优化结果为基础，得到支撑变形随俯仰角的变化曲线，判断全俯仰角范围内支撑精度是否满足系统要求；

其中，任意俯仰角下的镜体支撑精度为：

其中，RMS_V为步骤7中轴向支撑力优化输出时镜体支撑变形，RMS_H为步骤7中侧向支撑力优化输出时镜体支撑变形；

所述大口径检验镜重锤支撑参数设计方法还包括支撑力参数扰动分析步骤：

轴向支撑重锤力标定时存在偏差，假定偏差遵循正态分布；随机生成多组扰动数据，附加到步骤7中各支撑点的理论轴向支撑力上，计算轴向支撑力扰动对轴向支撑变形的影响；结合镜体支撑变形要求，给定轴向支撑力的偏差要求；

侧向支撑重锤力标定时存在偏差，假定偏差遵循正态分布；随机生成多组扰动数据，附加到步骤7中各支撑点的理论侧向支撑力上，计算侧向支撑力扰动对侧向支撑变形的影响；结合镜体支撑变形要求，给定侧向支撑力的偏差要求；

所述大口径检验镜重锤支撑参数设计方法还包括支撑位置参数扰动分析步骤：

加工嵌套孔和安装嵌套时，支撑位置在x、y方向上的位置扰动都遵循正态分布；随机生成多组扰动数据，附加到步骤5中优化计算得到的支撑位置，将步骤7中优化计算得到的轴向支撑力A₁，…，A_M，施加到步骤6模型上，计算x、y方向位置扰动对轴向支撑变形的影响；结合镜体支撑变形要求，给定支撑位置在x、y向上的偏差要求；

重锤和嵌套安装时存在z向的随机误差，支撑位置在z方向上的偏离理论位置的扰动都遵循正态分布；随机生成多组扰动数据，附加到步骤5中各支撑点的位置理论位置处，形成扰动后的模型，将步骤7中优化计算得到的侧向支撑力L₁，…，L_M，施加到步骤6模型上，计算z方向位置扰动对侧向支撑变形的影响；结合镜体支撑变形要求，给定支撑位置在z向上的偏差要求。