[发明专利]大口径检验镜重锤支撑参数设计方法

说明书

本发明公开了一种大口径检验镜重锤支撑参数设计方法，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，求解出具有全方位全俯仰调整能力的标准检验镜重锤支撑参数。最后对优化支撑参数进行扰动仿真分析，以确定支撑参数的扰动范围。本发明基于弹性力学和优化理论，联合优化支撑参数，并分析出支撑参数的扰动对支撑变形的影响，给出了支撑参数的精度要求，克服了传统设计方法中依据经验布局重锤位置和支撑力的缺点，提高了重锤支撑精度。

技术领域

本发明属于机械行业光电仪器技术领域，具体涉及一种大口径检验镜重锤支撑参数设计方法。

背景技术

随着天文以及观测技术的发展，光学元件的口径越来越大，精度越来越高，以提高观测分辨率和增大探测距离。大口径光学元件需要大口径的标准检验镜进行检测，故对标准检验镜的尺寸和精度要求也越来越高，且要求标准检验镜能实现方位角和俯仰角的自由调节并保持任意姿态镜面的精度一致，这就要求支撑系统须适应重力的变化。传统的标准检验镜系统采用重锤支撑方式，仅能保证光轴水平以及小俯仰调整时候的支撑精度，同时，支撑设计中仅基于经验布局重锤位置，不能够满足大口径标准检验镜任意姿态使用的需求。如何基于弹性力学和优化分析理论，优化设计大口径标准检验镜的重锤支撑参数，并分析支撑力和支撑位置扰动对支撑的影响，目前对此研究较少，尚无有效的方法和解决方案。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种大口径检验镜重锤支撑参数设计方法，本发明提出大口径检验镜重锤支撑参数设计方法，从镜体的力学模型出发，联合利用有限元分析方法和优化分析，优化重锤支撑位置和各环带的重锤支撑力，并对支撑位置和支撑力进行了扰动分析，以给出支撑参数的精度要求。本方法从技术上解决了重锤支撑参数优化系列关键技术问题，建立了大口径镜体重锤支撑参数设计的理论和方法。该方法提高了大口径镜体重锤镜体的精度。

本发明采用如下技术方案：

大口径检验镜重锤支撑参数设计方法，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，对支撑参数的扰动进行仿真分析，并以其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，求解出具有全方位全俯仰调整能力的标准检验镜重锤支撑参数。

更进一步的，该方法包括：

步骤1：确定支撑结构；

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；