留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析

赵晓东 王晶

赵晓东, 王晶. 米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析[J]. 中国光学, 2018, 11(4): 654-661. doi: 10.3788/CO.20181104.0654
引用本文: 赵晓东, 王晶. 米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析[J]. 中国光学, 2018, 11(4): 654-661. doi: 10.3788/CO.20181104.0654
ZHAO Xiao-dong, WANG Jing. Analysis of the mirror deformation of one-meter theodolite protective window[J]. Chinese Optics, 2018, 11(4): 654-661. doi: 10.3788/CO.20181104.0654
Citation: ZHAO Xiao-dong, WANG Jing. Analysis of the mirror deformation of one-meter theodolite protective window[J]. Chinese Optics, 2018, 11(4): 654-661. doi: 10.3788/CO.20181104.0654

米级口径经纬仪保护窗口镜面变形分析

doi: 10.3788/CO.20181104.0654
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 No.11403064

详细信息
    作者简介:

    赵晓东(1991-), 男, 山东滕州人, 硕士研究生, 主要从事光电测量设备结构设计方面的研究。E-mail:zxdsdu@163.com

    王晶(1966-), 女, 吉林九台人, 研究员, 博士生导师, 主要从事光学技术与测量技术方面的研究。E-mail: wangjing@ciomp.an.cn

  • 中图分类号: TH74

Analysis of the mirror deformation of one-meter theodolite protective window

Funds: 

National Nature Science Foundation of China No.11403064

More Information
  • 摘要: 为了精确分析外载荷作用下米级口径经纬仪保护窗口镜面变形,本文基于接触有限元理论建立了米级口径经纬仪保护窗口带摩擦接触的有限元分析模型,对比了线性刚性连接和非线性摩擦接触方法的差异。采用齐次坐标变换法去除刚体位移,得到米级口径经纬仪保护窗口镜面畸变数据,使用Zernike多项式作为光机集成分析的接口工具,并将Zernike多项式系数导入ZEMAX中,以波前像差RMS值衡量镜面变形对成像质量的影响,并与干涉仪检测结果进行比较。考虑摩擦接触条件得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为38.095 nm、PV为205.027 nm,使用干涉仪检测得到的保护窗口镜面波前像差RMS值为40.626 nm、PV值为235.654 nm。实验结果表明,考虑摩擦接触条件的仿真实验与干涉仪检测实验的镜面波前像差RMS值偏差为6.23%,能更准确地反映米级口径保护窗口镜面变形。
  • 图  1  保护窗口结构

    Figure  1.  Protective window structure

    图  2  保护窗口有限元模型

    Figure  2.  Finite element model of protective window

    图  3  刚性连接面形及应力图

    Figure  3.  Contour and stress diagram of rigid joint surface

    图  4  摩擦接触面形及应力图

    Figure  4.  Contour and stress diagrams of frictional contact surface

    图  5  保护窗口面形的干涉仪检测结果

    Figure  5.  Interferometer test results of contour diagram of protective window surface

    图  6  刚性连接镜面波前图

    Figure  6.  Wave front map of rigid joint mirror

    图  7  摩擦接触镜面波前图

    Figure  7.  Wavefront map of frictional contact mirror

    表  1  材料属性参数

    Table  1.   Material property parameters

    MaterialDensity/
    (kg·m-3)
    Young′s
    Modulus/Gpa
    Poisson′s
    Ratio
    457 8902090.27
    HT2507 2801380.156
    Fused silica2 205730.17
    Rubber1 1500.006 10.49
    下载: 导出CSV

    表  2  Zernike前五项表达式及意义

    Table  2.   The first five polynomials of Zernike and their meanings

    NOPolynomialMeaning
    11piston
    22xx tilt
    32yy tilt
    4(2x2+2y2-1)defocus
    52xyastigmatism
    下载: 导出CSV
  • [1] 尤锐, 王晶, 王文革, 等.大口径测量系统主反射镜装调及精度分析[J].长春理工大学学报(自然科学版), 2008, 31(3):20-23. https://www.wenkuxiazai.com/doc/73ff6f82daef5ef7ba0d3c18.html

    YOU R, WANG J, WANG W G, et al.. Adjustment and error analysis of the large mirror of test system[J]. Journal of Changchun University of Science and Technology(Natural Science Edition, 2008, 31(3):20-23.(in Chinese) https://www.wenkuxiazai.com/doc/73ff6f82daef5ef7ba0d3c18.html
    [2] 刘莹奇, 王志, 刘欣悦, 等.米级车载高分辨率光电成像系统光学设计[J].红外与激光工程, 2011, 40(8):1512-1516. https://wenku.baidu.com/view/72be830b03d8ce2f00662344.html

    LIU Y Q, WANG ZH, LIU X Y, et al.. Optical design of vehicle-based high resolution E-O imaging system using meter class telescope[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(8):1512-1516.(in Chinese) https://wenku.baidu.com/view/72be830b03d8ce2f00662344.html
    [3] 范李立, 张景旭, 杨飞, 等.极轴式望远镜主镜支撑结构对镜面变形的影响[J].红外与激光工程, 2012, 41(1):173-177. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hwyjggc201201034

    FAN L L, ZHANG J X, YANG F, et al.. Impact of the supports of primary mirror in equatorial telescope on its surface deformation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(1):173-177.(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hwyjggc201201034
    [4] 辛雪军, 陈长征, 张星祥, 等.平行光管主反射镜组件的非线性有限元分析[J].中国光学与应用光学, 2010, 3(2):170-176. https://wenku.baidu.com/view/4fd571fc998fcc22bdd10d08.html

    XIN X J, CHEN CH ZH, ZHANG X X, et al.. Nonlinear analysis of primary mirror subassembly for collimator based on finite element method[J]. Chinese Journal of Optics and Applied Optics, 2010, 3(2):170-176.(in Chinese) https://wenku.baidu.com/view/4fd571fc998fcc22bdd10d08.html
    [5] 徐广州, 阮萍, 李婷.基于接触有限元方法的镜面面形仿真技术研究[J].光学技术, 2012, 38(3):305-309. https://core.ac.uk/display/71623790

    XU G ZH, RUAN P, LI T. Surface simulation based on contact finite element method[J]. Optical Technique, 2012, 38(3):305-309.(in Chinese) https://core.ac.uk/display/71623790
    [6] 陈长征, 辛宏伟, 吕清涛, 等.某反射镜组件的线性与非线性工程分析[J].计算机仿真, 2008, 25(3):323-326. http://www.jlck.cn/html/2012-6/63581_2.html

    CHEN CH ZH, XIN H W, LV Q T, et al.. Reflector subassembly engineering analysis based on combined nonlinear and linear method[J]. Computer Simulation, 2008, 25(3):323-326.(in Chinese) http://www.jlck.cn/html/2012-6/63581_2.html
    [7] WINGGERS P. Computational Contact Mechanics[M]. 2nd ed. America:John Wiley and Sons Ltd, 2002.
    [8] 关英俊, 辛宏伟, 刘巨, 等.基于接触非线性分析方法的反射镜组件工程分析[J].光学技术, 2006, 32(6):859-862. http://mall.cnki.net/magazine/Article/GXJS200606016.htm

    GUAN Y J, XIN H W, LIU J, et al.. Reflector subassembly engineering analysis based on contact nonlinear analysis method[J]. Optical Technique, 2006, 32(6):859-862.(in Chinese) http://mall.cnki.net/magazine/Article/GXJS200606016.htm
    [9] 赵星, 郑义, 张赞, 等.基于面形斜率的光学自由曲面表征[J].光学 精密工程, 2015, 23(7):1957-1964. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201507020.htm

    ZHAO X, ZHENG Y, ZHANG Z, et al.. Characterization of freedom optical surfaces based on surface slope[J]. Opt. Precision Eng., 2015, 23(7):1957-1964.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXJM201507020.htm
    [10] 田秀云, 吴时彬, 伍凡, 等.环形大口径平面镜圆Zernike多项式拟合精度分析[J].光学技术, 2008, 34:21-23. http://www.doc88.com/p-9915179588904.html

    TIAN X Y, WU SH B, WU F, et al.. Analysis for circle Zernike polynomial fitting precision of annual large flat[J]. Optical Technique, 2008, 34:21-23.(in Chinese) http://www.doc88.com/p-9915179588904.html
    [11] 孟轩, 乔彦峰, 何锋赟, 等.Zernike环多项式分析光电经纬仪主镜变形[J].激光与光电子学进展, 2013, 50, 072201. http://mall.cnki.net/magazine/Article/JGDJ201307017.htm

    MENG X, QIAO Y F, HE F Y, et al.. Analyzing primary mirror deformation of photoelectronic theodolite using Zernike annular polynomial[J]. Laser and Optoelectronics Progress, 2013, 50:072201.(in Chinese) http://mall.cnki.net/magazine/Article/JGDJ201307017.htm
    [12] 杨佳文, 黄巧林, 韩友民.Zernike多项式在拟合光学表面面形中的应用及仿真[J].航天返回与遥感, 2010, 31(5):49-55. http://www.eeworm.com/dl/510351.html

    YANG J W, HUANG Q L, HAN Y M. Application and simulation in fitting optical surface with Zernike polynomial[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2010, 31(5):49-55.(in Chinese) http://www.eeworm.com/dl/510351.html
    [13] 张颖, 丁振敏, 赵慧洁, 等.光机热集成分析中镜面刚体位移分离[J].红外与激光工程, 2012, 41(10):2763-2767. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.10.039

    ZHANG Y, DING ZH M, ZHAO H J, et al.. Rigid-body displacement separation of optics in optical-structural thermal integrated analysis[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(10):2763-2767.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2012.10.039
    [14] 田富湘, 何欣.空间光学遥感器光学镜面有限元分析结果的后处理[J].红外, 2014, 35(9):19-22. https://wenku.baidu.com/view/ea76477004a1b0717ed5dd2d.html

    TIAN F X, HE X. Post-processing of FEA results of optical mirrors for space remote sensor[J]. Infrared, 2014, 35(9):19-22.(in Chinese) https://wenku.baidu.com/view/ea76477004a1b0717ed5dd2d.html
    [15] 颜庆津.数值分析[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.

    YAN Q J. Numerical Analysis[M]. Beijing:Beihang Press, 2006.(in Chinese)
  • 加载中
图(7) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  824
  • HTML全文浏览量:  243
  • PDF下载量:  160
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-26
  • 修回日期:  2018-02-05
  • 刊出日期:  2018-08-01

目录

    /

    返回文章
    返回