1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
在轨维修可以大大的延长空间科学仪器的使用寿命, 节省大量的经济成本。为了实现空间望远镜后端模块的在轨操作和更换, 设计了一套与之对应的接口机构, 能够解决在轨快速定位与安装。根据321运动学定位准则, 详细介绍了该接口机构的内部组成和工作原理; 然后把该接口机构与后端模块进行组件级有限元仿真, 仿真结果表明一阶模态远高于整机基频可以有效地避免发射时候的共振; 设计了一套平面内的工装来模拟后端模块, 利用等效质量法对整个机构进行重力卸载; 搭建实验平台, 利用激光跟踪仪来测量整个后端模块的重复定位安装精度, 实验数据表明, X, Y, Z 3个方向的重复平移定位误差分别为±5.58 μm, ±3.24 μm及±3.63 μm, 优于总体指标±10 μm; 热实验结果表明整个机构可以完全释放由于温度变化产生的形变, 具有很高的热稳定性; 使入射光线和靶面的相对位置持续稳定, 保证了较高的成像质量。为其他空间在轨维护装置提供强有力的参考价值。
在轨维修 接口机构 运动学安装 重复定位精度 热释放 on-orbit maintenance interface mechanism kinematic installation repeated positioning accuracy heat release
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
为了实现空间望远镜大型光学载荷的在轨更换, 设计了一种能够实现在轨快速拆装的定位机构, 并针对其核心问题即在轨重复定位精度进行了研究。首先, 选定了一种能够避免热应力的运动学定位方式。在此基础上设计了定位机构, 并根据刚体的微小角位移是矢量并符合矢量合成法则的原则, 利用角位移矢量合成的方法推导出了光学载荷的转角数学模型; 然后, 设计杆系结构模拟了光学载荷及其框架, 同时为了模拟光学载荷在轨拆装的微重力环境, 利用微重力模拟的常用方法悬吊法设计了悬吊装置, 以实现光学载荷模块的重力卸载; 最后, 搭建了试验检测环境, 对光学载荷模块进行重复拆装试验, 利用经纬仪及数显千分表进行检测, 并处理试验结果得到了重复定位误差值。结果表明, 光学载荷模块的重复安装转角误差最大为±28.8″, 平移误差最大为±0.057 mm。本文研究能够为在轨可更换载荷定位机构的设计提供参考, 具有理论意义和应用价值。
空间望远镜 大型光学载荷 在轨更换 定位机构 接口试验装置 重复定位精度 space telescope large optical device on-orbit replacement positioning mechanism interface test device re-orientation accuracy 光学 精密工程
2019, 27(10): 2233
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京100039
3 长春理工大学 机电工程学院, 吉林 长春 130022
为了提高光纤陀螺的测量精度, 提出了一种基于小波神经网络的误差补偿方法。首先使用小波分析中的Mallat分解算法提取出陀螺信号中的主趋势项, 对其误差余项进行重构。然后将重构信号作为小波神经网络的目标输出, 将原始陀螺信号作为训练样本。为了提高小波神经网络的训练速度同时防止其陷入局部极小值, 采用增加动量因子和自适应调整学习速率的方法来改进训练方法。训练后建立的神经网络模型对光纤陀螺误差具有良好的估计能力。结果表明, 经过小波神经网络方法补偿后, 光纤陀螺的输出精度达到了0019 4°/s, 光纤陀螺的测量性能得到了提高。
光纤陀螺 小波神经网络 小波分析 误差补偿 趋势项提取 fiber optic gyro wavelet neural network wavelet analysis error compensation trend term extraction
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了一种新型柔性铰链: 双边直圆抛物线复合铰链, 建立了其理论结构模型, 利用卡氏第二定理及微积分理论对铰链的主要性能指标柔度和转动精度进行计算, 并取实际参数对柔度及转动精度进行了理论计算及有限元分析, 同时对影响铰链性能的结构参数进行研究, 结果表明: 铰链柔度及转动精度的理论值与有限元分析值相比较, 一致性大于92%, 且铰链柔度随最小切割厚度t的变化最大。作为一种新型铰链与其他柔性铰链进行了对比, 直圆抛物线铰链融合了直圆铰链与抛物线铰链的优点, 当c
铰链 柔度 直圆 抛物线 hinges compliance circular parabolic 红外与激光工程
2018, 47(11): 1117009
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
1 000 mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量, 本文对主镜的装调技术进行了研究。首先, 对影响主镜面形精度的误差进行分配; 其次, 结合具体的主镜支撑结构的形式, 采用典型装调方法对800 mm口径主镜进行详细的装调研究, 实时测得主镜的面形精度; 最后, 综合分析产生装调误差的来源, 提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000 mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40, 在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。
光电跟踪系统 主镜支承结构 大口径 装调技术 photoelectric tracking system primary mirror bearing structure large aperture alignment technology
1 长春理工大学，吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
对典型的光电跟踪系统进行结构分析，提出了改善机械结构谐振频率的方法， 以便提高光电跟踪系统的跟踪速度。研究了典型跟踪架的垂直轴系的结构， 认为单向止推轴系沿轴向的窜动限制了扭转刚度。提出了以双向止推密珠轴系结合定心轴系的结构形式设计垂直轴系，从而有效地提高了系统的刚度，改善了系统的机械谐振频率。对改进后的跟踪架进行了模态仿真分析，并通过振动及扫频试验获得了光电跟踪系统谐振频率特性曲线。实验结果表明，系统谐振频率达到114 Hz，为伺服系统实现高速跟踪时的稳定性和快速性提供了硬件基础。在舰面跟踪高速起降目标的试验中，该系统最大跟踪速度达到150(°)/s以上，加速度大于240( °)/s2，显示其光电跟踪能力显著提升。
光电跟踪系统 跟踪速度 机械谐振频率 双向止推轴系 photoelectric tracking system speed of tracking mechanical resonant frequency structure of double thrust bearing 光学 精密工程
2017, 25(11): 2889
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
3 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
针对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统的防护问题, 提出了一米量级尺寸的窗镜、镜框的设计、制造和检测的方法。首先, 对窗口材料的性能及强度进行分析, 依据内外压差、自身重量以及旋转惯性力对窗镜强度的影响确定其最小的厚度。其次, 依据指标要求分析设计窗镜、镜框的形变对窗镜等光程差的影响以及其环境适应性。然后, 采用等光程非平面的修磨方法对带镜框的窗镜进行加工及检测。最后, 成功研制出直径φ1 032 mm, 厚度80 mm, 通光口径φ1 010 mm 的融石英材料的窗口玻璃镜, 等光程差为RMS=0.062 8λ@632.8 nm。结果表明, 该窗镜能够对舰载光电跟踪系统反射式主光学系统进行有效的防护。
光电跟踪系统 窗镜 光程差 反射式主系统 photoelectric tracking system optical window Optical Path Difference(OPD) reflective optical system
1 长春理工大学机电工程学院, 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
在光电经纬仪中, 望远镜的口径越大, 对跟踪架的结构刚度要求越高。因此对于跟踪架的结构设计备受关注。本文以地平式 U型跟踪架为例, 对其中的两个关键部件如四通和转台采用方钢管桁架结构进行设计, 结合有限元设计及模态分析, 求解其固有的谐振频率。通过与传统的钢板焊接结构比较, 结果表明方钢管桁架结构刚度更高, 重量更轻。对于口径达到 1 m的地平式经纬仪跟踪架, 重量达到 6 200 kg时, 经过激振试验和扫频测试, 测得机械谐振频率达到了 78 Hz。
光电经纬仪 跟踪架 模态分析 机械谐振频率 photo-electric theodolite tracking frame model analysis mechanical resonant frequency
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 长春理工大学, 吉林 长春 130022
为了获得大视场高分辨率的图像，提出了多镜头成像拼接的方法，并将该方法应用于经纬仪系统中。首先，结合经纬仪特点对几种可能的拼接形式进行了分析，并以4个镜头十字型两维拼接形式为例，建立了数学模型。然后，确定拼接镜头间的夹角以及相对位置关系，同时对经纬仪跟踪架的结构尺寸提出设计要求。最后，对拼接夹角精度进行复核标定。设计结果表明：在相机靶面像元数为1 280×1 024，像元尺寸为12 μm，镜头焦距为400 mm的条件下，可获得方位方向最大6.6°，俯仰方向最大3.52°的视场。两个方向的拼接夹角的最大误差均在10″以内，能够满足图像拼接时单幅图像坐标转换到经纬仪坐标系下数据处理的需要，达到了增大视场的目的，扩展了经纬仪的应用领域。
多镜头成像拼接 光电经纬仪 高分辨率 大视场 multi-lens image stitching opto-electronic theodolite high resolution rate large field of view
基于激光准直和光电探测原理与技术,并借鉴象限探测法、精密机械、伺服控制技术和计算机技术研制了一种用于Φ25 mm火炮身管直线度的光电测量系统.给出了系统的总体结构,对系统的测量原理进行了理论分析,得到了身管直线度的计算公式,建立了解决光电靶偏心的数学模型.并将测量系统应用于长1.15 m的Φ25 mm精加工孔标准件进行两组采样,每组采样步长为100 mm.实测的结果表明:测量系统分辨率可以达到0.005 mm,测量误差小于0.015 mm,重复性测量精度优于±0.009 mm,说明测量方法是可行的.
火炮身管 直线度 激光准直 光电靶
