红外与激光工程
2023, 52(9): 20230270
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200175
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 吉林大学 机械科学与工程学院, 吉林 长春 130025
研制了一套用于4 m SiC反射镜原位检测的静压支撑系统, 以降低超大口径SiC反射镜离线检测的风险, 提高其制造效率。首先, 推导了单元刚度的解析式, 确定了其中关键因素; 然后, 对支撑单元进行抽样测试, 结合解析式预测了支撑群组中单元的工作刚度。最后, 通过密封性测试和反射镜原位检测, 验证了支撑系统的稳定性; 通过有限元模拟, 计算了系统的重力卸载面形精度。结果表明: 5个单元连组时, 单元刚度约为1.9 kN/mm, 刚度值分布在±3%误差区间; 独立单元刚度可高至15 kN/mm; 3种分组单元刚度预测值分别为1.7, 1.1和0.8 kN/mm。支撑系统空载时管路压强变化缓慢, 表明密封性良好; 用该系统支撑4 m反射镜时, 11天内高度绝对变化量小于50 μm, 相对变化量小于20 μm。54个单元刚度随机分布时, 镜面面形高阶残差(RMS)为20 nm。提出的系统基本满足原位检测的稳定性和精度要求。
超大SiC反射镜 原位光学检测 静压支撑系统 刚度差异 面形精度 ultra-large SiC mirror in-situ optical testing hydrostatic support system stiffness difference figure accuracy 光学 精密工程
2017, 25(10): 2607
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
采用直接最小二乘法和自由谐振法对大口径高刚度SiC主镜进行主动校正易引入较多解算误差, 故本文提出以主镜的本征模式进行主镜面型校正来优化解算校正力幅值, 以改进系统校正效果。该方法首先对主镜的响应矩阵进行一系列数学转换, 得到一组相互正交的主镜本征模式, 然后以各模式面形拟合校正目标, 解算校正力。对1.23 m SiC主镜和主动支撑系统进行了有限元建模, 通过仿真验证了提出方法的正确性。在此基础上, 在搭建的1.23 m SiC主镜主动光学实验系统上进行了主动光学校正实验, 并针对实验系统进一步优化了提出的方法。实验结果显示: 利用该方法可将实验系统主镜面形误差由0.23λRMS校正至0.048λRMS, 表明以主镜本征模式进行主动校正, 可有效抑制解算校正力幅值, 提高系统校正能力。该方法适用于大口径、高刚度SiC主镜的主动校正。
主动光学 SiC主镜 面形校正 本征模式 S-H传感器 active optics SiC mirror aberration correction bending mode S-H sensor 光学 精密工程
2017, 25(10): 2551
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为了预估碳化硅反射镜在空间零重力环境下的面形精度，本文开展了在地面环境下利用方位反向技术提取碳化硅反射镜零重力面形的研究。首先，介绍了方位反向技术提取零重力面形的理论依据; 其次，利用有限元分析软件，分析了方位反向对反射镜面形的影响; 然后，按照试验流程，先后检测了反射镜在0°和180°状态的面形精度，计算两次检测数据的平均值，得到了反射镜零重力面形。结果表明: 反射镜地面零重力面形误差RMS值为123 nm，能够满足设计指标要求。最后，对数据可信度进行了分析，确认了试验数据真实可信。该结果预示了反射镜在空间零重力环境下的面形精度，对反射镜光学加工与装调有重要的指导意义。
方位反向 碳化硅反射镜 零重力面形 光学检测 orientation reversal SiC mirror zero-gravity surface figure optical test
1 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050
2 中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西 西安 710119
为了考核拼焊式SiC反射镜在一定温度波动范围内的面形稳定性,利用有限元方法模拟了在温度水平试验条件5℃温差下反射镜的热变形情况。利用曲面方程拟合方法处理镜面变形数据,计算出变形后的镜面面型误差RMS值为1.841nm,满足航天用反射镜对面形指标的要求,考核了该反射镜在一定环境温度范围内的面形稳定性。将模拟结果与相同条件下的环境试验结果相比较,二者误差为3%,具有较好的一致性。验证了该有限元模型以及性能参数的合理性,可为今后更大口径的拼焊式SiC反射镜的研制提供数值模拟基础和材料参数依据。
SiC反射镜 焊接 热变形 有限元分析 SiC mirror brazing thermal deformation finite element analysis
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
根据某空间遥感器次镜设计指标要求, 采用ANASYS多参数优化设计功能对次镜轻量化进行优化设计。利用UG软件建立反射镜体结构的参数化模型,在ANSYS中将有关结构参数变量指定为优化设计变量,以反射镜体在地面重力作用下的镜面变形误差以及反射镜支撑孔位移为零作为约束条件,结合有限元法对镜体轻量化结构的尺寸参数进行优化分析,得到了轻量化率达到80.635%,镜面面形精度RMS为6.953 nm,PV值为31.317 nm,满足设计要求的反射镜。
SiC反射镜 参数化 有限元分析 轻量化 优化设计 SiC mirror parameterization finite element analysis lightweight optimization design
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 光学系统先进制造技术重点实验室， 吉林 长春 130033
为解决大口径非球面碳化硅反射镜加工过程中材料去除效率与加工精度之间的矛盾，提出使用组合加工技术进行加工。介绍了组合加工技术的基本原理与数学模型。通过与经典计算机控制表面成形技术(CCOS)加工技术进行对比，说明了组合加工技术的优势。结合工程实例，对一块2040mm口径非球面碳化硅反射镜进行研磨。以其中一次加工周期为例介绍了组合加工技术在大口径非球面碳化硅反射镜加工过程中的应用。经过一次完整的组合加工过程，工件表面面形误差峰谷(PV)值由8.72 μm收敛至4.91 μm，均方根(RMS)值由0.91 μm收敛至0.52 μm,证明了组合加工技术的有效性。
光学制造 组合加工技术 大口径非球面 碳化硅反射镜 光学学报
2015, 35(s1): s122005
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
大口径光学反射镜的材料选择与研制一直是空间光学系统的主要核心技术，采用凝胶注模成型（Gel-Casting）技术一次性完成1.45 m碳化硅反射镜镜坯成型，再经1 700 ℃反应烧结得到一块完整的碳化硅镜坯。介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构,系统阐述了SiC反射镜镜坯的制备工艺。结合金相显微镜、XRD物相分析及力学性能测试对SiC镜坯的组织结构进行分析，测试数据表明：1.45 m碳化硅反射镜镜坯的密度≥3.0 g/cm3, 抗弯强度≥330 MPa, 弹性模量≥340 GPa，轻量化率＞74%。碳化硅反射镜镜坯的力学性能均能满足空间光学系统设计的要求。
碳化硅反射镜 轻量化结构 反应烧结 凝胶注浆成型 制备工艺 SiC mirror lightweight structure reacting sintering gel-casting technique process technology
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 光学系统先进制造技术 中国科学院重点实验室，吉林 长春 130033
介绍了大口径轻质碳化硅反射镜镜坯的基本结构、性能测试指标、国内应用及发展前景; 阐述了碳化硅凝胶注模成型(Gel-casting)、反应烧结SiC(RB-SiC)与压力成型、常压烧结SiC(SSiC)两种国内主要制备大口径轻质碳化硅反射镜的方法; 并对两种方法制备得到的1.45 m碳化硅镜坯的性能、测试数据及光学加工后的光学特性进行分析和比对，提出存在的问题，以供商榷，进而促进国内大口径轻质碳化硅反射镜的研究和发展。
碳化硅 大口径碳化硅反射镜 制造工艺 SiC large scale SiC mirror fabricating processing
