强激光与粒子束
2021, 33(4): 044006
1 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京100049
提出一种间接测量平面接触刚度的方法，准确量化粗糙表面的接触刚度，使得整个支架系统的固有频率模拟与测试结果得到良好的匹配。基于接触刚度模型、ANSYS有限元模拟方法以及模态测试方法，以地脚螺栓固定方式的测试件为例，验证了间接测量方法的准确性，使接触刚度得到准确量化。该方法可以为提高加速器磁铁支架系统的整体刚度提供依据。
磁铁支架 接触刚度 模态测试 ANSYS有限元分析 模态匹配 magnet support contact stiffness modal testing ANSYS finite element analysis modal matching method 强激光与粒子束
2019, 31(8): 085101
1 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心, 湖南 湘潭 411201
基于视觉的位移和振动测试方法大多需要人工在结构表面预设物理标记, 这使得现场测试和监控变得繁琐。针对现有机器视觉技术在薄壁件振动模态测试上的不足, 提出基于曲率尺度空间(CSS)角点检测与匹配的薄壁件振动模态测试方法。该方法通过人工设置的虚拟角点代替传统的物理标记, 利用改进的CSS角点检测方法定位振动图像序列中的关键点, 并采用基于像素平方差改进的匹配方法实现关键点匹配, 最终获取振动信息并识别模态参数。对薄壁梁和薄壁圆筒进行振动模态实验, 并利用有限元仿真和加速度传感器进行分析验证, 结果表明, 该方法能够有效准确地获得薄壁件的模态参数, 测试精度误差在5%以内。
图像处理 振动模态测试 曲率尺度空间角点检测与匹配 薄壁件 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 长光卫星技术有限公司, 长春 130000
4 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度, 针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点, 设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构, 并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机, 并对整机进行有限元分析.结果表明, 光轴呈水平状态, 次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″, 次镜相对于主镜的偏心为0.021 mm, 均在光学系统公差要求范围内.此外, 对前框架结构进行自由模态分析与试验, 结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷, 能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考.
离轴三反空间相机 前框架 拓扑优化 模态测试 一体化结构 Off-axis three mirror anastigmatic space camera Front frame Topology optimization Modal test Intrgrated structure
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对1.2 m微晶主镜, 提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案，用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。 分析了该机构的工作原理，实验测试了主镜的面形精度及支撑系统的模态。机构分析表明该支撑方式可有效保证主镜定位精度和面形精度，并具有热解耦能力; 有限元分析确认系统具有良好的支撑性能; 面形精度检测得出主镜光轴垂直面形精度RMS达15.25 nm，光轴水平面形精度RMS为20.75 nm，模态测试则获得主镜支撑系统的一阶固有频率为60.3 Hz。实测结果验证了该新型主镜支撑系统具有良好的面形保持能力及支撑刚度，分析结果与实测结果符合度较好，主镜光轴垂直和水平状态面形精度RMS的相对误差分别为14.0%和17.8%，一阶固有频率相对误差为10.8%。得到的结果验证了有限元建模及分析的可信性，支撑系统设计方案的合理性及相关理论推导的正确性。
微晶主镜 主镜支撑 面形检测 模态测试 有限元分析 zerodur primary mirror primary mirror support surface figure test modal test Finite Element Analysis(FEA) 光学 精密工程
2016, 24(10): 2462
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点, 提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板, 以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一。由于此整体背板同时也是主框架的组成部分, 故降低了结构整体重量, 提升了光机结构动/静态刚度。对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测, 结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ, 均满足光学公差要求。对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试, 测得一阶模态频率为48 Hz, 对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz, 满足结构刚度要求。在离子束光学精加工过程中, 通过分时对主镜和三镜进行加工, 省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间, 加工效率提高了约50%。主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率, 为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考。
离轴三反空间相机 主镜 三镜 共基准 一体化结构 干涉检测 模态测试 离子束加工 off-axis Three Mirror Anastigmatic(TMA) space came primary mirror tertiary mirror common base line integrated structure interference detection modal test ion beam machining
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 长春 130033
胶粘剂广泛应用于光机结构中, 其对光机结构的动力学特性有不可忽视的影响。本文采用有限元建模的方法对含胶粘剂的透镜镜组进行动力学特性分析。建立忽略胶层、节点耦合以及“粘合单元 ”连接胶合面三种有限元模型, 并分别对两种胶粘剂粘接的透镜镜组进行模态分析。为了验证三种建模方法的有效性, 对不同透镜镜组进行模态测试, 获取一阶模态频率与振型。仿真计算与测试结果对比表明：忽略胶层影响的模型计算结果存在较大误差, 节点耦合以及 “粘合单元 ”连接胶合面所建立的模型的一阶模态频率与实验测试误差小于 5%, 振型也与测试结果一致。这表明节点耦合以及“粘合单元”连接胶合面两种有限元模型是有效的。进一步分析胶粘剂材料属性对透镜模态频率的影响, 胶粘剂的杨氏模量对模态频率影响明显, 泊松比与密度影响较小, 对光机结构中胶粘剂的选用具有参考意义。
胶粘剂 光机结构 动力学 有限元分析 模态测试 adhesives opto-mechanical dynamics finite element analysis modal test
中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
采用ANSYS有限元方法分析了光学平台的自由模态, 并以有限元结果作为参考, 完成了实际工况下的模态实验, 识别了平台整体结构的模态参数, 得到了平台在垂向和横向的一阶频率, 频率值分别为126.77 Hz和361.427 Hz。根据分析, 该平台的刚度满足光学试验的要求。
光学平台 动力特性 模态仿真 模态测试 锤击法 optical platform dynamic characteristic modal simulation modal testing impacting method
中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
利用磁悬浮技术将工作台悬浮在导轨上,消除了摩擦和磨损,采用直线电机无接触驱动实现了工作台的精密定位.针对微电子行业IC芯片制造设备如光刻机的磁悬浮精密定位工作台进行了CAD结构设计,有限元电磁场分析,在采用有限元软件Ansys进行磁悬浮系统电磁场分析的基础上,将磁力计算结果调入CAE软件MSC PATRAN/NASTRAN中,磁力计算与结构力学综合分析计算,合理地评价了磁悬浮移动平台的性能.进行了磁悬浮工作台的模态测试,模态测试结果与有限元分析结果相符合,证明了文中的建模方法及分析计算结果是正确的.通过有限元分析与模态测试,找出了薄弱环节,对结构进行了改进.
磁悬浮 直线电机 光刻机 有限元法 电磁场分析 结构力学分析 模态分析 模态测试 CAD/CAE
