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大型光学镜片的无应力夹持研究

2012-12-30 admin1
为了能以免急剧扩大某设备中的中小型折射镜由于荷载引起的发生形变对光学仪器设备精确的不良影响，软件有限的元策略对该折射镜的这两者精确定位支承策略的支承点地段确定仿真软件进行分析，为了达到在这两者支承策略下急剧扩大折射镜作业区发生形变的最合适的支承点地段。


1、前言

随着实际应用中的反射镜的不断大型化，其较大自重引起光学反射镜不同程度的变形，从而最终反映到光学系统的成像质量或光路引导精度上。为了减小镜片自重对光学系统精度的影响，提出了“无应力”夹持，由于既要夹持又要无应力是不可能的，确切地说“无应力”就是要获得一个合理的使镜片变形足够小的应力场，或者说是在镜片通光范围内(工作范围内)的应变均匀，或者衰减集中应力向镜片的传播。要实现“无应力比”夹持，就必须知道支承点位置对于大型镜片的变形的影响。因此大型反射镜的支承环节不得不作为一个非常重要的技术环节加以考虑。本文主要讨论使反射镜在何种支承点位置下镜面变形最小。


时至今日，人们已经对大型光学镜片的支承方式或理论作了大量的研究，并得出了大型光学镜片水平安装时支承点的规律，其支承点位于距镜片中心约为2/3倍边缘到中心的距离时，能获得镜片的最小变形量。但对于大型光学镜片与水平面成一定角度安装支承时的最佳支承点位置规律的研究甚少。为此，本文着重对与水平面成22. 5°和垂直安装的大型方形反射镜进行有限元仿真分析，确定此两种安装方式下底部两点支承和侧面两点悬挂支承时支承点的布置规律，如图1所示。图1a为底部两点支承方式，图1b为侧面两点悬挂支承方式，图1c为底部两点支承方式(上边缘线约束，方向如箭头所示)，图1d为侧面两点悬挂支承方式(下边缘线约束，方向如箭头所示)。

 

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2、构造有限元模型

受限责任元建模的建设是实施受限责任元探讨的第一点步，建模的质量好坏简单相互影响到计算出来毕竟的最准性，门头电子光学漫菲涅尔透镜的受限责任元建模建设过程中 为： 1)模式支撑点部位或许定。文章可根据长方型全平凸透镜(540mm*340mm*60mm)的这两种组装玩法，四大夹持玩法分开构建十分有限制的元模式，还底下支承玩法支承点分开取D /D1=16/17(约为底下边界处)，D /D1=4/5处， D /D1=2/3处， D /D1=1/2处， D /D1= 1/4处;正面夹持玩法支承点部位分开取为咨询核心局支承(即D=0)，D /D1= 1/5处，D /D1=2/3处，D /D1=7/9处，D /D1=25/27处，共10点采取讲解比。底下边界到长方型镜底下咨询核心局线距里D1=170mm，正面边界到正面的咨询核心局线距里D1=270mm，由前边相应各点部位数量算出支承点的实际的部位并分开构建十分有限制的元模式。  

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  2)选用有限责任元第一单园式。总之漫平面反射镜电学三维模型不兼有较比较复杂的图形形状图片，但在现实情况项目工程空间结构中热应力应变场或许是跟着坐标系而急骤改变规律的，常应力应变第一单园式体真的很难适用于急骤改变规律的热应力应变场，而选取高次位移涵数值不断可不可以能够得到高的算高精度，还能厉行节约算精力。所以树立需要满足此耍求的10分支两次四通体第一单园式，如图是2图甲中，相关的的形涵数值为：  

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  式中，Li为量坐标系; i=1，2，3，4。 所以说单元测试位移用形函数公式指出为式(2)：  

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  式中，r为第一标段式位移;u为第一标段式位移在X领域的份量; v为第一标段式位移在Y领域的份量;w为第一标段式位移在Z领域的份量;

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为网络节点位移; i=1，2，3，…，10。   3)眼激光眼镜建筑食材这些定。眼激光眼镜的建筑食材选为熔石英晶体石，注意为了该建筑食材存在不错的机制、工具安全耐腐蚀性和生物稳定性高安全耐腐蚀性，抗弯刚度比大，建筑食材比抗弯刚度比(E /ρ)高，黏度低，线膨涨常数较低，是机载光电技术整体、的空间光电技术整体可遇而不可求的不错光电技术建筑食材。用到类似这些建筑食材既可合理有效减少眼激光眼镜的克重，况且可大于处理工艺或广泛应用中雾面温度表转变引起的压扁，一并也可大于处理工艺或装配工中眼激光眼镜的支撑力压扁。熔石英晶体石的注意建筑食材特质性能参数如表1如图。  

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  4)网格细分、的边界线环境和力矩的添加图片。应运较大型不多公司英文责任元确定分析系统软件I2DEAS对镜体充分利用应用场景怎么样体的具体具体方法入驻与夹持具体具体方法相关的的的边界线环境和力矩，并应用自改变具体方法确定网格细分，将镜体离散为不多公司英文责任的象限和端点，末尾提取的不多公司英文责任元绘图各要有27245个象限，43220个端点。加入的不多公司英文责任元物理防御绘图长为3已知。  

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3、有限元分析结果

經過一全系列计算出来后拥有管于多种施工原则在支承点所处多种地点时漫平面反射镜工作任务区的非常大变型和非常大刚度与世界上最大刚度差的差值即刚度差。刚度差越大，刚度饱满性就越差;否则越大。 光学镜片垂线和倾倒22.5°边侧直线支承方案的计算的公式报告见表2，侧边直线悬着挂支承方案的工作上区比较大变行和刚度应变差计算的公式报告见表3。那么两表的刚度应变标准为MPa，变行的标准为μm。  

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从表2、表3可以看出，无论是垂直安装，还是倾斜22.5°安装，底部支承时支承点布置在靠近边缘处即D /D1=16/17时有最大的变形量，22.5°安装和垂直安装时分别为0.299μm、0. 534μm，应力均匀性较差。随着D /D1的减小，反射镜的最大变形逐渐减小，应力的均匀性也有所提高，在D /D1=2/3时有最小的变形量0.269μm，应力均匀性较好。随着D /D1的进一步减小，反射镜变形又逐渐增大，应力均匀性也有所下降。垂直侧面支承时具有与底部支承时相同的规律，反射镜有较大的变形时的支承点位置同样靠近边缘处即D /D1=25/27和靠近中心线处即D=0，应力均匀性也较差，当支承点在D /D1=2/3时有最小的变形量，较好的应力均匀性。所以在上面列出的支承方式下，支承点的位置D应取为D≌2/3*D1。


4、结论

本文借助于有限元分析软件I2DEAS对大型反射镜在垂直和与水平面成22. 5°安装时单列支承点的最佳布置位置进行了研究，由分析计算结果得出了大型反射镜采用单列支承的支承点布置规律：将支承点布置在D≌2/3*D1处时，能获得镜面面形的最小变形，较好的应力均匀性。初步证明大型镜片无论是成何种角度安装，若采用此种支承方式，将支承点布置在D≈2/3×D1处时，可将镜面由于自重引起的变形对光学系统的影响最小化。

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