一种新型副镜调整机构的位姿误差分析与测试研究-中国科学院.PDF

第卷第期 天 文 学 报 年月 一种新型副镜调整机构的位姿误差分析 与测试研究∗ 叶 宇1,2,3† 乐中宇1,2,3 顾伯忠1,2 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所南京 中国科学院南京天文光学技术研究所天文光学技术重点实验室南京 中国科学院大学北京 摘要 为了满足望远镜副镜结构定位精度的要求 提出了一种固定杆长杆端轴向平移运 动模式的六杆机构 根据六杆机构的结构和运动模式 对影响末端位姿的各项误差进行了 分析 重点讨论了滑块运动误差对六杆机构运行精度的影响 最后通过搭建多自由度位姿 检测平台对六杆机构进行了测试 测试结果显示 该副镜六杆机构在整个运动行程范围内 平移轴测试精度好于 旋转轴测试精度好于′′ 两维旋转轴最大重复定位精度好 于′′ 引起维平移轴最大变化量 维平移轴最大重复定位精度好于 引 起两维旋转轴最大变化量 ′′ 分析和实验结果表明 导轨直线度引起的滑块运动误差 是影响精度的主要因素 该六杆机构可以满足实际望远镜观测需要 可为我国建造大口径 光学红外望远镜提供可靠的技术支持 关键词 精密仪器 望远镜 副镜 方法 数据分析 中图分类号 文献标识码 引言 在大口径光学红外望远镜中, 主副镜之间的相对位姿对望远镜的成像质量起着至关 重要的影响. 随着望远镜新技术的发展, 望远镜结构尺寸越来越大, 提高结构刚度已难以 满足镜面位置定位精度的要求. 由于主镜尺寸结构庞大, 调整主镜的相对位置较为困难, 所以研究副镜调整机构对改善望远镜的成像质量有着特别重要的意义. 近几年国内外建成的天文望远镜上大都使用六杆机构作为副镜调整机构, 例 如, 10.4 m GTC[1] (Gran Telescopio Canarias)、8 m VLT[2] (Very Large Telescope)、4 m VISTA[3] (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy)以及国内上海的65 m射 电望远镜, 成都光机所的1.8 m望远镜, 中国SONG计划项目望远镜以及西安光机所和长 春光机所都设计了各自的副镜调整机构. 长期以来, 研究人员一直致力于提高望远镜副 [4] 镜调整机构的定位精度, Schipani研究了6-6 Stewart平台的运动学像差控制 , 徐刚等人 收到原稿 收到修改稿 ∗ 国家自然科学基金项目和中国科学院天文财政专项资助 † 卷 天 文 学 报 期 [5] 提出了基于Gough-Stewart平台的副镜位姿精调机构的运动精度准则和刚度准则 , 韩 [6] 春杨等人设计了一种用于大型光学载荷副镜在轨位姿精密调整的Hexapod型平台 . 这 些文献大多通过优化结构参数, 减小上下铰链间隙误差等方法来提高位姿精度, 都是从 设计分析平台结构的角度来考虑, 而很少有通过实际测试来分析影响平台精度的因素. 国内外研究的用于副镜调整的机构大都采用传统的Stewart结构, 这种结构及驱动 特点会造成其径向