【摘要】：大口徑衍射光柵是一種精密的光學(xué)元件,廣泛應(yīng)用在國防、天文等重點(diǎn)領(lǐng)域。隨著衍射光柵尺寸的增加,制造難度提高、生產(chǎn)周期增長、成本急劇上升,而小口徑光柵具有容易制造、成本低、易獲得較高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。在工程實(shí)際中,常采用機(jī)械式拼接機(jī)構(gòu),將小尺寸光柵拼接成大尺寸光柵進(jìn)行應(yīng)用。在激光打靶工程中,要求光柵長時間保持在同一位置。因此,光柵拼接機(jī)構(gòu)的位置保持性成為了評價裝置性能的關(guān)鍵指標(biāo),直接影響到靶場光路的穩(wěn)定性,影響打靶精度。本文對哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)的,機(jī)械式光柵拼接柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合研究,旨在提高光柵拼接機(jī)構(gòu)的位置保持性,使得機(jī)構(gòu)能在工程應(yīng)用中保持長時間穩(wěn)定。本文根據(jù)光柵拼接大行程、大負(fù)載、高精度和高位置保持性的要求,設(shè)計機(jī)構(gòu)形式為5TSP-PPS的柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu),建立機(jī)構(gòu)的有限元模型。光柵拼接柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)是力與位移高度耦合的復(fù)雜系統(tǒng),基于有限元仿真軟件對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和運(yùn)動耦合性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和運(yùn)動耦合性符合設(shè)計要求。結(jié)合實(shí)驗(yàn)與工程實(shí)際應(yīng)用,從振動穩(wěn)定性和長時間位置漂移,兩個方面分析光柵拼接裝置的位置保持性。首先進(jìn)行模態(tài)分析和隨機(jī)振動分析,研究機(jī)構(gòu)的振動穩(wěn)定性;然后分析光柵拼接裝置長時間位置漂移的原因,提出機(jī)構(gòu)位置保持性閉環(huán)控制。運(yùn)動學(xué)分析是研究位置保持性控制的基礎(chǔ),通過空間齊次坐標(biāo)變換和矢量運(yùn)算,求出機(jī)構(gòu)位置逆解,建立運(yùn)動控制模型。應(yīng)用高精度位置反饋元件感知光柵位姿改變,建立光柵位姿變化與反饋元件測量數(shù)據(jù)變化之間的位姿監(jiān)控模型。最后建立整個機(jī)構(gòu)的位置保持性閉環(huán)控制,開發(fā)控制系統(tǒng)和軟件。為驗(yàn)證機(jī)構(gòu)位置保持性控制的有效性,在光柵拼接柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)樣機(jī)基礎(chǔ)上,安裝高精度位移傳感器,搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度、位置保持性等性能進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光柵拼接機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和位置保持性能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH74
【圖文】：

如圖1-6所示，動光柵利用精密螺紋調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整位姿[21]。2015年重慶大學(xué)研制了桁架式拼接裝置如圖1-7所示[22]，底部用鋼球承載光柵的大部分重量，利用三個壓電陶瓷驅(qū)動器動態(tài)調(diào)整動光柵的位姿，用三個電容傳感器測量動光柵與支撐之間的距離，解算動光柵的位姿。

圖1-6 2×2精密陣列光柵拼接裝置 圖 1-7桁架式拼接裝置2007年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的光柵拼接裝置[23]如圖1-8所示，將兩塊尺寸為300mm×400mm的光柵拼。驅(qū)動分為宏動和微動[24]，宏動由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動高精密滾軸絲杠，微動利用壓電陶瓷促動器驅(qū)動平行四邊形柔性鉸鏈，可調(diào)節(jié)動光柵相對于靜光柵五個自由度的位姿，現(xiàn)已交付上海光機(jī)所進(jìn)行科學(xué)研究。2011年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用同樣的宏微結(jié)合調(diào)整機(jī)構(gòu)，研制了將三塊光柵拼接的裝置[25]，如圖1-9所示。兩塊小光柵尺寸為430mm×350mm在兩側(cè)，中間的小光柵尺寸為360mm×350mm，能夠?qū)崿F(xiàn)1120mm×350mm的大光柵功能[26]。

圖1-13拼接裝置位置保持性檢測結(jié)果楊雨川等[32]提出了基于CCD相機(jī)的遠(yuǎn)圖進(jìn)行諧波分析，通過激光焦斑在CCD此重新得到每個光柵的相位信息。接著角和位移，用微分值作為反饋量傳遞給長時間穩(wěn)定，控制平臺[33]示意圖及檢測圖1-14控制平臺及位置保持性控制結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2778838