[發(fā)明專(zhuān)利]望遠(yuǎn)鏡主鏡子鏡模型的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711433221.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108287942B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳良洲;宋永鋒;宋暢;金磊;陳有林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G02B23/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明公開(kāi)了一種望遠(yuǎn)鏡主鏡子鏡模型的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：(1)簡(jiǎn)化子鏡模型；(2)確定Whiffletree支撐點(diǎn)數(shù)量并對(duì)各支撐點(diǎn)的位置進(jìn)行參數(shù)化表示；(3)建立子鏡及支撐點(diǎn)的參數(shù)化模型，并賦初值，施加約束和載荷進(jìn)行首次靜力學(xué)分析，得出該子鏡上表面所有節(jié)點(diǎn)位移；(4)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移的均方根值RMS；(5)以支撐點(diǎn)的位置參數(shù)作為優(yōu)化變量、以最小的RMS作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的Whiffletree支撐點(diǎn)位置。本發(fā)明通過(guò)對(duì)優(yōu)化方法整體流程步驟、各個(gè)關(guān)鍵步驟所使用的參量等進(jìn)行改進(jìn)，能夠獲得合理的支撐點(diǎn)的位置參數(shù)，得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的子鏡上表面面型精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天文、機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，更具體地，涉及一種望遠(yuǎn)鏡主鏡子鏡模型的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代天文技術(shù)的發(fā)展，對(duì)望遠(yuǎn)鏡的成像的能力要求越來(lái)越高，其口徑也越來(lái)越大。從望遠(yuǎn)鏡主鏡的建造、磨制、運(yùn)輸和成本來(lái)看，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的直徑超過(guò)8m時(shí)，無(wú)論從上述哪個(gè)方面來(lái)說(shuō)都是非常困難。而當(dāng)采用拼接鏡技術(shù)，主鏡是由眾多子鏡組成，只要子鏡的剛度足夠，主鏡的重量及厚度會(huì)大幅度減小，大尺寸的磨鏡機(jī)、鍍膜機(jī)也不需要，并且為應(yīng)用高反射膜和復(fù)制技術(shù)創(chuàng)造了條件。這使得特大口徑的望遠(yuǎn)鏡建造變?yōu)榭赡埽蛊涑蔀楝F(xiàn)代大型望遠(yuǎn)鏡普遍采用的一個(gè)方式。

在大口徑望遠(yuǎn)鏡技術(shù)中，主鏡支撐技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)之一。由于采用了拼接鏡技術(shù)，對(duì)于之前的對(duì)于單個(gè)主鏡的支撐就轉(zhuǎn)化為了現(xiàn)在的對(duì)于多個(gè)子鏡的支撐。子鏡支撐分為軸向支撐和側(cè)向支撐。子鏡軸向支撐大都采用Whiffletree的支撐方式。由于鏡子自身的重力，對(duì)于軸向支撐點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)會(huì)直接影響子鏡的上表面的面形精度，因此對(duì)于軸向支撐點(diǎn)的布置會(huì)很大影響最終的成像質(zhì)量。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)質(zhì)心的位置大致確實(shí)支撐點(diǎn)的位置，然后采用插值的方法逐一驗(yàn)證，直到達(dá)到理想的面形精度要求，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很可能所得到的是局部最小值而不是最優(yōu)值。而采用基于ISIGHT軟件的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的子鏡Whiffletree支撐點(diǎn)的優(yōu)化分析方法可以在整個(gè)設(shè)計(jì)空間上搜索最優(yōu)值，從而得到大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡的理想面形精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種望遠(yuǎn)鏡主鏡子鏡模型的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其中通過(guò)對(duì)優(yōu)化方法整體流程步驟、各個(gè)關(guān)鍵步驟(如模型簡(jiǎn)化步驟、靜力學(xué)分析步驟及優(yōu)化步驟等)所使用的參量等進(jìn)行改進(jìn)，能夠獲得合理的支撐點(diǎn)的位置參數(shù)，得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的子鏡上表面面型精度；并且，本發(fā)明優(yōu)選基于ISIGHT軟件進(jìn)行優(yōu)化，可以在整個(gè)設(shè)計(jì)空間上搜索最優(yōu)值，從而獲得優(yōu)良的大口徑望遠(yuǎn)鏡主鏡理想面形精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種望遠(yuǎn)鏡主鏡子鏡模型的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對(duì)子鏡其上下表面進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到能夠與該子鏡的上表面和下表面相對(duì)應(yīng)的平面簡(jiǎn)化模型；

(2)根據(jù)子鏡形狀及所使用材料的特性，得出該子鏡允許的最少支撐點(diǎn)數(shù)量；接著，結(jié)合Whiffletree結(jié)構(gòu)確定軸向支撐Whiffletree支撐點(diǎn)數(shù)量，并得出與該Whiffletree支撐點(diǎn)數(shù)量相對(duì)應(yīng)的Whiffletree支撐點(diǎn)位置的參數(shù)化表示；所述Whiffletree支撐點(diǎn)數(shù)量大于等于所述最少支撐點(diǎn)數(shù)量；

(3)根據(jù)所述步驟(1)得到的所述簡(jiǎn)化模型，以及所述步驟(2)得到的所述Whiffletree支撐點(diǎn)位置的參數(shù)化表示，建立子鏡及支撐點(diǎn)的參數(shù)化模型，然后對(duì)該參數(shù)化模型中各個(gè)所述Whiffletree支撐點(diǎn)的位置參數(shù)賦予滿(mǎn)足Whiffletree支撐點(diǎn)分布要求對(duì)應(yīng)的參數(shù)范圍內(nèi)的隨機(jī)初值，接著對(duì)該參數(shù)化模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分和細(xì)化，并施加約束和子鏡的載荷，進(jìn)行首次靜力學(xué)分析，得出該子鏡上表面所有節(jié)點(diǎn)位移、以及節(jié)點(diǎn)位移最大值；

(4)根據(jù)所述步驟(3)得到的所述子鏡上表面所有節(jié)點(diǎn)位移，計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)位移的均方根值RMS；