光学机械设计OPTOMECHANICALDESIGN主讲：朱健强中.ppt

光学机械设计OPTOMECHANICAL DESIGN主讲：朱健强中国科学院 上海光学精密机械研究所二零零四年五月 目录 Optomechanics的研究价值及地位 光机设计的基本原理 光学元件的安装设计及工艺 光机设计中的调整机构 系统分析 热分析 先进设计方法 附录 Optomechanics的现实地位 在国际上已有Opto-mechanics、 Opto-electronics等专有名词； 每年国际上都会有冠以“Opto-mechanics”字样的国际会议； 国际上成立有专门的学术组织，定期研讨； 美国主要从事光学工程研究的大学都开设Opto-mechanics课程； 各类人才招聘信息也常会出现需要Opto-mechanics engineer； Optomechanics与Optical Engineering 之间的关系 光机设计的基本原理 光学设计工程师：通过各类光学元件的设计，达到预定的设计要求。 光机工程师：通过保证各类光学元件的空间位置，实现仪器性能要求。 光机设计基本原理(续) 光学机械总体设计的基本要点： 工作环镜 结构设计 机构运动学设计 热环境设计 振动分析 集成设计 工作环境(参照美军标810) 结构设计 结构设计的目的： 支承各类光元件（后有详述） 构成仪器整体，功能布局等 关键点：仪器的动态性表征： f n 有多种变形，可在手册中根据要求查寻， g为重力加速度，δ构架自重变形量。 结构设计(续) 在构件设计中，为提高结构的稳定性，提高设计的振动频率是一方面，另一方面，增加系统的阻尼也是有效的手段之一。 图 运动学设计 运动学的设计就是解决光学机械设计的运动件的约束。只有在无过约束或微过约束的情况下，才能保证最佳的定位精度及运动精度。 抗热设计 由于温度的变化引起结构的变化，从而引起光学系统的变化 温度的变化引起光学件的面形变化 温度的变化引起光轴的失调 解决方案： 光学系统的误差分析 温控设计 材料选用 自动调整 被动补偿 抗热设计(热变形) 抗热设计(热变形) 热补偿 振动控制 客观上振动无处不在的，振动对精密光学仪器的使用非常有害的。在许多大科学工程中，振动控制是作为专门研究的专项。 振动有二种：周期和随机（PSD表征）。 对一个仪器来说，还有在一定频率响应： 振动 光学集成设计 随着各类大型分析软件的诞生，各类设计手段也随之提高，具体表现为：可视化、参数化。 具体措施：各类软件之间实现数据交换，最终达到综合集成的设计要求。 传统光机设计 光学设计提出变形控制要求给结构设计，结构设计又提出温度范围和温度梯度限制给热设计，结构设计和热设计都盲目的遵从光学设计的要求，以满足系统的光学性能要求，这种设计方法不可避免地导致设计要求过高和性能的浪费，采用这种设计方法不可能完成高精度、高性能光机系统的设计。 运用各学科的分析软件解决相应问题，并在各种软件间进行自动的数据传送，使一个学科分析处理的数据与结果成为另一个分析过程源数据 。 集成设计分析方法 * Satellite launch vehicle 0.13g2/Hz 30≤f≤1500Hz 0.04g2/Hz 20≤f≤100Hz 200×106m/sec RMS,f≥8Hz Vibration Gun-launched projectile 10×103g 12g 2g Acceleration Submersible window (Under water) 100%RH 25-75%RH Humidity Submersible window 138Mpa 1Mpa 108Kpa High pressure Satellite telescope 0 57Kpa 88Kpa Low pressure White cell for combustion studies 423K 344K 300K High temperature Cryogenic satellite telescope 2.4K 222K 293K Low temperature Example of Extreme Extreme Server Normal 　环境 * * *