基于主动柔顺的光机模块装校力学研究.pdf

中文摘要 摘 要 在惯性约束聚变实验中，大量的光机模块需要被安装到激光装置指定的位置。 为了保证激光装置有较高的精度，这就对光机模块的安装精度提出了很高的要求。 其中，下装光机模块 （以下简称光机模块）是其中的一种重要的光机模块，且其 具有种类多、高度高、呈片状等特点。这些光机模块需要被安装到激光装置特有 的箱体 （洁净厢）中，箱体和光机模块的装校呈配合间隙小，内部黑暗、不易观 察等特点，恶劣的作业环境给光机模块的装校带来了很大的难度。本文将光机模 块的装校过程视为轴孔装配的过程，并基于轴孔装配的思路对模块的装校进行力 学分析。通过参考主动柔顺的轴孔配思想，本文引入了一种基于主动柔顺的光机 模块装校思路来完成光机模块的装校。 首先，本文对光机模块的种类、装校流程进行了分析，得出了装校机构的功 能需求，并设计了一种具有六自由度的光机模块装校机构，在装校机构的顶端布 置有一个六维力传感器用于光机模块主动柔顺装校。该装校机构由两层机构串联 组成，分别为水平调整平台和平面调整平台。其中，水平调整平台的结构形式为 3-PSP/PSS ，平面调整平台的结构形式为3-PPR 。接着本文对六自由度装校机构进 行了自由度计算和运动学逆解计算，保证了装校机构自由度的完整，同时为六自 由度装校机构的运动控制提供了理论依据。 其次，结合六维力传感器，对光机模块在装校的过程中可能出现的接触情况 进行装校力学分析，推导出光机模块发生接触时的位姿判断方式。在光机模块装 校过程中，光机模块与洁净厢接触的过程分为光机模块对接接触阶段（光机模块 与洁净厢倒角处接触阶段）、模块在洁净厢中的接触阶段。其中，对接接触阶段可 分为四种情况：单点接触、两点接触、多点接触、边接触；模块在洁净厢中接触 阶段为边接触，边接触可能会导致光机模块产生卡阻现象。 然后，结合六维力传感器，对光机模块在装校过程中出现的接触情况进行力 学分析，推导出不同接触情况下的光机模块位姿调节策略。通过对光机模块的不 同位姿进行受力分析，利用谢国芳欧拉角计算公式，计算出不同位姿下光机模块 的位姿变换欧拉角，得出相应位姿下的光机模块位姿调节策略。 最后，本文基于Adams 软件对光机模块装校过程的位姿判断和位姿调节进行 仿真，以及部分装校样机实验，有效验证了位姿判断公式和位姿调节公式的正确 性。为解决下装光机模块在恶劣的安装环境下的装校问题提供了有效参考。 关键词：六自由度机构；主动柔顺；力学分析；Adams 仿真 I 英文摘要 Abstract In the Inertial Confinement Fusion (ICF) experiment, a large number of optomechanical modules need to be mounted to the specified location of the laser device. In order to ensure a high precision of the laser device, this places high demands on the installation accuracy of the optomechanical module. Among them, the bottom mounted optical module (hereinafter referred to as the optical module) is one of the important optical modules, and it has many types, high height, and sheet shape. These optomechanical modules need to be installed in the special box (cleani