大口径反射镜的面形精度分析方法技术

本发明专利技术涉及空间光学遥感器技术领域，具体提供一种大口径反射镜的面形精度分析方法及分析装置，方法包括步骤：

【技术实现步骤摘要】
大口径反射镜的面形精度分析方法


[0001]本专利技术涉及空间光学遥感器
，具体提供一种大口径反射镜的面形精度分析方法
、
装置
、
设备及计算机可读介质
。

技术介绍

[0002]随着空间遥感观测需求的增加，对空间遥感相机也提出了更高的要求，空间光学遥感器要具有较高的分辨率
、
较大的视场，因此，大口径
、
长焦距是空间光学遥感器的一个重要发展方向
。
反射镜作为空间光学遥感器中最为关键的零部件，其在各工况下的面形误差有着极为严格的要求
。
因此，对反射镜进行面形精度分析是十分必要的
。
[0003]大口径反射镜的直径普遍在
2m
量级以上，现有技术条件最大口径可达
4m。
相较于中小口径反射镜而言，大口径反射镜的结构更为复杂，几何尺寸更大，涉及的结构设计参数众多，导致其设计过程仿真分析计算量巨大；单次面形精度分析时间较长，不易实现快速优化设计迭代
。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决大口径反射镜仿真分析计算量巨大，单次面形精度分析时间较长的缺点，提供一种全新技术路径的，用于大口径反射镜基于子结构分析的面形精度分析方法，利用大口径反射镜本体结构的对称性，提取其对称子结构，通过对其子结构的有限元分析大幅度减少其分析计算量，缩短面形精度分析时间，提高大口径反射镜的优化设计效率
。
[0005]本专利技术提供一种大口径反射镜的面形精度分析方法，所述面形精度分析方法包括步骤：
[0006]S1、
提取所述大口径反射镜的子结构；
[0007]S2、
对所述子结构的对称边界施加对称约束
、
外部载荷及约束条件，开展有限元分析，建立有限元模型；
[0008]S3、
将所述限元模型中的所有节点坐标代入到所述大口径反射镜的镜面的曲面方程中；
[0009]若所述曲面方程成立，则节点位于所述子结构的镜面上，记录节点坐标
(x
i
,y
i
,z
i
)
和对应的节点位移
(dx
i
,dy
i
,dz
i
)
；
[0010]若所述曲面方程不成立，则节点不位于所述子结构的镜面上，不记录节点坐标与节点位移；
[0011]S4、
根据记录的节点坐标
(x
i
,y
i
,z
i
)
和节点位移
(dx
i
,dy
i
,dz
i
)
，拟合镜面刚体位移
(T
x
,T
y
,T
z
,R
x
,R
y
,R
z
)
，求解所述子结构的镜面上的节点位移的均方根值，从而表征所述大口径反射镜的子结构的面形精度
。
[0012]优选的，所述提取所述大口径反射镜的子结构包括，分析所述大口径反射镜的本体结构
、
支撑结构以及工况，根据所述大口径反射镜的几何形状
、
约束状态以及外部载荷的对称性，提取所述子结构
。
[0013]优选的，所述曲面方程为：
[0014][0015]其中，
x、y、z
分别为所述大口径反射镜的镜面的节点坐标，
c
为所述大口径反射镜的镜面的曲率
。
[0016]优选的，所述拟合镜面刚体位移
(T
x
,T
y
,T
z
,R
x
,R
y
,R
z
)
的方法为：
[0017][0018]其中，
x
i
,y
i
,z
i
分别为编号
i
的节点在
x
轴方向，
y
轴方向，
z
轴方向的坐标值；
d
xi
,d
yi,
,d
zi
分别为编号
i
的节点在
x
方向
、y
方向和
z
方向的节点位移；
dx
i
’
,dy
i
’
,dz
i
’
分别为镜面刚体位移所造成的编号
i
的节点在
x
方向
、y
方向和
z
方向的节点位移；
T
x
,T
y
,T
z
分别为所述镜面在全局坐标系下
x
轴，
y
轴，
z
轴三个方向上的刚体平动位移；
R
x
,R
y
,R
z
分别为所述镜面在全局坐标系下
x
轴，
y
轴，
z
轴三个方向上的刚体转动位移
。
[0019]优选的，所述自解耦股的镜面的节点位移与所述节点的刚体位移的差值的平方和
E
为：
[0020][0021]优选的，所述镜面刚体位移的方程为：
[0022][0023]拟合得到所述镜面刚体位移
(T
x
,T
y
,T
z
,R
x
,R
y
,R
z
)
；
[0024]优选的，所述镜面上的节点位移的均方根值
RMS
为：
[0025][0026]本专利技术还提供一种大口径反射镜的面形精度分析装置，包括：
[0027]子结构提取模块，用于分析所述大口径反射镜的本体结构
、
支撑结构以及工况，根据所述大口径反射镜的几何形状
、
约束状态以及外部载荷的对称性，提取所述子结构；
[0028]有限元模块，用于对所述子结构的对称边界施加对称约束
、
外部载荷及约束条件，开展有限元分析，建立有限元模型；
[0029]节点判断模块，用于将所述限元模型中的所有节点坐标代入到所述大口径反射镜的镜面的曲面方程中，判断节点是否位于所述子结构的镜面上；
[0030]记录模块，用于当节点位于所述子结构的镜面上时，记录节点坐标
(x
i
,y
i
,z
i
)
和对
应的节点位移
(dx
i
,d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种大口径反射镜的面形精度分析方法，其特征在于，所述面形精度分析方法包括步骤：
S1、
提取所述大口径反射镜的子结构；
S2、
对所述子结构的对称边界施加对称约束
、
外部载荷及约束条件，开展有限元分析，建立有限元模型；
S3、
将所述限元模型中的所有节点坐标代入到所述大口径反射镜的镜面的曲面方程中；若所述曲面方程成立，则节点位于所述子结构的镜面上，记录节点坐标
(x
i
,y
i
,z
i
)
和对应的节点位移
(dx
i
,dy
i
,dz
i
)
；若所述曲面方程不成立，则节点不位于所述子结构的镜面上，不记录节点坐标与节点位移；
S4、
根据记录的节点坐标
(x
i
,y
i
,z
i
)
和节点位移
(dx
i
,dy
i
,dz
i
)
，拟合镜面刚体位移
(T
x
,T
y
,T
z
,R
x
,R
y
,R
z
)
，求解所述子结构的镜面上的节点位移的均方根值，从而表征所述大口径反射镜的子结构的面形精度
。2.
如权利要求1所述的大口径反射镜的面形精度分析方法，其特征在于，所述提取所述大口径反射镜的子结构包括，分析所述大口径反射镜的本体结构
、
支撑结构以及工况，根据所述大口径反射镜的几何形状
、
约束状态以及外部载荷的对称性，提取所述子结构
。3.
如权利要求1所述的大口径反射镜的面形精度分析方法，其特征在于，所述曲面方程为：其中，
x、y、z
分别为所述大口径反射镜的镜面的节点坐标，
c
为所述大口径反射镜的镜面的曲率
。4.
如权利要求1所述的大口径反射镜的面形精度分析方法，其特征在于，所述拟合镜面刚体位移
(T
x
,T
y
,T
z
,R
x
,R
y
,R
z
)
的方法为：其中，
x
i
,y
i
,z
i
分别为编号
i
的节点在
x
轴方向，
y
轴方向，
z
轴方向的坐标值；
d
xi
,d
yi,
,d
zi
分别为编号
i
的节点在
x
方向
、y
方向和
z
方向的节点位移；
dx
i
’
,dy
i
’
,dz
i
’
分别为镜面刚体位移所造成的编号
i
的节点在
x
方向
、y
方向和

【专利技术属性】
技术研发人员：杜一民，高雁，许博谦，王帅会，张春悦，匡也，姜凤义，白晓泉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：