大口径主镜位置姿态的测量方法及测量装置制造方法及图纸

大口径主镜位置姿态测量方法及测量装置，涉及应用于地基大口径主动光学领域，解决现有大口径望远镜主动光学系统中的主镜位置姿态测量方法中存在间接、复杂和冗余的问题，包括径向测量单元和轴向测量单元，径向测量单元沿主镜边缘120°均布，所述轴向测量单元120°均布安装于主镜背面边缘且与径向测量单元的位置对应。径向测量单元负责x、y和△R自由度的计算，轴向测量单元负责z、Rx和Ry自由度的解算，当望远镜的俯仰角度发生变化时，大口径主镜的自重会导致主镜的位置发生变化，本发明专利技术装置能够实时监测并解算出主镜的六个自由度。本发明专利技术方法原理清晰、稳定可靠、便于安装，很好的监测主镜位置姿态的变化，为主动光学的计算校正提供可靠数据。

【技术实现步骤摘要】
大口径主镜位置姿态的测量方法及测量装置
本专利技术涉及应用于地基大口径主动光学领域，具体涉及一大口径主反射镜位置姿态测量装置及测量方法。
技术介绍
高分辨力是当今世界各国侦察卫星和地基望远镜的一个发展趋势。望远镜的口径越大，它的集光能力和分辨率就越高，发展高分辨率大口径望远镜在对天观测、深空探测等领域的应用具有重要的科学和军事意义。因此，将来无论是地基还是空间望远镜，口径都将越来越大。但是，随着地基望远镜口径的增大，望远镜主镜的质量会特别的大，4m量级的主镜其重量能达到十吨左右，如此重的主镜在随着望远镜俯仰角度变化的过程中，其相对主镜室的位置肯定会发生变化，这种主光学元件的位置和姿态的变化对光学系统的成像质量是致命的。为了解决这一问题，主动光学应运而生。主动光学系统监测各个光学元件位置，或测量最后的波面误差；通过调整光学元件的位置和成像进行校正。主动控制的一个优点是能够纠正望远镜中对成像影响最大的低带宽的误差，尤其是重力作用对光学成像的影响。
技术实现思路
本专利技术为解决现有大口径望远镜主动光学系统中的主镜位置姿态测量方法中存在间接、复杂和冗余的问题，提供一种大口径主镜位置姿态测量装置及测量方法。大口径主镜位置姿态的测量方法，其特征是，该方法具体过程为：采用轴向测量单元测量主镜在Z轴方向的位移变化量，主镜绕X轴的旋转变化量以及主镜绕Y轴的旋转变化量；采用径向测量单元测量主镜光轴在X轴方向的位移变化量，Y轴方向的位移变化量以及主镜半径R的变化量；所述采用轴向测量单元测量的具体过程为：定义轴向三个测量点a、b、c所在圆的圆心在Z轴方向的位移变化量z，则：所述主镜绕X轴的旋转变化量Rx即为a点在主镜半径R方向上的倾斜量，则Rx为：所述主镜绕Y轴的旋转变化量Ry即为线bc绕Y轴的旋转量，则Ry为：设定轴向测量单元的初始读数a0、b0、c0为初始位置，则主镜在Z轴方向的位移变化量z、主镜绕X轴的旋转变化量Rx以及主镜绕Y轴的旋转变化量Ry的自由度的变化量分别为：采用径向测量单元测量的具体过程为：定义径向三个测量点d、e、f所在圆的圆心在X轴方向的位移变化量为x、在Y轴方向的位移变化量y、主镜半径R的变化量为△R，设定径向测量单元的初始读数d0、e0、f0为初始位置；则三个测量点d、e、f的在主镜坐标系中的坐标D(Dx，Dy)、E(Ex，Ey)、F(Fx，Fy)为：定义主镜偏移后圆心坐标为O’(α，β)；则偏移后的圆的方程为：(x-α)2+(y-β)2＝(R+ΔR)2式中，α，β分别为X轴和Y轴的偏移量；所述偏移后的圆一定过测量点d、e、f，则方程为：通过实时计算提取出圆方程的圆形坐标O(α，β)和主镜半径R的变化量，计算获得主镜在Z轴方向的位移变化量z，主镜绕X轴的旋转变化量Rx以及主镜绕Y轴的旋转变化量Ry，在X轴方向的位移变化量x，Y轴方向的位移变化量y以及主镜半径R的变化量△R六个自由度的变化量，实现对主镜位置姿态的测量。大口径主镜位置姿态的测量装置，该测量装置包括径向测量单元和轴向测量单元，所述径向测量单元沿主镜边缘120°均布，所述轴向测量单元120°均布安装于主镜背面边缘且与径向测量单元的位置对应；所述径向测量单元和所述轴向测量单元均包括LVDT位移传感器、LVDT位移传感器立柱以及LVDT位移传感器底座；所述径向测量单元还包括径向测量块和径向LVDT位移传感器夹头；轴向测量单元还包括轴向测量块和轴向LVDT位移传感器夹头；所述径向测量块与主镜粘接固定，LVDT位移传感器与径向LVDT位移传感器夹头通过压块固定，径向LVDT位移传感器夹头与LVDT位移传感器立柱之间使用凹槽限位进行高度微调并锁紧，LVDT位移传感器立柱与LVDT位移传感器底座之间通过螺钉紧固。所述轴向测量块与主镜之间粘接固定，LVDT位移传感器与轴向LVDT位移传感器夹头通过压块固定，轴向LVDT位移传感器夹头与LVDT位移传感器立柱之间使用凹槽限位可以进行高度微调并锁紧，LVDT位移传感器立柱与LVDT位移传感器底座之间通过螺钉紧固。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的装置应用于主动光学系统中主反射镜位置姿态监视的问题，利用6个LVDT位移传感器对主镜的6个自由度进行解算，并将该解算值反馈给主动控制系统，完成主动光学系统的实时校正能力。这种解算方法原理简单直接，没有引入多余的误差，测量精度高，可靠性强，与其他的位置姿态的测量解算方法相比具有明显的优势，能够为主动光学系统正常工作提供有效可靠的数据。附图说明图1为本专利技术所述的大口径主镜位置姿态测量装置的整体结构示意图；图2为本专利技术所述的大口径主镜位置姿态测量装置中轴向测量单元示意图；图3为本专利技术所述的大口径主镜位置姿态测量装置中径向测量单元的结构示意图；图4为本专利技术所述的大口径主镜位置姿态测量方法中轴向测量解算原理图；图5为本专利技术所述的大口径主镜位置姿态测量方法中径向测量解算原理图。图中：1、主镜，2、径向测量单元，3、轴向测量单元，4、轴向测量块，5、LVDT位移传感器，6、轴向LVDT位移传感器夹头，7、LVDT位移传感器立柱，8、LVDT位移传感器底座，9、径向测量块，10、径向LVDT位移传感器夹头。具体实施方式具体实施方式一、结合图4和图5说明本实施方式，大口径主镜位置姿态测量方法，该方法具体为：采用三组轴向测量单元3和三组径向测量单元2，分别布置在主镜的背面和侧面，负责主镜不同自由度的测量解算。其中三组轴向测量单元3完成主镜三个自由度z、Rx、Ry的测量与解算，z为主镜在Z轴方向的位移变化量，Rx为主镜绕X轴的旋转变化量，Ry为主镜绕Y轴的旋转变化量；原理如图4所示。定义轴向三个测量点a、b、c所在圆的圆心在Z轴方向的变化量为z，则：所述主镜绕X轴的旋转变化量Rx即a点在主镜半径R方向上的倾斜量，则Rx为：所述主镜绕Y轴的旋转变化量Ry即线bc绕Y轴的旋转度，则Ry为：由于三组轴向测量单元3采用绝对式传感器，所以以位移传感器的初始读数a0、b0、c0为初始位置，则主镜在z、Rx、Ry自由度的变化量为：采用三组径向测量单元2完成主镜三个自由度x、y、△R的测量与解算，x为主镜光轴在X轴方向的位移变化量，y为主镜在Y轴方向的位移变化量，△R为主镜半径R的变化量；原理如图5所示。定义径向三个测量点d、e、f所在圆的圆心在X轴方向的位移变化量为x、在Y轴方向的位移变化量为y、主镜半径R的变化量为△R，则三个测量点d、e、f的在主镜坐标系中的坐标D(Dx，Dy)、E(Ex，Ey)、F(Fx，Fy)为：定义主镜偏移后圆心坐标为O’(α，β)；则偏移后的圆的方程为：(x-α)2+(y-β)2＝(R+ΔR)2式中，α，β分别为X轴和Y轴的偏移量；所述偏移后的圆一定过测量点d、e、f，则方程为：通过控制系统实时计算提取出圆方程的圆形坐标O(α，β)和半径R变化量。具体实施方式二、结合图1至图3说明本实施方式，大口径主镜位置姿态测量装置，主要用于主动光学系统中，能够实时的监测主镜的位置姿态变化，为主动光学执行单元的实时校正提供有效数据。该测量装置包括沿主镜1侧面120°均布的三组径向测量单元2和在主镜背面的三组轴向测量单元3，六个测量单元组合测量解算主镜1在不同俯仰角时位置姿态变化，并提供给主本文档来自技高网...

【技术保护点】
大口径主镜位置姿态的测量方法，其特征是，该方法具体过程为：采用轴向测量单元(3)测量主镜在Z轴方向的位移变化量，主镜绕X轴的旋转变化量以及主镜绕Y轴的旋转变化量；采用径向测量单元(2)测量主镜光轴在X轴方向的位移变化量，Y轴方向的位移变化量以及主镜半径R的变化量；所述采用轴向测量单元(3)测量的具体过程为：定义轴向三个测量点a、b、c所在圆的圆心在Z轴方向的位移变化量z，则：

【技术特征摘要】
1.大口径主镜位置姿态的测量方法，其特征是，该方法具体过程为：采用轴向测量单元(3)测量主镜在Z轴方向的位移变化量，主镜绕X轴的旋转变化量以及主镜绕Y轴的旋转变化量；采用径向测量单元(2)测量主镜光轴在X轴方向的位移变化量，Y轴方向的位移变化量以及主镜半径R的变化量；所述采用轴向测量单元(3)测量的具体过程为：定义轴向三个测量点a、b、c所在圆的圆心在Z轴方向的位移变化量z，则：所述主镜绕X轴的旋转变化量Rx即为a点在主镜半径R方向上的倾斜量，则Rx为：所述主镜绕Y轴的旋转变化量Ry即为线bc绕Y轴的旋转量，则Ry为：设定轴向测量单元(3)的初始读数a0、b0、c0为初始位置，则主镜在Z轴方向的位移变化量z、主镜绕X轴的旋转变化量Rx以及主镜绕Y轴的旋转变化量Ry的自由度的变化量分别为：采用径向测量单元(2)测量的具体过程为：定义径向三个测量点d、e、f所在圆的圆心在X轴方向的位移变化量为x、在Y轴方向的位移变化量y、主镜半径R的变化量为△R，设定径向测量单元(2)的初始读数d0、e0、f0为初始位置；则三个测量点d、e、f的在主镜坐标系中的坐标D(Dx，Dy)、E(Ex，Ey)、F(Fx，Fy)为：定义主镜偏移后圆心坐标为O’(α，β)；则偏移后的圆的方程为：(x-α)2+(y-β)2＝(R+ΔR)2式中，α，β分别为X轴和Y轴的偏移量；所述偏移后的圆一定过测量点d、e、f，则方程为：通过实时计算提取出圆方程的圆形坐标O(α，β)和主镜半径R的变化量，计算获得主镜在Z轴方向的位移变化量z，主镜绕X轴的旋转变化量Rx以及主镜绕Y轴的旋转变化量Ry，在X轴方向的位移变化量x，Y轴方向的位移变化量y以及主镜半径R的变化量△R六个自由度的变化量，实现对主镜位置姿态的测量。2.根据权利要求1所述的大口径主镜位置姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌华，陈宝刚，程雪，王建立，赵金宇，张岩，
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：吉林,22