光學機械設計-合肥

光學機械設計-合肥第一頁，共18頁。Optomechanics的現(xiàn)實地位在國際上已有Opto-mechanics、Opto-electronics等專有名詞；每年國際上都會有冠以“Opto-mechanics”字樣的國際會議；國際上成立有專門的學術組織，定期研討；美國主要從事光學工程研究的大學都開設Opto-mechanics課程；各類人才招聘信息也常會出現(xiàn)需要Opto-mechanicsengineer；第二頁，共18頁。Optomechanics與OpticalEngineering

之間的關系

第三頁，共18頁。光機設計的基本原理光學設計工程師：通過各類光學元件的設計，達到預定的設計要求。光機工程師：通過保證各類光學元件的空間位置，實現(xiàn)儀器性能要求。第四頁，共18頁。光機設計基本原理(續(xù))光學機械總體設計的基本要點：工作環(huán)鏡結(jié)構(gòu)設計機構(gòu)運動學設計熱環(huán)境設計振動分析集成設計第五頁，共18頁。工作環(huán)境(參照美軍標810)環(huán)境NormalServerExtremeExampleofExtremeLowtemperature293K222K2.4KCryogenicsatellitetelescopeHightemperature300K344K423KWhitecellforcombustionstudiesLowpressure88Kpa57Kpa0SatellitetelescopeHighpressure108Kpa1Mpa138MpaSubmersiblewindowHumidity25-75%RH100%RH(Underwater)SubmersiblewindowAcceleration2g12g10×103gGun-launchedprojectileVibration200×106m/secRMS,f≥8Hz0.04g2/Hz20≤f≤100Hz0.13g2/Hz30≤f≤1500HzSatellitelaunchvehicle第六頁，共18頁。結(jié)構(gòu)設計結(jié)構(gòu)設計的目的：支承各類光元件（后有詳述）構(gòu)成儀器整體，功能布局等關鍵點：儀器的動態(tài)性表征：

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有多種變形，可在手冊中根據(jù)要求查尋，g為重力加速度，δ構(gòu)架自重變形量。第七頁，共18頁。結(jié)構(gòu)設計(續(xù))

在構(gòu)件設計中，為提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高設計的振動頻率是一方面，另一方面，增加系統(tǒng)的阻尼也是有效的手段之一。圖第八頁，共18頁。運動學設計

運動學的設計就是解決光學機械設計的運動件的約束。只有在無過約束或微過約束的情況下，才能保證最佳的定位精度及運動精度。

第九頁，共18頁?？篃嵩O計由于溫度的變化引起結(jié)構(gòu)的變化，從而引起光學系統(tǒng)的變化溫度的變化引起光學件的面形變化溫度的變化引起光軸的失調(diào)解決方案：光學系統(tǒng)的誤差分析溫控設計材料選用自動調(diào)整被動補償?shù)谑摚?8頁?？篃嵩O計(熱變形)第十一頁，共18頁。抗熱設計(熱變形)第十二頁，共18頁。熱補償

第十三頁，共18頁。振動控制

客觀上振動無處不在的，振動對精密光學儀器的使用非常有害的。在許多大科學工程中，振動控制是作為專門研究的專項。振動有二種：周期和隨機（PSD表征）。對一個儀器來說，還有在一定頻率響應：第十四頁，共18頁。振動第十五頁，共18頁。光學集成設計隨著各類大型分析軟件的誕生，各類設計手段也隨之提高，具體表現(xiàn)為：可視化、參數(shù)化。具體措施：各類軟件之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，最終達到綜合集成的設計要求。第十六頁，共18頁。傳統(tǒng)光機設計

光學設計提出變形控制要求給結(jié)構(gòu)設計，結(jié)構(gòu)設計又提出溫度范圍和溫度梯度限制給熱設計，結(jié)構(gòu)設計和熱設計都盲目的遵從光學設計的要求，以滿足系統(tǒng)的光學性能要求，這種設計方法不可避免地導致設計要求過高和性能的浪費，采用這種設計方法不可能完成高精度、高性能光機系統(tǒng)的設計。