基于光学自准直的旋转轴平行度测量与不确定度分析

在激光通信和光电跟瞄系统中已经开始采用基于旋转光栅或光楔的指向-捕获-跟踪(Pointing,acquisition and tracking,PAT)机构对光轴进行角度调整,该结构质量轻、体积小,非常有利于系统的轻小型化。由于结构中两个旋转轴的平行度误差会严重影响PAT机构性能,因此在机械装配时需严格保证两轴平行度。针对旋转轴系轴线不易测量,传统测试方法精度不足,轴系晃动误差影响测量结果等问题,为了满足两轴平行度高精度检测的需求,文中提出基于自准直原理的旋转轴平行度测试方法,利用自准直光学特性,结合特殊设计的半反半透基准镜,采用数据拟合方法剔除轴系晃动的影响,得到旋转轴轴线空间位置,创新地实现了无需调整测试和被测设备即可在同一基准下测量两个平行轴系轴线角度和平行度。该方法只需一台测试设备,排除了传统多台测试设备联合测量时,基准传导与变换中的测量和变换误差,提高了测试精度和测试效率。首先,设计了基于自准直仪的测试系统,采用一台自准直仪测试两个轴系轴线空间位置,从而得到旋转轴同轴误差;然后,对测试结果不确定度进行了研究,分析了测试准确性及其影响因素;最后,采用该测试方法和测试系统,对某双液晶光栅跟瞄PAT机构的两轴平行度进行了测量,系统的实际测试表明两轴平行度测试误差小于10%,该方法可以有效地测量两个同轴旋转轴系的平行度,并且具有较高的测量精度和可信度。

激光通信平背伺服摆镜支撑结构优化设计

为了保证平背伺服摆镜的镜面精度和支撑刚度,设计了一种周边柔性支撑的方案,通过对摆镜与镜座粘接处机械结构进行切口处理形成铰链结构,降低结构刚度,减小结构变形产生应力的影响。由于摆镜形状、粘接点位置、柔性支撑结构参数较多,并且相互耦合,首先采用正交实验法对摆镜主要参数进行分析与优化,确定摆镜形状尺寸参数和粘接点位置,随后优化设计摆镜柔性支撑结构。仿真分析和实验表明,采用该周边柔性支撑后,摆镜组件一阶频率为446.66 Hz,在±5℃温升(温降)和标准地球重力共同作用下,最大面形误差RMS为λ/42.87,能够满足动、静态刚度和热尺寸稳定性要求。随后使用ZYGO干涉仪在(23±5)℃温度范围内对加工装配后的摆镜面形进行检测,结果表明,摆镜面形PV值优于λ/5.1,RMS优于λ/43.28,满足RMS≤λ/40的指标要求。实验结果表明,柔性支撑参数设计可靠,满足使用要求。