光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)

1、1光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)OPTOMECHANICAL DESIGN主講：朱健強(qiáng)主講：朱健強(qiáng)中國(guó)科學(xué)院中國(guó)科學(xué)院 上海光學(xué)精密機(jī)械研究所上海光學(xué)精密機(jī)械研究所二零零四年五月二零零四年五月目錄目錄 Optomechanics的研究?jī)r(jià)值及地位的研究?jī)r(jià)值及地位 光機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理光機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理 光學(xué)元件的安裝設(shè)計(jì)及工藝光學(xué)元件的安裝設(shè)計(jì)及工藝 光機(jī)設(shè)計(jì)中的調(diào)整機(jī)構(gòu)光機(jī)設(shè)計(jì)中的調(diào)整機(jī)構(gòu) 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析 熱分析熱分析 先進(jìn)設(shè)計(jì)方法先進(jìn)設(shè)計(jì)方法 附錄附錄Optomechanics的現(xiàn)實(shí)地位 在國(guó)際上已有Opto-mechanics、 Opto-electronics等專有名詞； 每年國(guó)際上都會(huì)有冠以

2、“Opto-mechanics”字樣的國(guó)際會(huì)議； 國(guó)際上成立有專門(mén)的學(xué)術(shù)組織，定期研討； 美國(guó)主要從事光學(xué)工程研究的大學(xué)都開(kāi)設(shè)Opto-mechanics課程； 各類人才招聘信息也常會(huì)出現(xiàn)需要Opto-mechanics engineer；Optomechanics與Optical Engineering 之間的關(guān)系光機(jī)設(shè)計(jì)的基本原理 光學(xué)設(shè)計(jì)工程師：通過(guò)各類光學(xué)元件的設(shè)計(jì)，達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。 光機(jī)工程師：通過(guò)保證各類光學(xué)元件的空間位置，實(shí)現(xiàn)儀器性能要求。光機(jī)設(shè)計(jì)基本原理(續(xù))光學(xué)機(jī)械總體設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)： 工作環(huán)鏡 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì) 熱環(huán)境設(shè)計(jì) 振動(dòng)分析 集成設(shè)計(jì)工作環(huán)境(參照美軍標(biāo)

3、810)環(huán)境NormalServerExtremeExample of ExtremeLow temperature293K222K2.4KCryogenic satellite telescope High temperature300K344K423KWhite cell for combustion studiesLow pressure88Kpa57Kpa0Satellite telescopeHigh pressure108Kpa1Mpa138MpaSubmersible windowHumidity25-75%RH100%RH(Under water)Submersible win

4、dowAcceleration2g12g10103gGun-launched projectileVibration200106m/secRMS,f8Hz0.04g2/Hz20f100Hz0.13g2/Hz30f1500HzSatellite launch vehicle結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guān)鍵點(diǎn)：儀器的動(dòng)態(tài)性表征： f n 有多種變形，可在手冊(cè)中根據(jù)要求查尋， g為重力加速度，構(gòu)架自重變形量。gfn21結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(續(xù)) 在構(gòu)件設(shè)計(jì)中，為提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高設(shè)計(jì)的振動(dòng)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。 圖運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)

5、計(jì) 運(yùn)動(dòng)學(xué)的設(shè)計(jì)就是解決光學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)件的約束。只有在無(wú)過(guò)約束或微過(guò)約束的情況下，才能保證最佳的定位精度及運(yùn)動(dòng)精度。 抗熱設(shè)計(jì) 由于溫度的變化引起結(jié)構(gòu)的變化，從而引起光學(xué)系統(tǒng)的變化 溫度的變化引起光學(xué)件的面形變化 溫度的變化引起光軸的失調(diào) 解決方案：u光學(xué)系統(tǒng)的誤差分析u溫控設(shè)計(jì)u材料選用u自動(dòng)調(diào)整u被動(dòng)補(bǔ)償抗熱設(shè)計(jì)(熱變形)抗熱設(shè)計(jì)(熱變形)熱補(bǔ)償振動(dòng)控制 客觀上振動(dòng)無(wú)處不在的，振動(dòng)對(duì)精密光學(xué)儀器的使用非常有害的。在許多大科學(xué)工程中，振動(dòng)控制是作為專門(mén)研究的專項(xiàng)。 振動(dòng)有二種：周期和隨機(jī)（PSD表征）。 對(duì)一個(gè)儀器來(lái)說(shuō)，還有在一定頻率響應(yīng)：mkf21振動(dòng)光學(xué)集成設(shè)計(jì) 隨著各類大型分析軟件的誕生，各類設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，最終達(dá)到綜合集成的設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)光機(jī)設(shè)計(jì)光學(xué)設(shè)計(jì)提出變形控制要求給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又提出溫度范圍和溫度梯度限制給熱設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)都盲目的遵從光學(xué)設(shè)計(jì)的要求，以滿足系統(tǒng)的光學(xué)性能要求，這種設(shè)計(jì)方法不可避免地導(dǎo)致設(shè)計(jì)要求過(guò)高和性能的浪費(fèi)，采用這種設(shè)計(jì)方法不可能完