[发明专利]液压支撑主镜位置测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及主镜位置测量技术领域，具体涉及一种液压支撑主镜位置测量装置和测量方法。

背景技术

望远镜主镜通常采用无定向支撑系统，支撑系统中确定主镜与主镜室相对空间位置的点称为硬点。硬点可以是实际的，例如无定向机械杠杆支撑(机械Whiffletree)中的硬点；也可以是虚拟的，例如液压支撑(液压whiffletree)中的硬点。以轴向液压支撑为例，将轴向液压支撑分为3个区域，区域内的支撑元件液压缸相通。因为每个区域内液体体积是一定的，且每个区域所支撑镜重的质心位置保持不变，可将此质心位置定义为虚拟硬点。与实际硬点不同，虚拟硬点是实际结构中不存在的点，其位置可以改变。在望远镜俯仰角变化或主镜受风载、振动等外界扰动时，主镜相对主镜室会发生微量的偏心和旋转，其中主镜绕光轴的旋转不会影响光学系统质量。为了保证主镜的位置精度，则需要实时监测采用液压支撑的主镜位置变化，以便确定液压支撑系统虚拟硬点所需的调整量和光学系统调整量。

发明内容

为了解决液压支撑时虚拟硬点位置不确定的问题，本发明提供一种液压支撑主镜位置测量装置和测量方法。本发明的目的在于实时监测液压支撑主镜相对于镜室的位置变化，提供一种采用高精度位移传感器测量主镜位移变化，并解算出主镜位置变化中的5个自由度分量(不包括主镜绕光轴的旋转分量)和热变形引起主镜半径变化量的方法，为液压系统虚拟硬点位置调整和光学系统调节提供参考数据，确定主镜的位置精度。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

液压支撑主镜位置测量装置，包括径向测量机构和轴向测量机构，所述径向测量机构包括与镜室固定连接的径向安装座、与径向安装座通过第一传感器压块固定连接的第一位移传感器、通过高强度结构胶粘接在主镜外圆周上的径向测量块；测量时第一位移传感器的测头与径向测量块上光滑的测量平面保持接触可滑动状态；

所述轴向测量机构包括与镜室固定连接的轴向安装座、与轴向安装座通过第二传感器压块固定连接的第二位移传感器、通过高强度结构胶粘接在主镜背面上的轴向测量块；测量时第二位移传感器的测头与轴向测量块上光滑的测量平面保持接触可滑动状态。

所述径向测量块的粘接面与主镜的外圆周紧密贴合，径向测量块上测量平面加工粗糙度要求小于0.4μm。

所述轴向测量块的粘接面与主镜的背面配合，轴向测量块上测量平面加工粗糙度要求小于0.4μm。

所述径向安装座、第一传感器压块、径向测量块、轴向测量块、轴向安装座和第二传感器压块均采用低膨胀合金铟钢材料制成。

所述径向安装座、第一传感器压块、径向测量块、轴向测量块、轴向安装座和第二传感器压块均通过发黑处理。

所述第一位移传感器和第二位移传感器均选用绝对式LVDT直线位移传感器。

所述第一位移传感器和第二位移传感器的测量精度为20μm。

液压支撑主镜位置测量装置的测量方法，采用3组轴向测量机构和3组径向测量机构同时测量，该方法的条件和步骤如下：

步骤一、镜室水平放置、主镜未装入镜室时，在主镜上3个轴向虚拟硬点对应均布安装3组轴向测量机构，3个第二位移传感器的测杆均与主镜光轴平行，装入主镜稳定后，粘接在主镜背面的3个轴向测量块分别与对应的3个第二位移传感器的测头接触，标定出3个轴向位移初值；

在主镜的3个轴向虚拟硬点所在圆周角对应的外圆周上均布安装3组径向测量机构，3个第一位移传感器的测杆均沿主镜半径方向指向主镜，标定出3个径向位移初值；

步骤二、主镜位置发生变化时，实时记录6个位移传感器的读数，并分别与各个位移传感器的初值求差，计算出各个测点位置变化值后通过方程组解算出主镜位移的5个自由度分量和主镜半径的热变形量。

所述3个轴向位移初值分别为a₀、b₀、c₀，所述3个径向位移初值分别为d₀、e₀、f₀，所述6个位移传感器的读数分别为a、b、c、d、e、f，所述主镜位移的5个自由度分量分别为x、y、z，Rx、Ry，所述主镜半径的热变形量为△R；

则主镜位移中的z、Rx和Ry分量为：