大口径望远镜中间体拓扑优化及形位公差检测

摘要

为了满足大口径望远镜中间体高刚度、低惯量的技术需求,开展了中间体的轻量化设计,同时针对传统方法无法检测中间体形位公差的问题,提出基于自准直仪和激光跟踪仪的光学检测方法。根据望远镜整体结构需求,确定中间体尺寸范围,分析力的传递路径,以应变能最小为优化目标,采用变密度法进行拓扑优化分析和结构设计。基于自准直仪测角原理,在中间体轴孔端面吸附平面反射镜,测量两端面的反射角度,实现两侧轴孔端面平行度误差的测量,基于激光跟踪仪空间点坐标测量原理,利用回转工装寻找中间体轴孔圆心,测量两侧轴孔的圆心坐标,实现同轴度误差的测量。与传统经验设计的中间体相比,以拓扑优化为指导设计的中间体质量减少21.5%,静态刚度提高14.3%。光学法检测中间体两侧轴孔端面平行度误差为0.016 mm,两侧轴孔圆心位置偏差为0.03 mm。采用拓扑优化设计的中间体在提高刚度、降低惯量方面优势明显,提出的光学检测法可实现中间体形位公差的检测。