LAMOST小焦面系统误差初步分析

摘要

“大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜” (Large Sky Area Multi-object Optical Spectroscopic Telescope，LAMOST)是我国正在进行的一项重大科学工程项目，建成后将成为世界上最大视场兼口径的光学天文望远镜。 针对LAMOST中要在直径为1.75米的焦面板上精确定位4,000根光纤的定位难题，中国科学技术大学精密机械与精密仪器系邢晓正教授开创性提出了基于分区思想的并行可控式光纤定位方案。由于该方案在技术上有着一系列突出优点，从而被工程指挥部确定为最终工程实施方案，并且光纤定位实验室已于2003年成功地研制了中试系统。 中试系统的成功验收，离最终要建立起大焦面系统，其中仍有许多问题急待待解。为此自2006年2月份开始，我们着手于搭建包含有256个定位单元的LAMOST光纤定位小焦面试验系统(文中简称：小焦面系统)，作为过渡到LAMOST光纤定位大焦面系统。小焦面系统涉及到了诸多可能会在今后大焦面系统中出现的问题，如测量系统的精度和稳定性问题、定位单元机械误差补偿及结构改进问题等等。我们在这一系列的问题上做了许多有益的尝试，提出了相应的解决办法。小焦面系统在2007年2月27日通过了项目专家组的鉴定。 本文作者主要的研究工作包括以下几个方面： 1.小焦面系统所需单元头的跑合，单元机构的可靠性及寿命的研究，单元机构的分析、改进，以及单元机构制造误差及装配误差的分析。 2.小焦面系统的搭建，测量系统稳定性分析，以及小焦面系统的各单元两轴重复定位误差、标定曲线测试，分度误差、二维运动误差、小焦面系统随机走点定位误差的测试。 3.小焦面测试数据的处理，分析，总结。以及协助其他成员完成系统通讯性能、稳定性和抗干扰性测试。 本文对小焦面系统研制中的定位误差的两个主要来源：单元机械结构方面及测量方面，从理论上和实践上进行了深入的研究和探讨。通过实验数据全面地分析了影响定位精度相关因素；提出基于标定思想的误差补偿方法；对CCD测量系统实验室相关条件下稳定性作了相关分析研究。这些研究将会对LAMOST大焦面系统的研制工作有着重要的理论和实践参考价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1LAMOST项目简介

§1.1.1 LAMOST的总体结构

§1.1.2 LAMOST光纤定位系统

§1.2 LAMOST小焦面系统的研制需求及成果

§1.3本文的研究内容及安排

第二章LAMOST小焦面系统的构造

§2.1小焦面系统的总体构造及工作流程

§2.1.1小焦面系统的总体构造

§2.1.2小焦面系统的工作流程

§2.2光纤定位单元

§2.3小焦面板

§2.4控制子系统

§2.4.1控制系统的总体构造

§2.4.2小焦面系统的控制流程

§2.5测量子系统

§2.5.1光源

§2.5.2摄像机及采集卡

§2.5.3光学镜头

§2.6线缆与光纤

§2.6.1线缆

§2.6.2光纤

第三章光纤定位单元设计精度分析及制造精度测试

§3.1光纤定位单元机构设计要点

§3.2光纤定位单元传动精度分析

§3.2.1偏心回转齿轮传动链的精度分析

§3.2.2中心回转齿轮传动链的精度分析

§3.2.3光纤定位单元传动链的精度分析

§3.3光纤定位单元的制造

§3.4定位单元的机械跑合

§3.4.1机械跑合目的

§3.4.2机械跑合流程

§3.4.3机械跑合结果

§3.5光纤定位单元的测试跑合

第四章静态光纤位置检测的稳定性

§4.1静态光纤位置检测系统构成

§4.2静态光纤位置检测稳定性

§4.2.1实验室空调机的影响

§4.2.2气浮平台的影响

§4.2.3环境空气扰动的影响

§4.3静态光纤位置检测稳定性讨论

第五章光纤定位小焦面系统的测试

§5.1小焦面系统测量过程和坐标计算方法

§5.1.1小焦面系统测量过程

§5.1.2坐标的计算方法

§5.2光纤定位单元的标定

§5.2.1中试系统误著补偿存在的问题

§5.2.2标定思想应用于定位单元的误差补偿

§5.2.2各单元几何参数的测定

§5.3重复定位精度的测试

§5.3.1重复定位精度的测量方法

§5.3.2重复定位精度的评定

§5.3.3重复定位精度测试结果

§5.4随机走点精度的测试

§5.4.1随机走点精度的测量方法

§5.4.2随机走点精度测试结果

§5.5二维运动精度的测试

§5.5.1二维运动精度测试的测量方法

§5.5.2二维运动精度测试结果

§5.6小焦面系统测试的总结

第六章论文总结与展望

§6.1论文工作总结

§6.2论文工作展望

参考文献

附件

攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢