大型光学镜片的无应力夹持研究
1、前言
随着实际应用中的反射镜的不断大型化，其较大自重引起光学反射镜不同程度的变形，从而最终反映到光学系统的成像质量或光路引导精度上。为了减小镜片自重对光学系统精度的影响，提出了“无应力”夹持，由于既要夹持又要无应力是不可能的，确切地说“无应力”就是要获得一个合理的使镜片变形足够小的应力场，或者说是在镜片通光范围内(工作范围内)的应变均匀，或者衰减集中应力向镜片的传播。要实现“无压力”夹持，就必须知道支承点位置对于大型镜片的变形的影响。因此大型反射镜的支承环节不得不作为一个非常重要的技术环节加以考虑。本文主要讨论使反射镜在何种支承点位置下镜面变形最小。
时至今日，人们已经对大型光学镜片的支承方式或理论作了大量的研究，并得出了大型光学镜片水平安装时支承点的规律，其支承点位于距镜片中心约为2/3倍边缘到中心的距离时，能获得镜片的最小变形量。但对于大型光学镜片与水平面成一定角度安装支承时的最佳支承点位置规律的研究甚少。为此，本文着重对与水平面成22. 5°和垂直安装的大型方形反射镜进行有限元仿真分析，确定此两种安装方式下底部两点支承和侧面两点悬挂支承时支承点的布置规律，如图1所示。图1a为底部两点支承方式，图1b为侧面两点悬挂支承方式，图1c为底部两点支承方式(上边缘线约束，方向如箭头所示)，图1d为侧面两点悬挂支承方式(下边缘线约束，方向如箭头所示)。
2、构造有限元模型
较少元模形工具的组建是采取较少元具体分析的第1步，模形工具的高低可以直接关系到计算方式导致的精确度性，巨型光电器件反射性镜的较少元模形工具组建具体步骤为： 1)建模重心实际的地位实际上定。公司句通过棱形反射层镜(540mm*340mm*60mm)的两种玩法布置玩法，七种夹持玩法各自搭建起限制元建模，或者底层支承玩法支承点各自取D /D1=16/17(约为底层边界处)，D /D1=4/5处， D /D1=2/3处， D /D1=1/2处， D /D1= 1/4处;正面夹持玩法支承点实际的地位各自取为公司支承(即D=0)，D /D1= 1/5处，D /D1=2/3处，D /D1=7/9处，D /D1=25/27处，共10点去讲解比效。底层边界到棱形镜底层公司线距离感感D1=170mm，正面边界到正面的公司线距离感感D1=270mm，由前边选定各点实际的地位比例图算出支承点的实际的实际的地位并各自搭建起限制元建模。
3、有限元分析结果
进行这些作品计算方案后能够至于多种装方案在支承点出于多种地方时射线镜业务区的更大弯曲和更大弯曲弯曲内内应力比与较小弯曲弯曲内内应力比差的差值即弯曲弯曲内内应力比差。弯曲弯曲内内应力比差越大，弯曲弯曲内内应力比均性就越差;不然越小。 激光镜片铅垂和倾斜角22.5°最接着两种支承办法的算起最终后果见表2，内侧两种悬挂系统支承办法的任务区最明显断裂和弯曲应力应变差算起最终后果见表3。接着两表的弯曲应力应变的基层单位为MPa，断裂的的基层单位为μm。
从表2、表3可以看出，无论是垂直安装，还是倾斜22.5°安装，底部支承时支承点布置在靠近边缘处即D /D1=16/17时有最大的变形量，22.5°安装和垂直安装时分别为0.299μm、0. 534μm，应力均匀性较差。随着D /D1的减小，反射镜的最大变形逐渐减小，应力的均匀性也有所提高，在D /D1=2/3时有最小的变形量0.269μm，应力均匀性较好。随着D /D1的进一步减小，反射镜变形又逐渐增大，应力均匀性也有所下降。垂直侧面支承时具有与底部支承时相同的规律，反射镜有较大的变形时的支承点位置同样靠近边缘处即D /D1=25/27和靠近中心线处即D=0，应力均匀性也较差，当支承点在D /D1=2/3时有最小的变形量，较好的应力均匀性。所以在上面列出的支承方式下，支承点的位置D应取为D≌2/3*D1。
4、结论
本文借助于有限元分析软件I2DEAS对大型反射镜在垂直和与水平面成22. 5°安装时单列支承点的最佳布置位置进行了研究，由分析计算结果得出了大型反射镜采用单列支承的支承点布置规律：将支承点布置在D≌2/3*D1处时，能获得镜面面形的最小变形，较好的应力均匀性。初步证明大型镜片无论是成何种角度安装，若采用此种支承方式，将支承点布置在D≈2/3×D1处时，可将镜面由于自重引起的变形对光学系统的影响最小化。