一种用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法及构建系统

技术特征：
1.一种用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，包括下述步骤：构建所述反射镜的n组平衡力；依次测量反射镜在所述n组平衡力作用下的响应面形；根据所述响应面形获取所述反射镜的响应函数；测量待校正的所述反射镜的面形误差；根据所述响应函数和面形误差获取校正所述反射镜的面形所需的校正力；根据所述校正力实现所述反射镜面形的校正。2.如权利要求1所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在构建反射镜的平衡力的步骤中，具体包括下述步骤：构建列向量f
0i
，其中：构建向量f
ni
，其中：f
ni
＝[f0/n f0/n
ꢀ…ꢀ
f0/n]
t
；构建两个列向量，f
xi
和f
yi
：其中：以所述f
0i
、f
ni
、f
xi
、f
yi
为基础构建所述平衡力f
ai
(i＝1,2,
…
,n)：f
ai
＝f
0i-f
ni-f
xi-f
yi
根据大口径反射镜支撑系统的结构，所述反射镜的背部布置有n个力促动器，力促动器可以对反射镜输出轴向力，用于面形调节和面形校正。所述轴向力即与反射镜光轴方向平行的力。每个所述力促动器的位置称为一个支撑点，所述列向量中的每个元素都表示一个支撑点处的力促动器需要输出的力。所述f
0i
表示在第i个支撑点上施加力f0；f
ni
是将f0平均分给n个力促动器，f
ni
对反射镜的合力为f0，合力矩为0；x
i
和y
i
分别是i号支撑点的x和y方向坐标，x方向是望远镜的俯仰轴的方向，z方向是主反射镜的光轴方向，y方向根据右手定则确定，所述x和y是列向量，表达式如下：x＝[x1/|x1| x2/|x2|
ꢀ…ꢀ
x
n
/|x
n
|]
t
y＝[y1/|y1| y2/|y2|
ꢀ…ꢀ
y
n
/|y
n
|]
t
；所述平衡力f
ai
对所述反射镜的合力为0，合力矩为0。3.如权利要求2所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，向量f
0i
、f
ni
、f
xi
、f
yi
分别具有以下性质：f
0i
对反射镜的合力为f0，x方的向力矩为f0y
i
，y方的向力矩为f0x
i
，z方向的力矩为0；f
ni
对反射镜的合力为f0，x方的向力矩为0，y方的向力矩为0，z方向的力矩为0；f
xi
对反射镜的合力为0，x方的向力矩为f0y
i
，y方的向力矩为0，z方向的力矩为0；f
yi
对反射镜的合力为0，x方的向力矩为0，y方的向力矩为f0x
i
，z方向的力矩为0；所述平衡力f
ai
对所述反射镜的合力为0，x方的向力矩为0，y方的向力矩为0，z方向的力矩为0。即合力为0，合力矩为0。
4.如权利要求3所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，若将f
ai
进行按一定比例的线性组合，则组合的结果f
a
也具有对反射镜合力和合力矩为0的性质，用数学表达式表示如下：其中a
p
和q是任意整数。5.如权利要求1所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在测量反射镜在所述n组平衡力作用下的响应面形的步骤中，具体包括下述步骤：将所述平衡力通过所述力促动器施加给所述反射镜，检测并记录响应面形a
i
，所述响应面形a
i
即所述平衡力施加给所述反射镜后导致的面形变化量。6.如权利要求5所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，所述反射镜的响应面形a
i
用所述反射镜镜面上的若干个采样点处的位移量表示，即所述响应面形a
i
中的元素是各采样点处的位移。7.如权利要求6所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在根据所述响应面形获取所述反射镜的响应函数的步骤中，具体包括下述步骤：构建所述反射镜受到所述力促动器的力f和力导致的所述反射镜的面形变化量w之间的映射关系的响应函数。8.如权利要求7所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在测量待校正的所述反射镜的面形误差的步骤中，具体包括下述步骤：测量待校正的反射镜的面形，将其与理论面形对比，获得所述反射镜的面形误差w0，w0用反射镜镜面上的若干个采样点处的位移量表示。9.如权利要求8所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在根据所述响应函数和面形误差获取校正所述反射镜的面形所需的校正力的步骤中，具体包括下述步骤：将所述面形误差w0带入所述响应函数，获取校正面形所需的校正力，校正力是平衡力f
ai
的线性组合，校正力对反射镜的合力和合力矩也为0。10.如权利要求1所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法，其特征在于，在根据所述校正力实现所述反射镜面形的校正的步骤中，具体包括下述步骤：将所述校正力通过所述力促动器施加给所述反射镜，实现所述反射镜面形的校正。11.一种如权利要求1所述的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法的构建系统，其特征在于，包括：平衡力构建单元，用于构建所述反射镜的n组平衡力；面形变化量检测单元，用于依次测量反射镜在所述n组平衡力作用下的响应面形；函数构建单元，用于根据所述响应面形获取所述反射镜的响应函数；面形误差获取单元，用于测量待校正的所述反射镜的面形误差；校正力获取单元，用于根据所述响应函数和面形误差获取校正所述反射镜的面形所需的校正力；校正单元，用于根据所述校正力实现所述反射镜面形的校正。

技术总结
本申请提供的用于大口径反射镜面形主动校正的平衡力构建方法及构建系统，构建所述反射镜的n组平衡力；依次测量反射镜在所述n组平衡力作用下的响应面形；根据所述响应面形获取所述反射镜的响应函数；测量待校正的所述反射镜的面型误差；根据所述响应函数和面形误差求解校正所述反射镜的面形所需的校正力；根据所述校正力实现所述反射镜面形的校正。本申请提供的方法构建的所述平衡力具有对反射镜的合力和合力矩为0的性质，本申请上述方法和系统将平衡力用于校正力的计算，那么校正力对反射镜的合力和合力矩也均为0，避免了潜在的约束反力降低反射镜的面形精度，进而保证望远镜有优秀的成像质量，上述方法简单高效，精度和可靠性高。靠性高。靠性高。


技术研发人员：吴小霞 于致远 王建立 朱熠
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/24