新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

叶宇; 乐中宇; 顾伯忠; 杨世海

doi:10.3788/IRLA202049.0114001

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

doi: 10.3788/IRLA202049.0114001

叶宇^1,2,3,
乐中宇^1,2,
顾伯忠^1,2,
杨世海^1,2

1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏南京 210042;
2. 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏南京 210042;
3. 中国科学院大学, 北京 100049

基金项目:

国家自然科学基金（11503060）；中国科学院天文财政专项（2911C09700）

详细信息

作者简介:
叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

中图分类号: TH751

Nonlinear characteristic and correction for new-style parallel adjustment mechanism of secondary mirror

Ye Yu^1,2,3,
Yue Zhongyu^1,2,
Gu Bozhong^1,2,
Yang Shihai^1,2

1. National Astronomical Observatories/Nanjing Institute of Astronomical Optics&Technology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210042, China;
2. CAS Key Laboratory of Astronomical Optics&Technology, Nanjing Institute of Astronomical Optics&Technology, Nanjing 210042, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

摘要: 为满足望远镜副镜结构定位精度的要求，提出一种固定杆长杆端轴向平移运动模式的六杆并联机构。从微分几何的观点研究了该机构输入关节空间向量与输出工作空间向量之间的非线性运动学特性，并采用曲率概念度量解轨迹的非线性弯曲。通过与雅可比矩阵的对比分析可知，采用曲率度量并联机构的非线性和采用雅克比矩阵反映的瞬时线性性质一致，所设计的副镜并联调整机构在整个运动行程范围内的最大非线性误差约为3.15 μm。测试结果表明：采用多项式误差曲线拟合校正之后，该副镜调整机构三维平移重复定位精度小于2.6 μm，二维旋转重复定位精度小于1.8″，满足实际望远镜观测的需要，采用的曲率度量法也可以为其他并联机构的非线性分析和校正提供一种新的思路。
- 并联调整机构 /
- 非线性特性 /
- 曲率 /
- 误差校正 /
- 雅可比矩阵
Abstract: In order to meet the structure positioning accuracy requirements of the telescope secondary mirror, a fixed length rod end axial translational motion model of hexapod was proposed. From the point of view of differential geometry, the nonlinear kinematics between the input joint space vector and the output workspace vector of the mechanism was studied, and the curvature concept was used to measure the nonlinear bending of the trajectory. Comparing with the Jacobian matrix, it was found that the curvature of the parallel mechanism was consistent with the instantaneous linear property reflected by the Jacobian matrix. The maximum nonlinearity error of the designed secondary mirror parallel adjustment mechanism was about 3.15 μm in the whole motion range. The test results show that after the polynomial error curve fitting correction, the three-dimensional translational repeating positioning accuracy of the secondary mirror adjustment mechanism is less than 2.6 μm, and the two-dimensional rotation repeat positioning accuracy is less than 1.8″, which meet the needs of actual telescope observation. At the same time, the curvature metric method can also provide a new idea for the nonlinear analysis and correction of other parallel mechanisms.
- parallel adjustment mechanism /
- nonlinear characteristic /
- curvature /
- error correction /
- Jacobian matrix

[1]	Yang Weifan, Cao Xiaotao, Zhang Bin, et al. Six degree of freedom precision control for space camera secondary mirror adjusting mechanism[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(7):0718007. (in Chinese)
[2]	Neill D R, Sebag J, Gressler W. Baseline design of the LSST hexapods and rotator[C]//SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, 2014, 9151:91512B.
[3]	Yao Rui, Li Qingwei, Sun Jinghai, et al. Accuracy analysis on Focus cabin of fast[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(17):36-42. (in Chinese)
[4]	Han Chunyang, Xu Zhenbang, Wu Qingwen, et al. Optimization design and error distribution for secondary mirror adjusting mechanism of large optical payload[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(5):1093-1103. (in Chinese)
[5]	Huang Zhen. Space Institutional Research[M]. Beijing:Mechanical Industry Press, 1991. (in Chinese)
[6]	Bates D M, Watts D G. Relative curvature measures of nonlinearity[J]. Journal of the Royal Statistical Society, 1980, 42(1):1-25.
[7]	Wang Jinsong, Wang Zhonghua, Huang Tian, et al. Nonlinearity for a parallel kinematic machine tool and its application to interpolation accuracy analysis[J]. Science in China, 2002, 45(1):97-105.
[8]	Yang Xiaojun, Li Bing, Zhang Donglai. Linear interpolation step length of Stewart platform-based kinematics machine[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2009, 43(3):33-36. (in Chinese)
[9]	Wang Xinzhou. Theory and Application of Parameter Estimation for Nonlinear Models[M]. Wuhan:Wuhan University Press, 2002. (in Chinese)
[10]	Li Shujun, Zhang Yu, Meng Qiaoling. Stiffness characteristics of a 6-PSS spatial parallel mechanism[J]. China Mechanical Engineering, 2009, 20(21):2521-2525. (in Chinese)
[11]	Hu Qiqian, Yao Zhenqiu. Design of Astronomical Telescope[M]. Beijing:China Science and Technology Press, 2012. (in Chinese)
[12]	Li Dongdong, Zhang Weimin, Sui Haonan, et al. Singularity analysis and non-linear error control of five-axis machining[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2019, 5:1-13. (in Chinese)
[13]	Lv Yong, Feng Qibo, Liu Lishuang, et al. Six-degree-of-freedom measurement method based on multiple collimated beams[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(11):3597-3602. (in Chinese)
[14]	Gao Yue, Liu Wei, Lv Shimeng, et al. Six-degree-of-freedom displacement and angle measurement system based on two-dimensional position-sensitive detector[J]. Optics and Precision Engineering, 2018, 26(12):2930-2939. (in Chinese)

[1]	武永见, 杨大伟, 孙欣, 刘涌, 胡永力. 空间光学遥感器精密次镜调整机构设计及试验 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220635-1-20220635-7. doi: 10.3788/IRLA20220635
[2]	郭创为, 王阳, 邹文哲, 管钰晴, 张玉杰, 刘丽琴, 高志山, 雷李华. 基于多频外差原理的相位校正方法研究 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220697-1-20220697-8. doi: 10.3788/IRLA20220697
[3]	王鹏, 刘佳琪, 孙长库, 张宝尚. 正交条纹级次分区域预编码校正Gamma非线性方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210503-1-20210503-8. doi: 10.3788/IRLA20210503
[4]	吕佳豪, 董明利, 何彦霖, 孙广开, 周康鹏. 引入曲率与角度校正的柔性机构三维形状多芯光纤重构方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200453-1-20200453-7. doi: 10.3788/IRLA20200453
[5]	郭红卫, 邢硕. 条纹投射技术中的投影机非线性自校正方法研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303009-0303009-12. doi: 10.3788/IRLA202049.0303009
[6]	余焘, 李新阳, 李枫, 耿超. 角锥阵列相位精密调整机构设计及锁相实验 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190568-1-20190568-6. doi: 10.3788/IRLA20190568
[7]	张泉, 尹达一, 魏传新. 大口径压电快摆镜机构迟滞非线性补偿与控制 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 218004-0218004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0218004
[8]	刘宇哲, 张新宇, 张群, 杨勇, 彭慧莲, 杨自鹏. 空间相机次镜调整机构的性能评价及参数优化 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1214004-1214004(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1214004
[9]	常存, 隋净蓉, 常青, 张东帅. CdTe和CdS量子点的非线性特性对比 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 306004-0306004(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0306004
[10]	杨维帆, 曹小涛, 张彬, 赵伟国, 林冠宇. 空间望远镜次镜六自由度调整机构精密控制 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 718007-0718007(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0718007
[11]	王瀚, 曹小涛, 赵伟国, 赵海波, 杨维帆, 张博威. 空间相机次镜调整机构的改进布谷鸟标定方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 518002-0518002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0518002
[12]	樊凡, 潘志康, 娄小平, 董明利, 祝连庆. 基于雅可比矩阵的仿人视觉系统运动角度分解 . 红外与激光工程, 2018, 47(8): 817006-0817006(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0817006
[13]	杨敏珠, 邹曜璞, 张磊, 韩昌佩. 傅里叶变换光谱仪探测器非线性的影响及其校正方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1023001-1023001(7). doi: 10.3788/IRLA201790.1023001
[14]	鲍雪晶, 戴仕杰, 郭澄, 吕寿丹, 沈成, 刘正君. 基于插值的共焦显微镜非线性畸变失真图像校正 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1103006-1103006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.1103006
[15]	孙昊, 韩森, 唐寿鸿, 王芳. 回转内圆柱面的非拼接干涉测量方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 717001-0717001(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0717001
[16]	付轶帆, 吴剑, 何宏辉. 偏振成像系统中的面阵CMOS传感器非线性校正 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 633001-0633001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0633001
[17]	常青, 李亚蕾. 不同激光脉冲作用下ZnS晶体非线性光学特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1534-1538.
[18]	李海超, 满益云. 基于非均匀同区域线性CCD成像的卫星姿态调整与非线性定标方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1370-1376.
[19]	吴幸智, 刘大军, 杨俊义, 宋瑛林. 新型金属铟酞菁酯的光学非线性和光限幅特性 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 108-112.
[20]	颜子恒, 眭晓林, 刘波, 张颖, 曹昌东, 熊文龙, 张大勇, 赵鸿. 激光多普勒测速中连续波调频非线性的分析与校正 . 红外与激光工程, 2014, 43(8): 2413-2418.

点击查看大图

计量

文章访问数: 775
HTML全文浏览量: 180
PDF下载量: 38
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

doi: 10.3788/IRLA202049.0114001

作者简介:
叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

Nonlinear characteristic and correction for new-style parallel adjustment mechanism of secondary mirror

计量

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

doi: 10.3788/IRLA202049.0114001

1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏南京 210042;

2. 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏南京 210042;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介:
叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

English Abstract

Nonlinear characteristic and correction for new-style parallel adjustment mechanism of secondary mirror

全文HTML

目录

留言板

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

doi: 10.3788/IRLA202049.0114001

作者简介: 叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

Nonlinear characteristic and correction for new-style parallel adjustment mechanism of secondary mirror

计量

出版历程

新型副镜并联调整机构非线性特性及校正

doi: 10.3788/IRLA202049.0114001

1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏 南京 210042; 2. 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏 南京 210042; 3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介: 叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

English Abstract

Nonlinear characteristic and correction for new-style parallel adjustment mechanism of secondary mirror

全文HTML

目录

作者简介:
叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn

1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 江苏南京 210042;

2. 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所), 江苏南京 210042;

3. 中国科学院大学, 北京 100049

作者简介:
叶宇(1982-),男,副研究员,博士生,主要从事天文仪器精密控制方面的研究。Email:yye@niaot.ac.cn