能動薄主鏡系統(tǒng)中力型驅(qū)動器性能參數(shù)的檢測方法和裝置，力型驅(qū)動器輸出軸經(jīng)由力傳感器、柔性連接件等部件連接于彈性梁，利用力傳感器測量力型驅(qū)動器輸出作用力的變化，激光位移傳感器測量彈性梁的彎曲變形量，二者測量數(shù)據(jù)均傳送于計算機，計算機將彈性梁的彎曲變形量從電機運動量中減去，從而間接實現(xiàn)對力型驅(qū)動器隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量的測量，進而準確得出驅(qū)動器的性能參數(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對力型驅(qū)動器的承載能力、剛度、作用力分辨率、反轉(zhuǎn)精度、定位精度、控制帶寬等性能參數(shù)的測量，且結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，可依實際工程需要更換彈性梁。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種在能動薄主鏡光學系統(tǒng)中，對力型驅(qū)動器性能參數(shù)的檢測方法以及實現(xiàn)該檢測方法的裝置。
技術(shù)介紹
在能動輕質(zhì)薄主鏡光學系統(tǒng)中，力型驅(qū)動器屬于主鏡軸向支撐系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要用于承受輕質(zhì)薄主鏡軸向重量和校正光學鏡面面形，從而使望遠鏡系統(tǒng)獲得較好的光學波前質(zhì)量。目前在大口徑望遠鏡系統(tǒng)中，應用于能動輕質(zhì)薄主鏡軸向支撐系統(tǒng)的驅(qū)動器主要是力型驅(qū)動器，它使用力傳感器來測量驅(qū)動器輸出量的變化，降低了對鏡室剛度的要求。力型驅(qū)動器在能動輕質(zhì)薄主鏡軸向支撐系統(tǒng)中，使用數(shù)量比較多，并且精度要求高，負載比較大，可靠性強等。在實際工程應用前必須對力型驅(qū)動器的性能參數(shù)進行測量，保證所設計的力型驅(qū)動器達到所需的性能要求，但是目前沒有專門的檢測方法和裝置，文獻《大口徑望遠鏡主鏡能動支撐驅(qū)動器的個體設計和性能測試》(朱鵬，鄧建明，光學儀器2008. 2Vol. 30，No. 1) 中所采用的測試方法是將力傳感器下端與驅(qū)動器連接，并利用外部結(jié)構(gòu)把力傳感器上端鎖緊，假定無絕對位移和相對位移輸出，但是在實際測量過程中很難保證此假定條件，將引入測量誤差；文獻《能動鏡中力驅(qū)動器的實現(xiàn)及性能測試》(凡木文，鄧建明，周睿，李梅，光學學報2010. IVol. 30No. 1)中采用了同樣的假定條件對力型驅(qū)動器性能進行了測量，同時文中又給出了驅(qū)動器在能動鏡中的性能測試結(jié)果，該能動鏡由4個力驅(qū)動器和3個軸向固定桿組成軸向支撐，利用激光干涉儀作為能動鏡波前探測器，該能動鏡及支撐結(jié)構(gòu)也可視為對中心力驅(qū)動器性能參數(shù)的測量裝置，但是結(jié)構(gòu)有些復雜，裝配不夠方便；還有一些文獻中對驅(qū)動器(文獻中為促動器，本文統(tǒng)一稱為驅(qū)動器)的性能參數(shù)也提出了測量方法，圖1表示在專利《一種促動器力學性能的測試裝置》(郭永衛(wèi)，王啟明，南仁東，專利號 ZL200810116587. 7)中提到的一種利用兩個滑輪砝碼機構(gòu)，將兩個牽拉索連接在一起，滑輪砝碼機構(gòu)輸出大小恒定的拉力，兩個牽拉索在牽拉節(jié)點處形成的夾角隨牽拉節(jié)點的位移發(fā)生變化，所產(chǎn)生的合力也隨之變化，該合力作用于驅(qū)動器，使驅(qū)動器力學性能的測試可以在變化的反作用力下進行，同時通過調(diào)整配重的重量和兩個可調(diào)滑輪之間的距離，得到不同的反作用力與驅(qū)動器伸長量之間的關(guān)系特性，但是它不能解決壓力狀態(tài)下驅(qū)動器的性能測量；專利《步進電機驅(qū)動型位移促動器的控制檢測方法及裝置》(張振超，杜希霞，戚永軍， 陳昆新，專利號ZL200710020625.4)中提出了對步進電機驅(qū)動型位移驅(qū)動器的檢測方法， 圖2給出了實現(xiàn)該方法的測量裝置結(jié)構(gòu)，它使用不同砝碼模擬位移驅(qū)動器的軸向和側(cè)向負載，利用雙頻激光干涉儀對位移驅(qū)動器上的被測棱鏡進行測量，通過計算機完成對位移驅(qū)動器性能測試的計算，它實現(xiàn)了負載條件下對位移驅(qū)動器的性能測量，該方法雖然是針對位移量進行測量，但是它的測量過程以及模擬負載的方法可借鑒于對作用力的測量，只是在每次測量過程中模擬負載均為恒定載荷，同時輸出載荷比較小，成本偏高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能動薄主鏡系統(tǒng)中力型驅(qū)動器性能檢測方法及檢測裝置，能夠?qū)απ万?qū)動器的承載能力、剛度、作用力單向分辨率、作用力反轉(zhuǎn)精度、定位精度和控制帶寬等性能參數(shù)進行測量，且滿足具備行程大，測量精度高、負載強等特點的力型驅(qū)動器的性能測量要求，其結(jié)構(gòu)簡單，易于更換和維修。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案為一種能動薄主鏡系統(tǒng)中力型驅(qū)動器性能檢測方法，所述檢測方法是基于彈性梁4的彎曲變形而實現(xiàn)對力型驅(qū)動器1的性能參數(shù)測量；力型驅(qū)動器1輸出軸經(jīng)由力傳感器2和柔性連接件7連接于彈性梁4，利用力傳感器2測量力型驅(qū)動器1的輸出作用力，激光位移傳感器3測量彈性梁4的彎曲變形量，力傳感器2測出的力型驅(qū)動器1的輸出作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器3測量的彈性梁4的彎曲變形量數(shù)據(jù)均傳送于計算機6，計算機6將彈性梁4的彎曲變形量從力型驅(qū)動器1的電機運動量中減去，從而間接實現(xiàn)對力型驅(qū)動器1隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量的測量，進而準確得出力型驅(qū)動器1的性能參數(shù)；所述力型驅(qū)動器1的性能參數(shù)包括靜態(tài)性能參數(shù)和動態(tài)性能參數(shù)，靜態(tài)性能參數(shù)包括承載能力、剛度、作用力分辨率和反轉(zhuǎn)精度；動態(tài)性能參數(shù)包括定位精度、控制帶寬；靜態(tài)性能參數(shù)的測量采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)，計算機6僅記錄力傳感器2和激光位移傳感器3在電機運動狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)，動態(tài)性能參數(shù)的測量閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，計算機6將力傳感器2及激光位移傳感器3的測量值與外部激勵信號相比較后控制電機的運動量；所述靜態(tài)性能參數(shù)中承載能力的測量步驟為以力型驅(qū)動器1的設計承載能力為依據(jù)，全程測量力型驅(qū)動器1的運動軌跡，計算機6對力型驅(qū)動器1的電機發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器2所測量的力型驅(qū)動器1輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器3 所測量的彈性梁4的彎曲變形量數(shù)據(jù)，多次重復測量，得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力型驅(qū)動器1 對輸出作用力線性容許誤差的要求，得出承載能力；所述靜態(tài)性能參數(shù)中剛度的測量步驟為在力型驅(qū)動器1的承載能力全程范圍內(nèi)，計算機6對力型驅(qū)動器1發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器2和激光位移傳感器 3的測量數(shù)據(jù)，重復測量若干次；得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力傳感器2所測量的力型驅(qū)動器1 輸出的作用力數(shù)據(jù)Flrad和激光位移傳感器3所測量的彈性梁4的彎曲變形量數(shù)據(jù)出彈性梁4的剛度Kbram，然后根據(jù)力型驅(qū)動器1電機的位移當量^。t 與力傳感器2的測量數(shù)據(jù)Flrad得出力型驅(qū)動器1以及彈性梁4的整體剛度Ktotal，最后得出力型驅(qū)動器1的剛度 Kactuator,具體關(guān)系式如下Ktotal = Fload/xmotorKbeam = Fload/xbeamKactuator — Fload/xactuator — KtotalKbeam/ (Kbeam Ktotal)式中Kt。tal表示力型驅(qū)動器1以及彈性梁4的整體剛度，xm。t。r表示力型驅(qū)動器1中電機的位移當量，F(xiàn)lrad表示力傳感器2所測量的力型驅(qū)動器1輸出的作用力數(shù)據(jù)，Kbeam表示彈性梁4的剛度，Xteam激光位移傳感器3所測量的彈性梁4彎曲變形量數(shù)據(jù)，Kartuate表示力型驅(qū)動器1的剛度，示力型驅(qū)動器1隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量。所述靜態(tài)性能參數(shù)中作用力分辨率的測量步驟為以力型驅(qū)動器1的作用力分辨率的設計值為依據(jù)，計算得出力型驅(qū)動器1的電機相應的運動量，然后以該運動量為電機每次進給的固定運動量，重復測量若干次；記錄力傳感器2所測量的力型驅(qū)動器1輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器3所測量的彈性梁4的彎曲變形量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計計算，得出力型驅(qū)動器1在該運動量控制條件下，力型驅(qū)動器1作用力分辨率以及誤差，并與所要求的容許誤差相比較后調(diào)整電機運動量，重復上述步驟，直到滿足容許誤差，此條件下，將電機的運動量中減去彈性梁1的變形量，得到力型驅(qū)動器1的彈性變形量，根據(jù)力型驅(qū)動器1的剛度，進而得出力型驅(qū)動器1的作用力分辨率；所述靜態(tài)性能參數(shù)中作用力反轉(zhuǎn)精度的測量步驟為計算機對力型驅(qū)動器1的電機發(fā)送沿單向做恒定運動量的運動指令，再發(fā)送沿反方向做等量運動量的運動指令，如此重復測量若干次，記錄力傳感器2所測量的力型驅(qū)動器1輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器3所測量的彈性梁4的彎曲變形量數(shù)據(jù)，對測量數(shù)據(jù)進行本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
１．一種能動薄主鏡系統(tǒng)中力型驅(qū)動器性能檢測方法，其特征在于：所述檢測方法是基于彈性梁（４）的彎曲變形而實現(xiàn)對力型驅(qū)動器（１）的性能參數(shù)測量；力型驅(qū)動器（１）輸出軸經(jīng)由力傳感器（２）和柔性連接件（７）連接于彈性梁（４），利用力傳感器（２）測量力型驅(qū)動器（１）的輸出作用力，激光位移傳感器（３）測量彈性梁（４）的彎曲變形量，力傳感器（２）測出的力型驅(qū)動器（１）的輸出作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器（３）測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)均傳送于計算機（６），計算機（６）將彈性梁（４）的彎曲變形量從力型驅(qū)動器（１）的電機運動量中減去，從而間接實現(xiàn)對力型驅(qū)動器（１）隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量的測量，進而準確得出力型驅(qū)動器（１）的性能參數(shù)；所述力型驅(qū)動器（１）的性能參數(shù)包括靜態(tài)性能參數(shù)和動態(tài)性能參數(shù)，靜態(tài)性能參數(shù)包括承載能力、剛度、作用力分辨率和反轉(zhuǎn)精度；動態(tài)性能參數(shù)包括定位精度、控制帶寬；靜態(tài)性能參數(shù)的測量采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)，計算機（６）僅記錄力傳感器（２）和激光位移傳感器（３）在電機運動狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)，動態(tài)性能參數(shù)的測量閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，計算機（６）將力傳感器（２）及激光位移傳感器（３）的測量值與外部激勵信號相比較后控制電機的運動量；所述靜態(tài)性能參數(shù)中承載能力的測量步驟為：以力型驅(qū)動器（１）的設計承載能力為依據(jù)，全程測量力型驅(qū)動器（１）的運動軌跡，計算機（６）對力型驅(qū)動器（１）的電機發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)，多次重復測量，得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力型驅(qū)動器（１）對輸出作用力線性容許誤差的要求，得出承載能力；所述靜態(tài)性能參數(shù)中剛度的測量步驟為：在力型驅(qū)動器（１）的承載能力全程范圍內(nèi)，計算機（６）對力型驅(qū)動器（１）發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器（２）和激光位移傳感器（３）的測量數(shù)據(jù)，重復測量若干次；得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)Ｆｌｏａｄ和激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)ｘｂｅａｍ得出彈性梁（４）的剛度Ｋｂｅａｍ，然后根據(jù)力型驅(qū)動器（１）電機的位移當量ｘｍｏｔｏｒ與力傳感器（２）的測量數(shù)據(jù)Ｆｌｏａｄ得出力型驅(qū)動器（１）以及彈性梁（４）的整體剛度Ｋｔｏｔａｌ，最后得出力型驅(qū)動器（１）的剛度Ｋａｃｔｕａｔｏｒ，具體關(guān)系式如下：Ｋｔｏｔａｌ＝Ｆｌｏａｄ／ｘｍｏｔｏｒＫｂｅａｍ＝Ｆｌｏａｄ／ｘｂｅａｍＫａｃｔｕａｔｏｒ＝Ｆｌｏａｄ／ｘａｃｔｕａｔｏｒ＝ＫｔｏｔａｌＫｂｅａｍ／（Ｋｂｅａｍ－Ｋｔｏｔａｌ）式中Ｋｔｏｔａｌ表示力型驅(qū)動器（１）以及彈性梁（４）的整體剛度，ｘｍｏｔｏｒ表示力型驅(qū)動器（１）中電機的位移當量，Ｆｌｏａｄ表示力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)，Ｋｂｅａｍ表示彈性梁（４）的剛度，ｘｂｅａｍ激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）彎曲變形量數(shù)據(jù)，Ｋａｃｔｕａｔｏｒ表示力型驅(qū)動器（１）的剛度，ｘａｃｔｕａｔｏｒ表示力型驅(qū)動器（１）隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量。所述靜態(tài)性能參數(shù)中作用力分辨率的測量步驟為：以力型驅(qū)動器（１）的作用力分辨率的設計值為依據(jù)，計算得出力型驅(qū)動器（１）的電機相應的運動量，然后以該運動量為電機每次進給的固定運動量，重復測量若干次；記錄力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計計算，得出力型驅(qū)動器（１）在該運動量控制條件下，力型驅(qū)動器（１）作用力分辨率以及誤差，并與所要求的容許誤差相比較后調(diào)整電機運動量，重復上述步驟，直到滿足容許誤差，此條件下，將電機的運動量中減去彈性梁（１）的變形量，得到力型驅(qū)動器（１）的彈性變形量，根據(jù)力型驅(qū)動器（１）的剛度，進而得出力型驅(qū)動器（１）的作用力分辨率；所述靜態(tài)性能參數(shù)中作用力反轉(zhuǎn)精度的測量步驟為：計算機對力型驅(qū)動器（１）的電機發(fā)送沿單向做恒定運動量的運動指令，再發(fā)送沿反方向做等量運動量的運動指令，如此重復測量若干次，記錄力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)，對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出力型驅(qū)動器（１）的作用力反轉(zhuǎn)精度；所述動態(tài)性能參數(shù)中定位精度的測量步驟為：根據(jù)閉環(huán)負反饋的控制方式，計算機（６）根據(jù)外部矩形波激勵信號對力型驅(qū)動器（１）的電機發(fā)送運動指令，記錄力傳感器（２）所測量的力型驅(qū)動器（１）輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器（３）所測量的彈性梁（４）的彎曲變形量數(shù)據(jù)，然后針對不同幅值和頻率的矩形波激勵信號，重復上述測量步驟，得出力型驅(qū)動器（１）的定位精度；所述動態(tài)性能參數(shù)中控制帶寬的測量步驟為：根據(jù)閉環(huán)負反饋的控制方式，計...
【技術(shù)特征摘要】
1. 一種能動薄主鏡系統(tǒng)中力型驅(qū)動器性能檢測方法，其特征在于所述檢測方法是基于彈性梁的彎曲變形而實現(xiàn)對力型驅(qū)動器(1)的性能參數(shù)測量；力型驅(qū)動器(1)輸出軸經(jīng)由力傳感器( 和柔性連接件(7)連接于彈性梁G)，利用力傳感器( 測量力型驅(qū)動器⑴的輸出作用力，激光位移傳感器⑶測量彈性梁⑷的彎曲變形量，力傳感器⑵ 測出的力型驅(qū)動器(1)的輸出作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器C3)測量的彈性梁(4)的彎曲變形量數(shù)據(jù)均傳送于計算機(6)，計算機(6)將彈性梁(4)的彎曲變形量從力型驅(qū)動器(1) 的電機運動量中減去，從而間接實現(xiàn)對力型驅(qū)動器(1)隨作用力變化而產(chǎn)生的彈性變形量的測量，進而準確得出力型驅(qū)動器(1)的性能參數(shù)；所述力型驅(qū)動器(1)的性能參數(shù)包括靜態(tài)性能參數(shù)和動態(tài)性能參數(shù)，靜態(tài)性能參數(shù)包括承載能力、剛度、作用力分辨率和反轉(zhuǎn)精度；動態(tài)性能參數(shù)包括定位精度、控制帶寬；靜態(tài)性能參數(shù)的測量采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)，計算機(6)僅記錄力傳感器( 和激光位移傳感器C3)在電機運動狀態(tài)下的測量數(shù)據(jù)，動態(tài)性能參數(shù)的測量閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，計算機(6)將力傳感器( 及激光位移傳感器(3)的測量值與外部激勵信號相比較后控制電機的運動量；所述靜態(tài)性能參數(shù)中承載能力的測量步驟為以力型驅(qū)動器(1)的設計承載能力為依據(jù)，全程測量力型驅(qū)動器(1)的運動軌跡，計算機(6)對力型驅(qū)動器(1)的電機發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器( 所測量的力型驅(qū)動器(1)輸出的作用力數(shù)據(jù)和激光位移傳感器⑶所測量的彈性梁⑷的彎曲變形量數(shù)據(jù)，多次重復測量，得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力型驅(qū)動器(1)對輸出作用力線性容許誤差的要求，得出承載能力；所述靜態(tài)性能參數(shù)中剛度的測量步驟為在力型驅(qū)動器(1)的承載能力全程范圍內(nèi)， 計算機(6)對力型驅(qū)動器(1)發(fā)送單向恒速的運動指令，記錄力傳感器( 和激光位移傳感器(3)的測量數(shù)據(jù)，重復測量若干次；得到實驗數(shù)據(jù)后，根據(jù)力傳感器( 所測量的力型驅(qū)動器⑴輸出的作用力數(shù)據(jù)Flrad和激光位移傳感器(3)所測量的彈性梁⑷的彎曲變形量數(shù)據(jù)知_得出彈性梁(4)的剛度，然后根據(jù)力型驅(qū)動器(1)電機的位移當量Xm。t 與力傳感器⑵的測量數(shù)據(jù)Fltjad得出力型驅(qū)動器(1)以及彈性梁⑷的整體剛度Kt。tal，最后得出力型驅(qū)動器⑴的剛度Ka。tuat ，具體關(guān)系式如下Ktotal Fioad/XmotorV =P /νbeam 1 load/ y^beamKactuator ^load/^-actuator ^-total^beam/ ^beam ^-total^式中Kt。tal表示力型驅(qū)動器(1)以及彈性梁(4)的整體剛度，Xnrote表示力型驅(qū)動器(1) 中電機的位移當量，F(xiàn)lrad表示力傳感器(2)所測量的力型驅(qū)動器(1)輸出的作用力數(shù)據(jù)， Kb·表示彈性梁(4)的剛度，光位移傳感器C3)所測量的彈性梁(4)彎曲變形量數(shù)據(jù)，Kartuato表示力型驅(qū)動器(1)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張俊波，鮮浩，張學軍，楊金生，姚平，張雨東，
申請(專利權(quán))人：中國科學院光電技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：90
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