大型光机组件的装配精度分析及工艺改进

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1、分类号学号M201270414学校代码10487密级硕士学位论文大型光机组件的装配精度分析及工艺改进学位申请人：李桂华学科专业：机械电子工程指导教师：高亮教授答辩日期：2015年5月13日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringAssemblyPrecisionAnalysisandProcessImprovementforLargeOpto-MechanicalUn

2、itCandidate:LiGuihuaMajor:MachatronicEngineeringSupervisor:ProfessorGaoLiangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡

3、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签

4、名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要神光III作为新一代的大型高能固体激光装置，包含了48条光束，在每一条光束中都分布了大量的大型光机组件，而光机组件的装配精度对打靶精度有着直接的影响，因此对其提出了很高的精度要求，但是光机组件的超精密装配技术是个难以攻克的问题。本文采用大口径传输反射镜组件为主要分析对象，研究了反射镜组件的装配误差形成机理，从装配应力下的光学元件结构变形和装配几何误差的传递累计两方面进行了深入研究，提出了以反射镜组件为代表的大型光机组件装配精度的

5、分析方法。首先，针对光学元件的面形精度，通过有限元分析研究了装配预紧力下的光学元件的结构变形，通过Schmidt正交化得到了适用于矩形口径的Zernike多项式的变形，将有限元分析得到的原始面形结合Zernike波面拟合方法进行了面形精度分析。考虑装配预紧力的随机性，提出了基于蒙特卡罗法的不确定预紧力下的面形精度分析，研究了预紧力控制精度对面形精度的影响。在上述基础上得出了恰当的螺钉紧固方案，为优化反射镜的装配工艺提供了理论基础。然后，建立了光机组件装配系统的几何误差传递模型，考虑到误差在反射镜组

6、件多工序上的传递，采用反射镜组件的全尺寸三维实体模型，应用3DCS软件对反射镜的法线准直误差进行了仿真分析，发现法线偏转误差远超过性能要求。为此，建立了离线装校系统，补偿法线的偏转误差。此外针对光机组件的稳定性，进行了模态分析、随机振动分析和精度校核，结果显示现有的装配条件可以满足反射镜组件的稳定性要求。最后，基于上面的分析提出了装配工艺改进的思路，从垫片材料、螺钉控制精度和反射镜安装结构三个方面提出了改进方向。关键词：光机系统精密装配误差分析面形畸变稳定性I华中科技大学硕士学位论文Abstrac

7、tAsalargehigh-powersolid-statelaserdevice,SG-IIIcontains192beams,whichismadeupofanumberoflargeopticalcomponentswithhighprecision.Becauseofthedirectimpactonshootingaccuracy,opticalmachinecomponentsneedbeassembledwithhighaccuracyrequirements,whichisagre

8、attechnicalchallenge.Takereflectingmirrorunitwithsub-micronprecisionforexample,inordertoaccuratelydescribeformationmechanismofassemblyerror,structuraldeformationmechanismandassemblygeometrictolerancestack-upisstudiedandtheanalysismethodofassem