CN102243359B - 一种大孔径透镜挠性支撑方法 - Google Patents

Abstract

一种大孔径透镜挠性支撑方法，首先在具有一定厚度的圆形镜座外圆侧间隔120度加工三个凸台，每个凸台的外侧均加工出一个长方体结构的连接部件，凸台外侧沿镜座径向加工安装孔和销钉孔，连接部件上沿镜座轴向加工安装孔和销钉孔，凸台上沿镜座的轴向加工安装孔，凸台内侧加工带有台阶的小凸台。然后在透镜的外圆侧间隔120度加工对应的三个安装面，同时加工径向挠性元件和轴向压板。随后将径向挠性元件与透镜粘接，并将粘接后的组件通过安装孔和销钉孔固定在镜座中。最后通过轴向压板将透镜压紧，轴向压板通过安装孔固定在凸台上。本发明支撑方法从整体上提高了透镜的定位精度，改善了透镜在装配情况下的受力环境，可以消除场曲、像散等光学像差。

Description

一种大孔径透镜挠性支撑方法

技术领域

本发明涉及一种大孔径透镜支撑方法。

背景技术

在光学仪器中，透射成像是常用的光学成像技术，为了提高透射成像的性能，增大相对孔径是必然选择，即增大焦距的同时，又扩大参与成像透镜的尺寸，但此时会给大孔径透镜支撑结构设计带来较大的困难。

首先，透镜不可以进行轻量化设计，因此不可以对其进行背部支撑；其次由于大孔径透镜质量较一般透镜大，所以支撑结构要具有较好的刚度；此外由于透镜材料一般导热率低、比热小，其支撑结构的要求必须保证透镜具有良好的温度适应性。最后，也是最重要的要求，由于透镜的装配需要多次的拆装，并且由于透镜材料本身的刚度低，其装配要绝对避免大的装配应力而使透镜表面变形。而采用现有的压紧支撑方式容易产生场曲、像散等光学像差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种支撑简单、振动频率高、减振性能好的高精度大孔径透镜挠性支撑方法，可以消除场曲、像散等光学像差。

本发明的技术解决方案是：一种大孔径透镜挠性支撑方法，步骤如下：

(1)在具有一定厚度的圆形镜座外圆侧间隔120度加工三个凸台，每个凸台的外侧均加工出一个长方体结构的连接部件，所述连接部件与凸台的连接宽度为凸台外侧宽度的一半，凸台外侧另一半宽度上沿镜座的径向加工安装孔和销钉孔，连接部件上沿镜座的轴向加工安装孔和销钉孔，凸台上沿镜座的轴向加工安装孔，凸台内侧加工一个带有台阶的小凸台；

(2)在透镜的外圆侧间隔120度加工与所述三个凸台对应的三个安装面，安装面的宽度与所述小凸台上的台阶宽度一致；

(3)加工径向挠性元件和轴向压板；所述的径向挠性元件由头部和挠性片组成，径向挠性元件的头部开有与凸台外侧沿镜座的径向加工的安装孔和销钉孔对应的安装孔和销钉孔；所述的轴向压板由头部和挠性部件组成，轴向压板的头部开有与凸台上沿镜座的轴向加工的安装孔对应的安装孔，轴向压板的挠性部件是一段截面为半圆形的弧段；

(4)将径向挠性元件的挠性片与透镜安装面的外侧粘接，并将粘接后的组件通过安装孔和销钉孔固定在镜座中，固定时保证透镜安装面的下底面与镜座中小凸台的台阶上表面相配合；

(5)通过轴向压板的挠性部件将透镜安装面的上表面压紧，轴向压板通过安装孔固定在凸台上。

所述的径向挠性元件采用钛合金材料加工。

将径向挠性元件与透镜粘接时采用无应力胶，固化初期采用工装保持压紧，后期撤掉工装，使胶层向透镜以外释放固化应力。

在所述的径向挠性元件与镜座之间增加有调整垫片，调整垫片的厚度根据向挠性元件与镜座之间组装后的间隙决定。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)由于在透镜周边均匀分布的三点进行径向挠性和切向安装，因而实现了无应力或小应力装配，透镜表面不会发生破坏性的变形，避免了传统方式压紧产生的场曲、像散等光学像差；

(2)径向三点粘接安装实现了水平方向自由度的约束和绕水平轴、光轴转动自由度的约束，在轴向无应力压紧定位实现竖直方向自由度约束，因而实现了透镜六自由度的约束，定位安全可靠，该结构简单、重量轻、结构振动频率高、减振性能好、装配简单；

(3)在环境温度水平发生较大的变化时，挠性元件可以象片状弹簧一样发生弯曲，从而可以吸收外界载体或镜座的变形能，这时的透镜可以处在相对自由状态而得到保护；

(4)在发生组件级的温度场不均匀变化时，挠性元件受外界载荷作用而产生切向伸缩，即使三个挠性元件伸缩量不一致，也不会导致透镜产生绕水平轴的倾斜，而只会绕光轴产生旋转，此时成像质量不会降低；

(5)通过具体的分析计算，合理的选择具体参数，既能保证整个组件具有较高动态刚度，又保证了透镜具有较高的温度适应性，适合在特殊条件下，如航天成像或实验室内等检测光学仪器中使用。

附图说明

图1为本发明大孔径透镜挠性支撑装配示意图；

图2为本发明镜座的结构示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本发明大孔径透镜装配图；

图5为本发明径向挠性元件结构图；

图6为本发明轴向压板结构图；

图7为本发明调整垫片结构图。

具体实施方式

如图1所示，为采用本发明方法支撑后的透镜支撑结构示意图，图中1为镜座、2为大孔径透镜、3为挠性元件、4为轴向压板、5为调整垫片。本发明透镜挠性支撑方法的主要步骤如下：

(1)如图2和图3所示，在具有一定厚度的圆形镜座1外圆侧间隔120度加工三个凸台101～103，每个凸台的外侧均加工出一个长方体结构的连接部件104，所述连接部件104与凸台的连接宽度为凸台外侧宽度的一半，凸台外侧另一半宽度上沿镜座1的径向加工安装孔105和销钉孔106，连接部件104上沿镜座1的轴向加工安装孔105和销钉孔106，凸台101～103上沿镜座1的轴向加工安装孔105，凸台内侧加工一个带有台阶的小凸台107，小凸台107中的台阶上表面与大孔径透镜2安装面的下底面相配合，小凸台107的台阶另一侧留有空间放置径向挠性元件3的头部；

(2)如图4所示，在大孔径透镜2的外圆侧间隔120度加工三个等高的安装面201～203，需要分别与三个凸台101～103对应，安装面201～203的宽度与小凸台107的台阶宽度一致；

(3)如图5和图6所示，加工径向挠性元件3和轴向压板4；所述的径向挠性元件3由头部及挠性片组成，头部加工至少两个销钉孔106和安装孔105，与镜座1上的安装孔105和销钉孔106部位连接，径向挠性元件3的挠性片可以吸收大孔径透镜2因组装及温度带来的各种应力变形以保证支撑结构的精度；所述的轴向压板4由头部和挠性部件组成，头部加工至少两个安装孔105，与镜座1上的安装孔105连接，轴向压板4的挠性部件与大孔径透镜2的安装面为线接触，挠性部件的结构增大了受力时的缓冲保证了支撑结构的精度；径向挠性元件3采用钛合金材料。

(4)如图1所示，将三个径向挠性元件3的挠性片与大孔径透镜2的三个安装面201～203进行粘接，粘接时采用无应力胶，固化初期需要采用工装保持压紧，后期撤掉工装，使胶层向大孔径透镜2以外释放固化应力，整个固化过程需要按胶层固化的说明书控制湿度和温度。三个凸台101～103上与大孔径透镜2相配合的小台阶107需要保证等高。装配过程中需要在干涉仪上进行时时监测大孔径透镜2成像表面的精度；

(5)将大孔径透镜2和径向挠性元件3的组件试装入镜座1中以确定挠性元件3与镜座1之间的距离，根据测量距离修加工调整垫片5的厚度；调整垫片5的结构如图7所示；

(6)将大孔径透镜2正式装入镜座1中，确保径向挠性元件3、调整垫片5、镜座1具有良好的接触后，使用销钉定位，之后固定镜座1和径向挠性元件3；

(7)在保证大孔径透镜2面形精度的情况下，修磨轴向压板4的接触面，直到轴向压板4与大孔径透镜2按要求小过盈接触，并用螺钉连接到镜座1上；轴向压板4的厚度可以根据组装后镜座1与大孔径透镜2的高度差来修磨，修磨时需要时时监测厚度，直到轴向压板4与大孔径透镜2按要求小过盈接触。

(8)最后将镜座1通过螺钉和销钉固定到载体上，完成整个组件的装配。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种大孔径透镜挠性支撑方法，其特征在于步骤如下：

(1)在具有一定厚度的圆形镜座(1)外圆侧间隔120度加工三个凸台(101～103)，每个凸台的外侧均加工出一个长方体结构的连接部件(104)，所述连接部件(104)与凸台的连接宽度为凸台外侧宽度的一半，凸台外侧另一半宽度上沿镜座(1)的径向加工安装孔(105)和销钉孔(106)，连接部件(104)上沿镜座(1)的轴向加工安装孔(105)和销钉孔(106)，凸台(101～103)上沿镜座(1)的轴向加工安装孔(105)，凸台内侧加工一个带有台阶的小凸台(107)；

(2)在透镜(2)的外圆侧间隔120度加工与所述三个凸台(101～103)对应的三个安装面(201～203)，安装面(201～203)的宽度与所述小凸台(107)上的台阶宽度一致；

(3)加工径向挠性元件(3)和轴向压板(4)；所述的径向挠性元件(3)由头部和挠性片组成，径向挠性元件(3)的头部开有与凸台外侧沿镜座(1)的径向加工的安装孔(105)和销钉孔(106)对应的安装孔(105)和销钉孔(106)；所述的轴向压板(4)由头部和挠性部件组成，轴向压板(4)的头部开有与凸台(101～103)上沿镜座(1)的轴向加工的安装孔(105)对应的安装孔(105)，轴向压板(4)的挠性部件是一段截面为半圆形的弧段；

(4)将径向挠性元件(3)的挠性片与透镜(2)安装面的外侧粘接，并将粘接后的组件通过安装孔(105)和销钉孔(106)固定在镜座(1)中，固定时保证透镜(2)安装面的下底面与镜座(1)中小凸台(107)的台阶上表面相配合；

(5)通过轴向压板(4)的挠性部件将透镜(2)安装面的上表面压紧，轴向压板(4)通过安装孔(105)固定在凸台(101～103)上。

2.根据权利要求1所述的一种大孔径透镜挠性支撑方法，其特征在于：所述的径向挠性元件(3)采用钛合金材料加工。 

3.根据权利要求1所述的一种大孔径透镜挠性支撑方法，其特征在于：将径向挠性元件(3)与透镜(2)粘接时采用无应力胶，固化初期采用工装保持压紧，后期撤掉工装，使胶层向透镜(2)以外释放固化应力。

4.根据权利要求1所述的一种大孔径透镜挠性支撑方法，其特征在于：在所述的径向挠性元件(3)与镜座(1)之间增加有调整垫片(5)，调整垫片(5)的厚度根据径向挠性元件(3)与镜座(1)之间组装后的间隙决定。 

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