CN102707411B - 一种紧凑型折轴反射镜的万向调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，包括旋转调整组件、平移调整组件以及安装组件，安装组件包括转向板、固定在转向板的中心且与主反射镜光轴重合的安装轴以及固定在安装轴另一端的连接头，转向板的另一端与折轴镜背板固定连接，转向板的几何中心与折轴反射镜的光学中心在一条直线上。本发明解决了现有折轴反射镜的调节方式耗费时间和人力的技术问题，提供一种具备万向调节的紧凑型反射镜调整机构，省去了垫片，避免了反复的修研工作，而且不需拆卸折轴反射镜本身，仅仅通过简单的调整，即可完成反射镜的精密定位。

Description

一种紧凑型折轴反射镜的万向调节机构

技术领域

本发明属于反射镜调节领域，具体涉及一种紧凑型万向调节折轴反射镜机构。 

背景技术

大口径长焦距平行光管是大焦距光学遥感相机调试和检测的关键设备，其性能直接影响相机分系统联调、测试工作的进度以及检测结果的准确度。因此，保证成像质量，提高光学性能的稳定性是大口径长焦距平行光管结构设计的首要任务。一般大口径长焦距的平行光管总尺寸很长，平行光管主要性能指标：焦距f：20M；通光口径D：Φ600mm；中心线遮拦b：≤Φ100mm，为了降低光管尺寸，通过采用2.5X放大倍组与焦距8米的主反射镜相结合的光学系统，在降低系统总跨度的基础上形成20M焦距的平行光管。光学系统如图1所示： 

从图1中不难看出，图中的折轴反射镜承担着将光学系统的有效视场合理引出，使主反射镜的光轴与后透镜放大倍组的光轴保证共轴，折轴反射镜的倾斜和偏心将会严重影响光学系统的成像质量，同时折轴反射镜在沿光轴方向的位置也将影响系统最终的成像质量。因此对折轴反射镜的安装精度和调整功能提出了较高的要求，应该具有沿光轴方向前后移动的功能和调整倾斜和偏心的功能。 

在平行光管的装配调试中，需要多次的调整折轴反射镜的角度和位置。传统的折轴反射镜支撑采用法兰盘固定式：通过修研配合面间垫片的不等厚角度，实现反射镜倾斜的调整；通过等厚的修研垫片，完成反射镜位置的调整。这样需要不断的拆卸反射镜，以及在反射镜背部垫入不同厚度的垫片。当反射镜需要进行倾斜调整时，即使按要求修配了垫片角度，但由于旋转及平移运动的耦合作用，反射镜的平动位置也会产生影响，从而带来额外的调整工作。因而折轴反射镜的装调工作是非常耗费时间和人力的。 

发明内容

为了解决现有折轴反射镜的调节方式非常耗费时间和人力的技术问题，本发明提供一种具备万向调节的紧凑型反射镜调整机构，省去了垫片，避免了反 复的修研工作，而且不需拆卸折轴反射镜本身，仅仅通过简单的调整，即可完成反射镜的精密定位。 

本发明的技术解决方案： 

一种紧凑型万向调节折轴反射镜机构，其特征在于：包括旋转调整组件、平移调整组件以及安装组件， 

所述安装组件包括转向板、固定在转向板的中心且与主反射镜光轴重合的安装轴以及固定在安装轴另一端的连接头，所述转向板的另一端与折轴镜背板固定连接，所述转向板的几何中心与折轴反射镜的光学中心在一条直线上， 

所述旋转调整组件包括调节轴、压环、设置在调节轴与安装轴配合一端的固定头、至少三个锁紧螺钉以及设置在调节轴另一端的调节球头，所述固定头与连接头固定连接， 

所述平移调整组件包括与折轴反射镜支架固连的轴套、与轴套内孔相适配的芯轴以及套接在芯轴上且位于轴套两侧的前锁紧螺母和后锁紧螺母，所述轴套的中心线和芯轴的中心线均与主反射镜的光轴重合，所述芯轴与调节轴配合的一端设置有球窝状配合头， 

所述压环的外圆周侧与配合头固定连接，所述压环上靠近调节球头的一端设置有至少三个圆周均布且与主反射镜的光轴成45°夹角的螺纹孔，所述锁紧螺钉穿过所述螺纹孔后作用于调节球头外侧面从而将调节球头压紧在配合头上，所述调节球头在配合头内配合旋转； 

所述调节轴与主反射镜的光轴重合，所述球窝状配合头的球心与折轴反射镜的中心重合。 

上述配合头上圆周均布有多个防滑槽，所述防滑槽的位置与螺纹孔的位置相对，所述防滑槽的数量与螺纹孔数量一致。 

上述固定头和连接头之间设置有与主反射镜的光轴垂直的修切垫。 

上述转向板与折轴镜背板通过三个螺钉固定连接，所述螺钉与转向板之间设置有球形垫片。 

上述固定头上圆周均布有多个凸起，所述压环接触调节球头一端圆周均布有多个可供凸起穿过的豁口。 

上述螺纹孔为4个。 

本发明所具有的优点： 

1、本发明将球窝状配合头的球心设置在折轴反射镜的中心处，球形配合面为了对反射镜的旋转进行调整，这样就是保证了配合面的球心在折轴反射镜的中心。紧凑型万向调节折轴反射镜机构，既可沿主反射镜光轴方向平移也可沿反射面X、Y方向旋转，调整时自由度间串扰（即调整某一个自由度时，调整环节对其余自由度的干扰）最小，旋转调整折轴反射镜的时候能够保持住反射面中心不会跑离。 

2、本发明采用在压环上设置有多个圆周均布的45°螺纹孔，通过设置在螺纹孔中的螺钉对旋转调节到位的调节球头进行锁紧，并且45度以及圆周均布既能保证锁紧力的合力沿芯轴轴线方向，又能保证有足够大的分力对调节球头平移及旋转方向锁紧。 

3、本发明在调节球头设置有防滑槽，为了使锁紧螺钉在锁紧时能够锁紧到位，同时消除了反射镜绕芯轴轴线方向的旋转。 

4、本发明在固定头上圆周均布有多个凸起形成梅花形，并且对应将压环也设置有多个与凸起对应的豁口，为了安装方便，并且减小固定头的体积，避免额外的遮拦以防遮挡主反射镜的出射平行光。 

5、万向调整机构，调整方便，无需拆装反射镜，装配和后期维护效率得到大幅提升，结构紧凑轻便、满足光学系统线遮拦的要求。 

6、折轴镜背板与转向板采用钛合金材料，热膨胀系数较低且与反射镜材料接近，降低了因温度场变化导致的反射镜面型不稳定的风险；球形垫片采用1Cr18Ni9Ti，刚度较高、抗氧化；压环、芯轴、调节轴采用45号钢，刚度高、耐磨且稳定性好。前后锁紧螺母采用超硬铝材料，经过黑色阳极氧化处理以后抗氧化耐腐蚀。不同配合材料的选用，提升了结构的耐久性、保证了调整精度和稳定性。 

7、折轴反射镜背板与转向板之间通过三个螺钉连接，为了降低旋紧螺钉后带来的应力，螺钉垫片采用具有自适应功能的球形垫片。 

附图说明

图1为平行光管的光学系统结构示意图； 

图2为本发明紧凑型万向调节折轴反射镜机构的结构示意图； 

图3为本发明芯轴的结构示意图； 

图4为本发明平移调整组件的结构示意图； 

图5为本发明旋转调整组件的剖视图； 

图6为本发明旋转调整组件的主视图； 

图7为本发明旋转调整组件的立体图； 

图8为平移调整组件与旋转调整组件的装配结构示意图； 

图9为图8部分剖视图； 

图10为本发明配合的工作示意图，其中图10.a配合面球心在反射镜上；图10.b配合面球心在反射镜外； 

其中附图标记为：1-折轴镜背板，2-转向板，3-球形垫片，4-修切垫，5-调节轴，6-压环，7-芯轴，8-前锁紧螺母，9-轴套，10-锁紧圈，11-后锁紧螺母，12-安装轴，13-连接头，14-固定头，15-配合头，16-调节球头，17-凸起，18-豁口，19-防滑槽，20-螺纹孔，21-锁紧螺钉。 

具体实施方式

一种紧凑型万向调节折轴反射镜机构，包括旋转调整组件、平移调整组件以及安装组件， 

安装组件包括转向板2、固定在转向板2的中心且与主反射镜光轴重合的安装轴12以及固定在安装轴另一端的连接头13，转向板2的另一端与折轴镜背板1固定连接，转向板的几何中心与折轴反射镜的光学中心在一条直线上，保证调整转向板就是对折轴反射镜的调节； 

旋转调整组件包括调节轴5、压环6、设置在调节轴与安装轴配合一端的固定头14、至少三个锁紧螺钉21以及设置在调节轴另一端的调节球头16，固定头与连接头固定连接， 

平移调整组件包括与折轴反射镜支架固连的轴套9、与轴套内孔相适配的芯轴7以及套接在芯轴上且位于轴套两侧的前锁紧螺母8和后锁紧螺母11，轴套的中心线和芯轴的中心线均与主反射镜的光轴重合，芯轴与调节轴配合的一端设置有球窝状配合头15， 

压环的外圆周侧与配合头固定连接，压环上靠近调节球头的一端设置有至少三个圆周均布且与主反射镜的光轴成45°夹角的螺纹孔20，锁紧螺钉穿过所 述螺纹孔后作用于调节球头外侧面从而将调节球头压紧在配合头上，调节球头在配合头内配合旋转；调节轴与主反射镜的光轴重合，球窝状配合头的球心与折轴反射镜的中心重合。 

为了使锁紧螺钉在锁紧时能够锁紧到位，同时消除了反射镜绕芯轴轴线方向的旋转，配合头上圆周均布有多个防滑槽19，防滑槽的位置与螺纹孔的位置相对，所述防滑槽的数量与螺纹孔数量一致。 

固定头和连接头之间设置有与主反射镜的光轴垂直的修切垫4。转向板与折轴镜背板通过三个螺钉固定连接，所述螺钉与转向板之间设置有球形垫片3。固定头上圆周均布有多个凸起17，所述压环接触调节球头一端圆周均布有多个可供凸起穿过的豁口18。螺纹孔为4个。 

下面分别介绍旋转自由度的调节和平动自由度的调节： 

一、旋转调整机构 

结合标校和使用要求，折轴反射镜部件要求具有平移（沿光轴方向）及旋转（沿反射面X、Y方向）的调节功能。为了使得调整时自由度间串扰（即调整某一个自由度时，调整环节对其余自由度的干扰）最小，设计要求保证在旋转调整折轴反射镜的时候能够保持住反射面中心不会跑离，要求各旋转配合面的中心位于镜面中心。 

如图10所示，如果弧形运动配合面的圆心正好在反射镜中心，则无论如何旋转反射镜部件，反射镜中心始终在光轴上。这样可以避免因反射镜跑偏可能带来的漏光等问题，并且极大的方便了光学装调。 

为了达到这种目的，要求运动配合零件在加工时其曲率需要严格的保证（机械加工后适量对研球头球窝，依靠加工保证精度），而且在反射镜与运动件之间增加修研环节（增加修切垫片），保证结构旋转中心正好位于反射镜面上。折轴反射镜组件可实现2个旋转自由度及1个轴向自由度的调节。 

如上图10.a所示，如果运动配合面的球心正好在反射镜中心，则无论如何旋转反射镜部件，反射镜中心始终在光轴上。对于旋转中心不在反射镜中心的情况，如图10.b所示，当旋转反射镜时，入射光线会落在反射镜面的不同位置，这样在将出射光与入射光的夹角调整为90度后，光轴会有距离为D的偏移，因此还需要调整轴向位置，于是增加了调校的难度。 

本发明中通过修切垫4，保证调节头与配合头的配合面（球配合）的球心位于折轴反射镜的中心点，于是在调节设置在螺纹孔内的锁紧螺钉时，始终能够保证折轴反射镜始终在绕反射面中心旋转。这样将折轴反射镜的转动与轴向运动分离开，在调整旋转时避免进行轴向位移的调节。 

二、平动调整机构（轴向调节） 

轴套9通过左侧4个螺钉孔将整个反射镜调整机构固定在反射镜支架上；轴套内孔与芯轴7精密滑动配合；芯轴与前后锁紧螺母采用细牙螺纹配合。进行轴向调整时，松开锁紧圈10，通过对前锁紧螺母8，后锁紧螺母11的松放，实现芯轴相对于轴套9的微量调整。调整完毕后，旋紧压在锁紧圈上的螺钉可对芯轴进行夹持固紧。如下图所示，左侧为折轴反射镜组件的三维效果图，右侧为沿主镜光轴方向看到的折轴反射镜组件角度图，可以看出，折轴反射镜背部的结构件隐藏在反射镜阴影中，基本不会对平行光管的光拦造成影响。满足线性遮拦100mm的要求。 

三、锁紧机构 

方便可靠的锁紧部件，是光机系统稳定工作的前提，旋转调整机构的锁紧部分，采用4个沿45度向右施加的预紧力完成对球头、球窝的固定。球头上的受力点（螺钉顶的位置）低于工作面，防止由于长期受力导致配合面变形影响结构的调整精度和稳定性。 

轴向调整机构的锁紧采用锁紧压圈受力夹持的方式，锁紧压圈采用铜质材料，芯轴为钢件，选择不同材料的配合，避免了相同材料受力挤压而粘合抱死。受压圈夹持部分尺寸小于芯轴与轴套的配合尺寸，避免长期、多次夹持对面型的破坏，提高了调整机构的耐用性。 

Claims (6)

1.一种紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：包括旋转调整组件、平移调整组件以及安装组件，

所述安装组件包括转向板以及与主反射镜光轴重合的安装轴，所述转向板的一端中心和与安装轴的一端固定连接，所述安装轴的另一端固定有连接头，所述转向板的另一端与折轴镜背板固定连接，所述转向板的几何中心与折轴反射镜的光学中心在一条直线上，

所述旋转调整组件包括调节轴、压环、设置在调节轴与安装轴配合一端的固定头、至少三个锁紧螺钉以及设置在调节轴另一端的调节球头，所述固定头与连接头固定连接，

所述平移调整组件包括与折轴反射镜支架固连的轴套、与轴套内孔相适配的芯轴以及套接在芯轴上且位于轴套两侧的前锁紧螺母和后锁紧螺母，所述轴套的中心线和芯轴的中心线均与主反射镜的光轴重合，所述芯轴与调节轴配合的一端设置有球窝状配合头，

所述压环的外圆周侧与配合头固定连接，所述压环上靠近调节球头的一端设置有至少三个圆周均布且与主反射镜的光轴成45°夹角的螺纹孔，所述锁紧螺钉穿过所述螺纹孔后作用于调节球头外侧面从而将调节球头压紧在配合头上，所述调节球头在配合头内配合旋转；

所述调节轴与主反射镜的光轴重合，所述球窝状配合头的球心与折轴反射镜的中心重合。

2.根据权利要求1所述的紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：所述配合头上圆周均布有多个防滑槽，所述防滑槽的位置与螺纹孔的位置相对，所述防滑槽的数量与螺纹孔数量一致。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：所述固定头和连接头之间设置有与主反射镜的光轴垂直的修切垫。

4.根据权利要求3所述的紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：所述转向板与折轴镜背板通过三个螺钉固定连接，所述螺钉与转向板之间设置有球形垫片。

5.根据权利要求4所述的紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：所述固定头上圆周均布有多个凸起，所述压环接触调节球头一端圆周均布有多个可供凸起穿过的豁口。

6.根据权利要求5所述的紧凑型折轴反射镜的万向调节机构，其特征在于：所述螺纹孔为4个。

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