CN103293634A - 一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，所述支撑装置中镜框的侧面上分别安装有三个球头支座，每个球头支座上分别通过螺纹安装有一个球头杆，每一个所述球头杆的一端安装有一个定位球头，所述镜架的边缘分别设置有三个定位块，三个定位块分别为平面块、圆锥凹槽块和V型凹槽块。三个定位球头分别置于三个定位块内，约束所述镜框的六个自由度。与V型凹槽块对应的球头杆上设置调节螺杆实现此球头杆与球头支座间的相对运动，通过调节球头杆与球头支座间的相对位置实现镜框的俯仰、偏转调节以及中心调节。本发明具有结构简单、定位准确，可以实现快速安装和更换，保证了安装和维修更换时的维修效率。

Description

一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置

技术领域

 本发明属于精密光机领域，具体涉及一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置。

背景技术

大口径反射镜现在多用于大科学装置工程项目，如激光聚变项目、空间望远镜项目等，由于结构厚重、造价昂贵以及位置精度要求精确使得其定位调整结构必须精密且可靠。随着国内大工程项目的开展，日益增加的反射镜数量和调试时间的限制要求反射镜快速、精确的实现定位精度和重复定位精度，同时实现在线精密调节。

传统的光学元件安装多采用非运动学方法或半运动学方法，即通过保证机械加工的精度、施加预压力或设计弹性环节来约束元件关键方向的运动等措施，以保证光学元件的安装精度。

传统的光学元件安装缺点是不可避免的引入过约束，从而造成光学元件表面的面形畸变，影响传输光束的质量。同时，在诸如大量反射镜安装调整等要求大规模现场联调和维修更换的情况下，要求元件快速精确定位，但传统方法需要一个个单独调整，元件不能快速到达预定位置。无法快速完成大规模作业，同时，即使连接结构实现了快速定位，加工误差、安装误差等使得现场联调和维修更换时实际位置和预定位置不能重合，而原有的精调机构不具备进一步的调整要求，极端情况下可能造成始终调整不到位，导致系统工作效率低下。

发明内容

为了克服已有技术中不能完全实现光学元件的快速精确定位和重复定位以及在线精密调整的不足，本发明提供一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特点是，所述的支撑装置包括用于安装大口径反射镜的镜框、用于安装镜框的镜架、顶端安装有定位球头的第一球头杆、第二球头杆、第三球头杆、第一球头支座、第二球头支座、第三球头支座，其连接关系是，所述镜架的安装面与地面垂直，镜框与镜架的安装面平行设置；所述镜框的左侧边上方安装有第一球头支座，镜框的右侧边上安装有第二球头支座，镜框的左侧边下方安装有第三球头支座；第一球头杆设置于镜框左侧边的上方；第二球头杆设置于镜框右侧边的上方；第三球头杆设置于镜框左侧边的下方；所述第一球头支座与第一球头杆通过螺纹配合连接，第三球头支座与第三球头杆通过螺纹配合连接，第二球头支座下表面为V型槽，与第二球头支座下表面配合的第二球头杆的表面为V型槽，第二球头支座与第二球头杆通过V型槽配合接触，调节螺杆安装于第二球头支座、第二球头杆之间，调节螺杆以第二球头支座为旋转基础，调节螺杆与第二球头杆通过螺纹配合连接；每个球头杆的一端设置有一个定位球头；所述镜架的左安装面上侧设置有圆锥凹槽块，镜架的右安装面设置有V型凹槽块，镜架的左安装面下侧设置有平面块；所述第一球头杆的定位球头放置于对应的圆锥凹槽块内，所述第二球头杆的定位球头放置于对应的V型凹槽块内，所述第三球头杆的定位球头与对应的平面块接触连接，平面块与第三球头支座之间通过弹簧连接，平面块与第三球头支座通过弹簧拉紧力保持接触。

所述镜架的安装面与地面垂直。

所述第一球头杆、第二球头杆的中心线平行于镜架的安装面，第三球头杆的中心线垂直于镜架的安装面。

通过调节第一球头杆与第一球头支座间的相对位置实现镜框的中心调节。

通过调节第三球头杆与第三球头支座间的相对位置实现现镜框的俯仰调节，镜框俯仰调节轴线为以第一球头杆定位球头、第二球头杆定位球头的连线。通过调节第二球头杆与第二球头支座间的相对位置实现镜框的偏转调节，镜框偏转调节轴线为以第一球头杆定位球头、第三球头杆定位球头的连线。

通过第一球头杆定位球头、第二球头杆定位球头的镜框俯仰轴线与通过第一球头杆定位球头、第三球头杆定位球头的偏转轴线成直角分布。

所述第二球头支座、第二球头杆之间配合位置设计为V型配合面。

所述调节螺杆带动第二球头杆在第二球头支座内沿镜面法线方向的位置移动。

所述第一球头杆、第二球头杆、第三球头杆均由轴承钢9Cr18制成；所述圆锥凹槽块、平面块和V型凹槽块均由304不锈钢制成。球头杆的材料应比定位块的材料硬度高。

所述第一球头杆、第二球头杆、第三球头杆与对应的圆锥凹槽块、平面块、V型凹槽块的接触面的表面光洁度为Ra0.4。

本发明采用运动学支承作为镜框结构的定位机构，具有微米量级的定位精度和重复定位精度，其结构简单、定位准确，可以实现快速安装和更换，保证了安装和维修更换时的维修效率，并且本发明改变传统运动学支承的定位方向，使得满足竖向安装的反射镜的安装结构，采用可调整式结构作为镜框结构的调节机构，在结构精确定位后实现在线和离线两种状态下的镜片中心对中以及俯仰和偏转两维角度调节，弥补其在某些场合一次定位后不能再次微调的缺点，降低了加工和安装难度，便于快速实现大规模安装调试，本发明的定位调整结构可靠，且各零部件能够方便拆卸，易于检修维护或更换。

附图说明

图1是本发明的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置的结构示意图;

图2是图1中的A—A剖视图;

图3是图1中的B—B剖视图;

图中:1.镜架    2.圆锥凹槽块     3.第一球头杆     4.第一球头支座     5.镜框     6.第二球头支座     7.第二球头杆     8.V型凹槽块     9.第三球头支座     10.第三球头杆     11.平面块     12.弹簧     13.调节螺杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

图1是本发明的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，图2是图1中的A—A剖视图，图3是图1中的B—B剖视图。在图1～图3中，本发明的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，包括用于安装大口径反射镜的镜框5、用于安装镜框5的镜架1、顶端安装有定位球头的第一球头杆3、第二球头杆7、第三球头杆10、第一球头支座4、第二球头支座6、第三球头支座9；镜架1的安装面与地面垂直，镜框5与镜架1的安装面平行设置；所述镜框5的左侧边上方安装有第一球头支座4，镜框5的右侧边上安装有第二球头支座6，镜框5的左侧边下方安装有第三球头支座9；第一球头杆3设置于镜框5左侧边的上方；第二球头杆7设置于镜框5右侧边的上方；第三球头杆10设置于镜框5左侧边的下方。所述第一球头支座4与第一球头杆3通过螺纹配合连接，第三球头支座9与第三球头杆10通过螺纹配合连接，第二球头支座6下表面为V型槽，与第二球头支座6下表面配合的第二球头杆7的表面为V型槽，第二球头支座6与第二球头杆7通过V型槽配合接触，调节螺杆13安装于第二球头支座6、第二球头杆7之间，调节螺杆13以第二球头支座6为旋转基础，调节螺杆13与第二球头杆7通过螺纹配合连接；每个球头杆的一端设置有一个定位球头；所述镜架1的左安装面上侧设置有圆锥凹槽块2，镜架1的右安装面设置有V型凹槽块8，镜架1的左安装面下侧设置有平面块11；所述第一球头杆3的定位球头放置于对应的圆锥凹槽块2内，所述第二球头杆7的定位球头放置于对应的V型凹槽块8内，所述第三球头杆10的定位球头与对应的平面块11接触连接，平面块11与第三球头支座9之间通过弹簧12连接，平面块11与第三球头支座9通过弹簧12拉紧力保持接触。

所述镜架1的安装面与地面垂直。

所述第一球头杆3、第二球头杆7的中心线平行于镜架1的安装面，第三球头杆10的中心线垂直于镜架1的安装面。

通过调节第一球头杆3与第一球头支座4间的相对位置实现镜框的中心调节。

通过调节第三球头杆10与第三球头支座9间的相对位置实现现镜框5的俯仰调节，镜框5俯仰调节轴线为以第一球头杆3定位球头、第二球头杆7定位球头的连线。通过调节第二球头杆7与第二球头支座6间的相对位置实现镜框5的偏转调节，镜框5偏转调节轴线为以第一球头杆3定位球头、第三球头杆10定位球头的连线。

通过第一球头杆3定位球头、第二球头杆7定位球头的镜框5俯仰轴线与通过第一球头杆3定位球头、第三球头杆10定位球头的偏转轴线成直角分布。

所述第二球头支座6、第二球头杆7之间配合位置设计为V型配合面。

所述调节螺杆13带动第二球头杆7在第二球头支座6内沿镜面法线方向的位置移动。

所述弹簧12拉紧镜架1与镜框5之间的相对位置。

所述第一球头杆3、第二球头杆6、第三球头杆10均由轴承钢9Cr18制成；所述圆锥凹槽块4、平面块8和V型凹槽块11均由304不锈钢制成。

所述第一球头杆3、第二球头杆6、第三球头杆10与对应的圆锥凹槽块4、平面块8、V型凹槽块11的接触面的表面光洁度为Ra0.4。

本发明的工作原理是：

本发明的第一球头杆3上的定位球头与圆锥凹槽块2配合，约束镜框5的三个平动自由度，同时为反射镜的转动提供支点，确定镜框5中镜片的中心点位置。在初始调整时松开第一球头支座4上的螺母，调节第一球头杆3在第一球头支座4内的高低位置，移动镜片中心至允许的理论位置范围内，调节完毕后，锁紧第一球头支座4上的螺母，定位调节后的位置。

第二球头杆7上的定位球头与V型凹槽块8接触连接，约束镜框5的两个旋转自由度。第二球头支座6与第二球头杆7之间配合位置设计为V型槽配合面，通过旋转调节螺杆13带动第二球头杆7在第二球头支座6内沿镜面法线方向的位置移动，实现镜框5与第二球头支座6间的相对位置变化，使得反射镜绕第一球头杆3定位球头中心、第三球头杆10定位球头中心连线作偏转运动。第二球头杆7调节完毕后，锁紧位于第二球头杆7上的锁紧螺母，定位调节后的位置。其中，第二球头杆7上的定位球头和第二球头支座8之间的相对运动通过旋转安装于第二球头杆7和第二球头支座6上的调节螺杆13，带动第二球头杆7沿第二球头杆7和第二球头支座6上的配合的V型槽配合面移动。

第三球头杆10上的定位球头与平面块11接触连接，约束镜框5的一个旋转自由度。通过旋转第三球头杆10实现镜框5的俯仰调节。在初始调整时松开第三球头支座9上的螺母，调节第三球头杆10在第三球头支座9内的前后位置，带动镜框5作沿第一球头杆3定位球头和第二球头杆7定位球头的中心连线作俯仰运动。调节完毕后，锁紧第三球头支座9上的螺母，位于第三球头支座9与平面块11之间的弹簧12拉紧镜架1与镜框5之间的相对位置。

本发明中三个定位球头和三个定位块之间接触部分接触应力较大，且反复使用次数较多，要求选择耐摩擦、高硬度的材料。三个定位球头均由轴承钢9Cr18制成，定位块均由304不锈钢制成。三个定位球头和三个定位块接触位置的表面光洁度为Ra0.4。

Claims (6)

1.一种竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：所述的支撑装置包括用于安装大口径反射镜的镜框（5）、用于安装镜框（5）的镜架（1）、顶端安装有定位球头的第一球头杆（3）、第二球头杆（7）、第三球头杆（10）、第一球头支座（4）、第二球头支座（6）、第三球头支座（9），其连接关系是，镜架（1）的安装面与地面垂直，镜框（5）与镜架（1）的安装面平行设置；所述镜框（5）的左侧边上方安装有第一球头支座（4），镜框（5）的右侧边上安装有第二球头支座（6），镜框（5）的左侧边下方安装有第三球头支座（9）；第一球头杆（3）设置于镜框（5）左侧边的上方；第二球头杆（7）设置于镜框（5）右侧边的上方；第三球头杆（10）设置于镜框（5）左侧边的下方；所述第一球头支座（4）与第一球头杆（3）通过螺纹配合连接，第三球头支座（9）与第三球头杆（10）通过螺纹配合连接，第二球头支座（6）下表面为V型槽，与第二球头支座（6）下表面配合的第二球头杆（7）的表面为V型槽，第二球头支座（6）与第二球头杆（7）通过V型槽配合接触，调节螺杆（13）安装于第二球头支座（6）、第二球头杆（7）之间，第一球头杆（3）设置于镜框（5）左侧边的上方，第二球头杆（7）设置于镜框（5）右侧边的上方，第三球头杆（10）设置于镜框（5）左侧边的下方；所述镜架（1）的左安装面上侧设置有圆锥凹槽块（2），镜架（1）的右安装面设置有V型凹槽块（8），镜架（1）的左安装面下侧设置有平面块（11）；所述第一球头杆（3）的定位球头放置于对应的圆锥凹槽块（2）内，所述第二球头杆（7）的定位球头放置于对应的V型凹槽块（8）内，所述第三球头杆（10）的定位球头与对应的平面块（11）接触连接；平面块（11）与第三球头支座（9）之间通过弹簧（12）连接。

2.根据权利要求1所述的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：所述镜架（1）的安装面与地面垂直。

3.根据权利要求1所述的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：所述第一球头杆（3）、第二球头杆（7）的中心线平行于镜架（1）的安装面，第三球头杆（10）的中心线垂直于镜架（1）的安装面。

4.根据权利要求1所述的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：通过第一球头杆（3）定位球头、第二球头杆（7）定位球头的镜框（5）俯仰轴线与通过第一球头杆（3）定位球头、第三球头杆（10）定位球头的偏转轴线成直角分布。

5.根据权利要求1所述的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：所述第一球头杆（3）、第二球头杆（6）、第三球头杆（10）均采用轴承钢9Cr18制成；所述圆锥凹槽块（4）、平面块（8）和V型凹槽块（11）均由304不锈钢制成。

6.根据权利要求1所述的竖向放置大口径反射镜用可调式支撑装置，其特征在于：所述第一球头杆（3）、第二球头杆（6）、第三球头杆（10）与对应的圆锥凹槽块（4）、平面块（8）、V型凹槽块（11）的接触面的表面光洁度为Ra0.4。

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