CN103529537A

CN103529537A - 一种运动平台上平面反射镜的支撑结构

Info

Publication number: CN103529537A
Application number: CN201310495259.3A
Authority: CN
Inventors: 刘兴法; 扈宏毅; 温正明; 刘儒贞; 包启亮
Original assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Current assignee: Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: CN103529537B

Abstract

本发明一种运动平台上平面反射镜的支撑结构，由法兰环、压块、套筒、顶板、锁紧环、球头杆和直线电机组成；平面反射镜的背部通过边缘支撑的方式支撑在法兰环上，平面反射镜通过多个压块压紧，压块固定在法兰环上；套筒固定在平面反射镜的背部上，顶板与套筒固定连接；球头杆的一端支撑在顶板上，通过锁紧环锁紧球头杆，球头杆的另一端与直线电机连接，直线电机固定在法兰环上。本发明适用于运动平台上光学仪器中平面反射镜的支撑。

Description

一种运动平台上平面反射镜的支撑结构

技术领域

本发明涉及一种运动平台上平面反射镜的支撑结构，具体的说，就是在运动平台的振动冲击环境下，保证平面反射镜的面形误差满足要求。

背景技术

为了保证成像质量，往往对光学系统中的面形精度要求较高，尤其对反射镜的面形要求较高；对于小口径的平面反射镜，采用背部边缘支撑的方式即可保证面形要求，对于较大口径的反射镜，目前主要采用柔性支撑的支撑方式，对于运动平台上光学系统中的平面反射镜，柔性支撑可以保证面形要求，但要求柔性支撑的搭载平台具有很高的刚度，否则搭载平台的变形会通过柔性支撑件传递到平面反射镜上，具有高刚度的柔性支撑的搭载平台意味着会增加载荷重量和体积。在振动环境下，不能够保证平面反射镜的面形误差的要求，不能适应振动环境的支撑方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为运动平台上光学系统中的平面反射镜提供一种安全可靠的支撑方式。

本发明一种运动平台上平面反射镜的支撑结构解决技术问题所采用的技术方案是由法兰环、压块、套筒、顶板、锁紧环、球头杆和直线电机组成；平面反射镜的背部通过边缘支撑的方式支撑在法兰环上，平面反射镜通过多个压块压紧，压块固定在法兰环上；套筒固定在平面反射镜的背部上，顶板与套筒固定连接；球头杆的一端支撑在顶板上，通过锁紧环锁紧球头杆，球头杆的另一端与直线电机连接，直线电机固定在法兰环上。

本发明的有益效果：本发明中压块在平面反射镜的径向具有弹性，用于降低因温度变化而导致的平面反射镜的面形误差；套筒具有与平面反射镜相同的热膨胀系数，用于降低因热膨胀不一致而导致的平面反射镜的面形误差。顶板与球头杆的接触面、锁紧环与球头杆的接触面采用锥面与球面的接触方式的防磨损和润滑设计，用于降低摩擦力对平面反射镜面形的影响。顶板、锁紧环、球头杆及相关的连接螺钉都具有与平面反射镜相同的热膨胀系数，用于降低因温度变化带来的影响。本发明在保证运动平台上大口径平面反射镜一定支撑刚度、且使系统重量增加较小的情况下，使工作过程中的平面反射镜的面形变形满足要求，安全、可靠支撑平面反射镜的支撑方式。在振动环境下，能够保证平面反射镜的面形误差要求，又能适应振动环境的支撑方式，对光学仪器在运动平台上的应用具有重要意义。

附图说明

图1为平面反射镜的支撑结构示意图

图2为本发明法兰环的主视图

图3为本发明法兰环的俯视图

图4为本发明压块的结构示意图

图5为本发明平面反射镜支撑在法兰环上后的结构示意图

图6为本发明套筒的结构示意图

图7为本发明顶板的结构示意图

图8为本发明锁紧环的结构示意图

图9为本发明球头杆的结构示意图

图10为本发明套筒、顶板、锁紧环、球头杆和直线电机的安装示意图

图中符号说明：

1法兰环， 2为压块， 3为套筒， 4为顶板， 5为锁紧环，

6为球头杆， 7为直线电机， 8螺钉， 9平面反射镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图10所示为运动平台上平面反射镜9的支撑结构，主要由法兰环1、压块2、套筒3、顶板4、锁紧环5、球头杆6、直线电机7、多个螺钉8和平面反射镜9组成；平面反射镜9的背部通过边缘支撑的方式支撑在法兰环1上，并平面反射镜9通过多个压块2压紧，压块2通过螺钉8固定在法兰环1上；套筒3通过胶接的方式固定在平面反射镜9的背部，顶板4通过螺钉与套筒3固定连接；球头杆6的一端支撑在顶板4上，通过锁紧环5锁紧球头杆6，球头杆6的另一端与直线电机7连接，直线电机7通过螺钉固定在法兰环1上。锁紧环5和直线电机7采用在线驱动，在运动平台的冲击环境下，使运动平台上的光学仪器中的平面反射镜9与法兰环1、压块2始终保持接触。

如图2、图3所示为法兰环1包括：多个侧壁槽10、法兰11、内环12、外环13和多个筋14、多个固接孔15；法兰环1是平面反射镜9的主要支撑件，也是平面反射镜9及其支撑组件提供安装接口。其中法兰11、内环12、外环13和多个筋14、多个固接孔15用于固定支撑平面反射镜9；外环13上含有多个侧壁槽10、多个固接孔15；多个侧壁槽10、多个固接孔15分别均匀分布于外环13上；内环12位于外环13的中心位置，在内环12与外环13之间固接有多个筋14；每个筋14的一端置于侧壁槽10中的底部，每个压块2位于侧壁槽10中；所述筋14与侧壁槽10的个数相等。

如图4所示本发明压块的结构，所述压块2具有与平面反射镜9相同的热膨胀系数，用以保证温度变化时压块2对平面反射镜9的预紧力不变；所述压块2在平面反射镜9的径向具有弹性，用于降低因温度变化而导致的平面反射镜9的面形误差。由于本具体实施中的平面反射镜9采用的是SiC材料，口径为φ600mm，厚度为70mm，压块2选用铟钢材料，两者在室温下具有几乎相同的热膨胀系数。压块2包括一竖直段21、上端22和下端23，上端22和下端23分别垂直于竖直段21，且上端22与下端23相互平行并分别位于竖直段21的端部的两侧。上端22压设于平面反射镜9上的凹槽(图中为示出凹槽)中，下端23与法兰环1上的侧壁槽10连接。

如图5所示为平面反射镜9支撑在法兰环1上的结构，对平面反射镜9要通过法兰环1和压块2进行预紧安装，预紧力的大小取决于运动平台的振动冲击环境，以保证平面反射镜9不会脱离法兰环1和压块2的支撑面为准，本具体实施中，运动平台的振动冲击环境为不大于1倍的重力加速度，预紧力大于2倍的平面反射镜9的重量；平面反射镜9的侧面与压块2要保持一定的安装间隙，以保证平面反射镜9的支撑在径向有一定的柔性，以补偿温度变化对面形的影响，本具体实施中，此间隙为2mm。

如图6所示为套筒3的结构，套筒3包括第一通孔31、第二通孔32、第三通孔33和多个螺纹孔34，其中：在套筒3的侧壁上设置第一通孔31、第二通孔32，在套筒3的顶壁上设置第三通孔33；在套筒3的底部设有沿圆周均匀分布的多个螺纹孔34。套筒3具有与平面反射镜9相同的热膨胀系数，用于降低因热膨胀不一致而导致的平面反射镜9的面形误差。套筒3嵌入平面反射镜9的直径和深度要有利于实施高质量的胶接为准，套筒3的侧壁及底部布设通孔34，以利于提高胶接质量，套筒3的侧壁厚不易过厚，以便套筒3能够通过微小变形消除胶接应力。本具体实施中，套筒3的嵌入直径为φ20mm，深度为20mm，壁厚为2mm的平面反射镜9，侧壁及底部布局了5个φ2所述通孔。套筒3采用铟钢材料。

如图7所示为顶板的结构示意图，所述顶板4为圆形结构，包括沿顶板4的圆周均匀分布的多个固定孔41和一个锥形槽42，在顶板4中心位置，并沿顶板4在轴向开设有一深度的锥形槽42，锥形槽42具有较高的面形粗糙度，以减小磨损和摩擦。顶板4采用铟钢材料。

如图8所示为本发明锁紧环5的结构示意图，所述锁紧环5为圆形结构，锁紧环5包括沿圆周均匀分布的多个固定孔51和一个锥形通孔52，在锁紧环5的中心位置并沿轴向开有一定大小的锥形通孔52，锥形通孔52具有较高的面形粗糙度，以减小磨损和摩擦。锁紧环5采用铟钢材料。

如图9所示为本发明球头杆的结构示意图，所述球头杆6包括球头61和连接部62，所述球头杆6的球头61置于锁紧环5在锥形通孔52中，球头61的抵靠于顶板4的锥形槽42中，通过螺纹孔34、固定孔41、固定孔51及螺钉将锁紧环5和球头杆6锁紧，顶板4与球头杆6的接触面、锁紧环5与球头杆6的接触面采用锥面与球面的防磨损和润滑的接触方式设计，用于防止因球头杆6与平面反射镜9的微小相对转动而对平面反射镜9的镜面造成影响，用于降低摩擦力对平面反射镜9的面形的影响。所述顶板4、锁紧环5、球头杆6及相关的连接螺钉都具有与平面反射镜9相同的热膨胀系数，用于降低因温度变化带来的影响。球头杆6的球头61直径大小要保证在压紧时锁紧环5与顶板4之间有一间隙，球头杆6的球头61具有较高的面形粗糙度，以减小磨损和摩擦。球头杆6采用铟钢材料。

如图10所示为本发明套筒3、顶板4、锁紧环5、球头杆6和直线电机7的安装好后的示意图，球头杆6在连接部62与直线电机7连接，顶板4与套筒3固定连接；球头杆6的球头61置于锁紧环5在锥形通孔52中，球头61的抵靠于顶板4的锥形槽42中，通过螺纹孔34、固定孔41、固定孔51及螺钉将锁紧环5和球头杆6锁紧(第一通孔31、第二通孔32、第三通孔33是为保证安装时涂胶均匀)。

本具体实施中，直线电机7选用音圈电机。在重力沿平面反射镜9的法线方向时，调节直线电机7的驱动力F，使平面反射镜9的面形满足要求。当平面反射镜9的平面与水平面之间的角为角度E时，直线电机的驱动力为F×cos(E)。根据平面反射镜9的大小，采用一个或沿中心对称布局的多个直线电机7的调节点进行实时调节。

本发明工作过程：直线电机7带动球头杆6、顶板4、锁紧环5和套筒3上下运动，套筒3的上下运动使平面反射镜9的中心相对平面反射镜9的边缘发生变形，改善平面反射镜9的面形精度。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述支撑结构由法兰环、压块、套筒、顶板、锁紧环、球头杆和直线电机组成；平面反射镜的背部通过边缘支撑的方式支撑在法兰环上，平面反射镜通过多个压块压紧，压块固定在法兰环上；套筒固定在平面反射镜的背部上，顶板与套筒固定连接；球头杆的一端支撑在顶板上，通过锁紧环锁紧球头杆，球头杆的另一端与直线电机连接，直线电机固定在法兰环上。

2.根据权利要求1所述的运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：法兰环包括：多个侧壁槽、法兰、内环、外环和多个筋、多个固接孔；法兰环是平面反射镜的主要支撑件，也是平面反射镜及其支撑组件提供安装接口；其中法兰、内环、外环和多个筋、多个固接孔用于固定支撑平面反射镜；外环上含有多个侧壁槽、多个固接孔；多个侧壁槽、多个固接孔分别均匀分布于外环上；内环位于外环的中心位置，在内环与外环之间固接有多个筋；每个筋的一端置于侧壁槽中的底部，每个压块位于侧壁槽中；所述筋与侧壁槽的个数相等。

3.根据权利要求1所述运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述压块具有与平面反射镜相同的热膨胀系数，用以保证温度变化时压块对平面反射镜的预紧力不变；所述压块在平面反射镜的径向具有弹性，用于降低因温度变化而导致的平面反射镜的面形误差。

4.根据权利要求1所述运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述套筒包括第一通孔、第二通孔、第三通孔和多个螺纹孔，其中：在套筒的侧壁上设置第一通孔、第二通孔，在套筒的顶壁上设置第三通孔；在套筒的底部设有沿圆周均匀分布的多个螺纹孔，套筒具有与平面反射镜相同的热膨胀系数，用于降低因热膨胀不一致而导致的平面反射镜的面形误差。

5.根据权利要求1所述的运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述顶板包括：顶板为圆形结构，沿顶板的圆周均匀分布的多个固定孔和一个锥形槽，在顶板中心位置并沿顶板在轴向开设有一深度的锥形槽。

6.根据权利要求1所述的运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述锁紧环为圆形结构，锁紧环包括沿圆周均匀分布的多个固定孔和一个锥形通孔，在锁紧环的中心位置并沿轴向开设有的锥形通孔。

7.根据权利要求1所述的运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述球头杆的球头置于锁紧环在锥形通孔中，球头的抵靠于顶板的锥形槽中，通过螺纹孔、固定孔、固定孔及螺钉将锁紧环和球头杆锁紧；所述顶板与球头杆的接触面、锁紧环与球头杆的接触面采用锥面与球面的防磨损和润滑的接触方式设计，用于防止因球头杆与平面反射镜的微小相对转动而对平面反射镜的镜面造成影响，用于降低摩擦力对平面反射镜的面形的影响。

8.根据权利要求1所述运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：所述顶板、锁紧环、球头杆及相关的连接螺钉都具有与平面反射镜相同的热膨胀系数，用于降低因温度变化带来的影响。

9.根据权利要求1所述运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：锁紧环和直线电机采用在线驱动，在运动平台的冲击环境下，使平面反射镜与法兰环、压块始终保持接触。

10.根据权利要求1所述的运动平台上平面反射镜的支撑结构，其特征在于：在重力沿平面反射镜的法线方向时，调节直线电机的驱动力F，使平面反射镜的面形满足要求；当平面反射镜的平面与水平面之间的角为角度E时，直线电机的驱动力等于F×cos(E)；根据平面反射镜的大小，采用一个或沿中心对称布局的多个直线电机的调节点进行实时调节。