CN104267481A - 一种大口径反射镜用背部支撑装置 - Google Patents

一种大口径反射镜用背部支撑装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大口径反射镜用背部支撑装置，所述的支撑装置包括大口径反射镜、镜片背板、转轴组件、调节连接组件、调节杆组件、夹持块、支撑板、螺柱，转轴组件作为大口径反射镜的转轴支点，采用标准件的球面关节轴承作为转动主结构，其功能与球铰功能相同，约束反射镜的三个平动自由度，手动旋转螺旋驱动器驱动调节连接组件，推动大口径反射镜实现俯仰和偏转运动，调节完毕后，锁紧调整螺母限制反射镜的两个转动自由度，大口径反射镜的面内旋转自由度由调节杆组件约束。本发明具有亚微米的定位精度，能够满足各种使用角度，结构简单、定位准确，实现在线和离线两种状态的俯仰和偏转两维精确调整，减低了设计、制作成本。

Description

一种大口径反射镜用背部支撑装置
技术领域
 本发明属于精密光机领域，具体涉及一种大口径反射镜用背部支撑装置。
背景技术
由于反射镜组件在使用环境的温度变化以及不可克服的重力场等因素作用下,都会引起反射镜变形,从而造成反射镜的面形精度下降,最终导致反射光束质量和能量的降低。为了保证各种科学装置中反射光束的质量和能量,对于反射镜的镜面变形有着苛刻的要求。合理的支撑方式会较大程度地减小环境等因素对反射镜组件的影响，而在支撑方式中设置一定程度柔性环节是行之有效的方法，如柔性弹簧片、水银带支撑、球铰支撑等多种形式。同时,大口径反射镜的结构厚重、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，稳定性高，整体结构还需满足紧张的安装空间要求。
传统的大口径反射镜多采用周圈夹持的支撑方式，镜片与金属框架间设置橡胶垫片，避免硬接触的同时补偿一部分镜面变形，这种结构中镜片可以得到一个刚性好的边缘保护，其缺点是倾斜放置镜片中心区域的面形变化较大，影响传输光束的质量和能量。同时，由于周圈夹持的镜框体积较大，对于径向空间紧张的位置安装困难，无法实现镜片的阵列式安装。
发明内容
为了克服已有技术中不能完全满足光学元件的面形精度要求和径向体积较大的不足，本发明提供一种大口径反射镜用背部支撑装置，是一种采用球面关节轴承结构形式的大口径反射镜用背部支撑装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明的大口径反射镜用背部支撑装置，其特点是，所述的支撑装置包括大口径反射镜、用于安装大口径反射镜的镜片背板、用于安装大口径反射镜、镜片背板的转轴组件、调节连接组件、调节杆组件、螺旋驱动器、用于安装螺旋驱动器的夹持块、用于安装转轴组件、夹持块的支撑板、用于安装大口径反射镜的螺柱。其中，所述转轴组件包括用于安装球面关节轴承的螺杆、螺杆帽、连接块、端盖；所述调节杆组件包括用于安装长螺杆的顶紧螺套、底座、调整螺母、压圈、安装座。所述调节连接组件包括安装球头连杆、球头的下底座、上底座、调整螺母、压圈。其连接关系是，所述大口径反射镜背部开有三个盲孔，镜片背板与大口径反射镜之间通过螺柱连接，螺柱）端部与大口径反射镜之间粘接，所述支撑板与镜片背板平行设置，在支撑板与镜片背板之间分别设置有转轴组件、调节杆组件、调节连接组件，转轴组件与镜片背板、支撑板分别连接，调节杆组件与镜片背板、支撑板分别连接；所述调节连接组件一端通过螺钉与镜片背板连接，另一端通过螺旋驱动器、夹持块与支撑板连接，夹持块用于夹紧螺旋驱动器，调节连接组件与螺旋驱动器头部之间通过紧定螺钉固定。作为反射镜转动支点的转轴组件结构的连接关系是，球面关节轴承内圈与螺杆紧配合，球面关节轴承外圈与连接块紧配合，球面关节轴承的左右两端分别由螺杆的肩台、端盖、螺杆帽固定，端盖与连接块通过螺纹连接，螺杆帽与螺杆通过螺钉连接，螺杆与支撑板螺接，连接块与镜片背板通过螺钉连接。作为限制反射镜面内旋转自由度的调节杆组件结构的连接关系是，长螺杆螺纹一侧由两个顶紧螺套与双侧开有V型槽的底座配合螺紧固定，长螺杆的另一侧头部为球头，通过旋紧调整螺母、压圈固定于安装座的圆锥槽内，底座与支撑板通过螺钉连接，安装座与镜片背板通过螺钉连接。作为反射镜驱动连接的调节连接组件结构的连接关系是，球头连杆的球头一侧通过旋紧调整螺母Ⅰ、压圈Ⅰ固定于上底座中的的圆锥槽内，球头连杆另一侧与球头连接，并通过旋紧在球头连杆另一侧对称设置的调整螺母Ⅱ、压圈Ⅱ固定于下底座的圆锥槽内，上底座与镜片背板通过螺钉连接，下底座与螺旋驱动器通过紧定螺钉固定。
所述大口径反射镜与地面成任意角度放置。
所述大口径反射镜背部开有三个盲孔，盲孔呈等腰三角形排布。
所述转轴组件位于镜片背板的背部中轴面上侧。
两组调节连接组件、两组螺旋驱动器分别设置于镜片背板的背部下侧对称位置。
调节杆组件设置于镜片背板背部下侧、两组调节连接组件连线上。
所述螺柱端部与大口径反射镜之间的粘接材料为室温硫化硅橡胶。
所述顶紧螺套、底座、长螺杆、安装座、下底座、球头连杆、上底座、球头均采用4Cr13材料制作，压圈采用H62材料制作。
所述顶紧螺套的球面、底座的双侧V形面、长螺杆的球头、安装座内的圆锥面、下底座的圆锥面、球头连杆的球头、上底座的圆锥面、球头的表面光洁度均为Ra0.8。
本发明中采用球面关节轴承作为大口径反射镜的支撑定位调节机构，具有亚微米的定位精度，本发明中转轴组件采用球面关节轴承结构形式，作为大口径反射镜调节的转轴支点，约束大口径反射镜的三个平动自由度，放开大口径反射镜的三个转动自由度，可以实现大口径反射镜的角度调节。可以满足各种使用角度，其结构简单、定位准确，作为整体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，便于快速实现大规模的安装调试工作。采用标准件的螺旋驱动器、球面关节轴承作为大口径反射镜的驱动、转动机构，实现在线和离线两种状态的俯仰和偏转两维精确调整，减低了设计、制作成本。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是本发明的球面关节轴承形式的大口径反射镜用背部支撑装置的结构示意图；
图2是图1中的A向视图；
图3是图1中的B向视图；
图4是图2的C-C剖面图；
图5是图2的D-D剖面图；
图6是图2的E-E剖面图；
图中，1.大口径反射镜    2.镜片背板     3.转轴组件     4.支撑板     5.调节连接组件     6.夹持块     7.螺旋驱动器     8.螺柱     9.调节杆组件     10.连接块     11.端盖     12.螺杆     13.球面关节轴承     14.螺杆帽     15.顶紧螺套     16.底座     17.长螺杆     18.调整螺母Ⅰ     19.压圈Ⅰ     20.安装座     21.下底座     22.球头连杆     23.上底座     24.球头     28.调整螺母Ⅱ     29.压圈Ⅱ。
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是本发明的球面关节轴承形式的大口径反射镜用背部支撑装置的结构示意图，图2是图1中的A向视图（去除了支撑板4），图3是图1中的B向视图（去除转轴组件3），图4是图2的C-C剖面图，图5是图2的D-D剖面图，图6是图2的E-E剖面图。在图1～图6中，本发明的球面关节轴承形式的大口径反射镜用背部支撑装置，包括大口径反射镜1、用于安装大口径反射镜1的镜片背板2、用于安装大口径反射镜1、镜片背板2的转轴组件3、调节连接组件5、调节杆组件9、螺旋驱动器7、用于安装螺旋驱动器7的夹持块6、用于安装转轴组件3、夹持块6的支撑板4、用于安装大口径反射镜1的螺柱8。其中，所述转轴组件3包括用于安装球面关节轴承13的螺杆12、螺杆帽14、连接块10、端盖11。所述调节杆组件9包括用于安装长螺杆17的顶紧螺套15、底座16、调整螺母18、压圈19、安装座20。所述调节连接组件5包括安装球头连杆22、球头24的下底座21、上底座23、调整螺母18、压圈19。其连接关系是，所述大口径反射镜1背部开有三个盲孔，镜片背板2与大口径反射镜1之间通过螺柱8连接，螺柱8端部与大口径反射镜1之间粘接，所述支撑板4与镜片背板2平行设置，在支撑板4与镜片背板2之间分别设置有转轴组件3、调节杆组件9、调节连接组件5，转轴组件3与镜片背板2、支撑板4分别连接，调节杆组件9与镜片背板2、支撑板4分别连接。所述调节连接组件5一端通过螺钉与镜片背板2连接，另一端通过螺旋驱动器7、夹持块6与支撑板4连接，夹持块6用于夹紧螺旋驱动器7，调节连接组件5与螺旋驱动器7头部之间通过紧定螺钉固定。
作为反射镜转动支点的转轴组件3结构的连接关系是，球面关节轴承13内圈与螺杆12紧配合，球面关节轴承13外圈与连接块10紧配合，球面关节轴承13的左右两端分别由螺杆12的肩台、端盖11、螺杆帽14固定，端盖11与连接块10通过螺纹连接，螺杆帽14与螺杆12通过螺钉连接，螺杆12与支撑板4螺接，连接块10与镜片背板2通过螺钉连接。如图4所示。
作为限制反射镜面内旋转自由度的调节杆组件9结构的连接关系是，长螺杆17螺纹一侧由两个顶紧螺套15与双侧开有V型槽的底座16配合螺紧固定，长螺杆17的另一侧头部为球头，通过旋紧调整螺母18、压圈19固定于安装座20的圆锥槽内，底座16与支撑板4通过螺钉连接，安装座20与镜片背板2通过螺钉连接。如图5所示。
作为反射镜驱动连接的调节连接组件5结构的连接关系是，球头连杆22的球头一侧通过旋紧调整螺母Ⅰ18、压圈Ⅰ19固定于上底座23中的的圆锥槽内，球头连杆22另一侧与球头24连接，并通过旋紧在球头连杆22另一侧对称设置的调整螺母Ⅱ28、压圈Ⅱ29固定于下底座21的圆锥槽内，上底座23与镜片背板2通过螺钉连接，下底座21与螺旋驱动器7通过紧定螺钉固定。如图6所示。
所述大口径反射镜1与地面成任意角度放置。
所述大口径反射镜1背部开有三个盲孔，盲孔位置由力学计算得出，呈等腰三角形排布。
所述转轴组件3位于镜片背板2的背部中轴面上侧。
两组调节连接组件5、两组螺旋驱动器7分别设置于镜片背板2的背部下侧对称位置。
调节杆组件9设置于镜片背板2背部下侧、两组调节连接组件5连线上。
所述螺柱8端部与大口径反射镜1之间的粘接材料为室温硫化硅橡胶。
所述顶紧螺套15、底座16、长螺杆17、安装座20、下底座21、球头连杆22、上底座23、球头24均采用4Cr13材料制作，压圈19采用H62材料制作。
所述顶紧螺套15的球面、底座16的双侧V形面、长螺杆17的球头、安装座20内的圆锥面、下底座21的圆锥面、球头连杆22的球头、上底座23的圆锥面、球头24的表面光洁度均为Ra0.8。
本发明的工作原理是：
本发明中的镜片背板2与支撑板4之间的转轴组件3作为大口径反射镜1的转轴支点，采用标准件的球面关节轴承13作为转动主结构，其功能与球铰功能相同，约束反射镜的三个平动自由度，放开三个转动自由度，其结构相比球铰更为简单。反射镜的驱动位于镜片背板2的下侧两端，手动旋转螺旋驱动器7驱动与之相连的调节连接组件5，推动大口径反射镜1实现俯仰和偏转运动，球头连杆22与球头24在其上底座23、下底座24的圆锥槽内可以微小滑动，补偿大口径反射镜1运动时与螺旋驱动器7之间的角度差，调节完毕后，锁紧调整螺母18限制反射镜的两个转动自由度。大口径反射镜1的面内旋转自由度由调节杆组件9约束，当两个螺旋驱动器7同进同退带动大口径反射镜1作俯仰运动时，安装座20与大口径反射镜1一起运动，带动长螺杆17上的顶紧螺套15在底座16V型槽内上下滑动，当两个螺旋驱动器7一上一下带动大口径反射镜1作偏转运动时，螺旋驱动器7带动大口径反射镜1和底座端16向斜上方或斜下方运动，即为俯仰和偏转运动的耦合，此运动分解为垂直和平行于反射镜面的两个运动，垂直于反射镜面的运动带动顶紧螺套15在底座16V型槽内上下滑动，平行于反射镜面的运动（即反射镜的面内旋转）由于长螺杆17长度位置的限定得以抵消，装配时两个顶紧螺套15与底座16V型槽接触，通过理论和实验确定合适的接触力，使得顶紧螺套15可以在底座16V型槽中部的通槽中上下顺利滑动。
装配时，需要调整顶紧螺套15与底座16、长螺杆17与安装座20、球头连杆22与上底座23和下底座21的压紧程度，以实现结构的无间隙接触和运动灵活。

Claims (9)

1.一种大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于:所述的支撑装置包括大口径反射镜(1)、用于安装大口径反射镜(1)的镜片背板(2)、用于安装大口径反射镜（1）、镜片背板（2）的转轴组件（3）、调节连接组件（5）、调节杆组件（9）、螺旋驱动器（7）、用于安装螺旋驱动器（7）的夹持块（6）、用于安装转轴组件（3）、夹持块（6）的支撑板（4）、用于安装大口径反射镜（1）的螺柱（8）；其中，所述转轴组件（3）包括用于安装球面关节轴承（13）的螺杆（12）、螺杆帽（14）、连接块（10）、端盖（11）；所述调节杆组件（9）包括用于安装长螺杆（17）的顶紧螺套（15）、底座（16）、调整螺母（18）、压圈（19）、安装座（20）；所述调节连接组件（5）包括安装球头连杆（22）、球头（24）的下底座（21）、上底座（23）、调整螺母（18）、压圈（19）；其连接关系是，所述大口径反射镜(1)背部开有三个盲孔，镜片背板(2)与大口径反射镜(1)之间通过螺柱（8）连接，螺柱（8）端部与大口径反射镜(1)之间粘接，所述支撑板（4）与镜片背板（2）平行设置，在支撑板（4）与镜片背板（2）之间分别设置有转轴组件（3）、调节杆组件（9）、调节连接组件（5），转轴组件（3）与镜片背板（2）、支撑板（4）分别连接，调节杆组件（9）与镜片背板（2）、支撑板（4）分别连接；所述调节连接组件（5）一端通过螺钉与镜片背板(2)连接，另一端通过螺旋驱动器（7）、夹持块（6）与支撑板（4）连接，夹持块（6）用于夹紧螺旋驱动器（7），调节连接组件（5）与螺旋驱动器（7）头部之间通过紧定螺钉固定；所述的转轴组件（3）中的球面关节轴承（13）内圈与螺杆（12）紧配合，球面关节轴承（13）外圈与连接块（10）紧配合，球面关节轴承（13）的左右两端分别由螺杆（12）的肩台、端盖（11）、螺杆帽（14）固定，端盖（11）与连接块（10）通过螺纹连接，螺杆帽（14）与螺杆（12）通过螺钉连接，螺杆（12）与支撑板（4）螺接，连接块（10）与镜片背板（2）通过螺钉连接，所述的调节杆组件（9）中的长螺杆（17）螺纹一侧由两个顶紧螺套（15）与双侧开有V型槽的底座（16）配合螺紧固定，长螺杆（17）的另一侧头部为球头，通过旋紧调整螺母（18）、压圈（19）固定于安装座（20）的圆锥槽内，底座（16）与支撑板（4）通过螺钉连接，安装座（20）与镜片背板(2)通过螺钉连接；所述的调节连接组件（5）中的球头连杆（22）的球头一侧通过调整螺母Ⅰ（18）、压圈Ⅰ（19）固定于上底座（23）中的的圆锥槽内，球头连杆（22）另一侧与球头（24）连接，并通过旋紧在球头连杆（22）另一侧对称设置的调整螺母Ⅱ（28）、压圈Ⅱ（29）固定于下底座（21）的圆锥槽内，上底座（23）与镜片背板(2)通过螺钉连接，下底座（21）与螺旋驱动器（7）通过紧定螺钉固定。
2.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述大口径反射镜(1)与地面成任意角度放置。
3.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述大口径反射镜(1)背部开有三个盲孔，盲孔呈等腰三角形排布。
4.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述转轴组件（3）位于镜片背板(2)的背部中轴面上侧。
5.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：两组调节连接组件（5）、两组螺旋驱动器（7）分别设置于镜片背板(2)的背部下侧对称位置。
6.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：调节杆组件（9）设置于镜片背板(2)背部下侧、两组调节连接组件（5）连线上。
7.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述螺柱（8）端部与大口径反射镜（1）之间的粘接材料为室温硫化硅橡胶。
8.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述顶紧螺套（15）、底座（16）、长螺杆（17）、安装座（20）、下底座（21）、球头连杆（22）、上底座（23）、球头（24）均采用4Cr13材料制作，压圈（19）采用H62材料制作。
9.根据权利要求1所述的大口径反射镜用背部支撑装置，其特征在于：所述顶紧螺套（15）的球面、底座（16）的双侧V形面、长螺杆（17）的球头、安装座（20）内的圆锥面、下底座（21）的圆锥面、球头连杆（22）的球头、上底座（23）的圆锥面、球头（24）的表面光洁度均为Ra0.8。
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