CN104516088A - 基于运动学平衡的反射镜支撑机构 - Google Patents

基于运动学平衡的反射镜支撑机构 Download PDF

Info

Publication number
CN104516088A
CN104516088A CN201410787553.6A CN201410787553A CN104516088A CN 104516088 A CN104516088 A CN 104516088A CN 201410787553 A CN201410787553 A CN 201410787553A CN 104516088 A CN104516088 A CN 104516088A
Authority
CN
China
Prior art keywords
center
reflector
mandrel
support
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410787553.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104516088B (zh
Inventor
徐伟
王建立
陈宝刚
吴小霞
明名
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN201410787553.6A priority Critical patent/CN104516088B/zh
Publication of CN104516088A publication Critical patent/CN104516088A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104516088B publication Critical patent/CN104516088B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/192—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors with means for minimising internal mirror stresses not in use

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Telescopes (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

基于运动学平衡的反射镜支撑机构，涉及一种反射镜支撑机构，解决现有采用三点柔性支撑结构存在轴向刚度大于径向，导致反射镜的基频较低，且不适合在重力作用下的变方位运动的反射镜的应用及对反射镜的形状有所限制，包括底板、中心侧支撑组件和柔性三点底支撑，中心侧支撑组件位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑固定在底板上并配合中心侧支撑组件完成定位；中心侧支撑组件由中心粘接环、膜片和芯轴组成，中心粘接环通过光学结构胶固定在反射镜中心孔内的重心平面处，芯轴的一端固定在底板上，芯轴的另一端通过膜片与芯轴连接孔固定膜片，膜片通过膜片与中心粘接环连接孔与中心粘接环连接。本发明运用于大口径地基望远镜系统中的反射镜的支撑。

Description

基于运动学平衡的反射镜支撑机构
技术领域
本发明涉及一种反射镜支撑机构，它在通常轴向三点柔性支撑的基础上，外加使用膜片、芯轴及中心粘接环的侧支撑来约束反射镜的两个平移自由度以及绕光轴的转动自由度，从而实现所有自由度的约束，并且不过约束，使支撑解耦，达到运动学平衡。可用于地基大口径光电望远镜中的一些反射镜的支撑。
背景技术
在大口径地基光电望远镜的光路系统中，反射镜是其中的关键部分，如次镜系统、三镜系统、库德光路系统中的反射镜，其自身的面型对系统的成像有很大影响；因此要求这些反射镜能够在重力以及温度变化的影响下拥有良好的面型，其中温度的影响更大，尤其是随着望远镜口径的增加，反射镜尺寸越大，温度效应越加明显。地基光电设备通常要求在较大的温度范围内正常工作，因此需要反射镜及其支撑机构能够在温度变化时变形协调以减少温度应力；同时还要满足重力影响下的面型要求，增加了支撑机构的设计、制作难度。
传统的反射镜经常采用周边支撑的方式，例如压边支撑，其过约束虽能令反射镜在重力作用下的面型较好，但压边支撑占用径向空间较大，其适合于小口径反射镜的支撑，对径向空间大小有限制要求的反射镜系统并不适用。柔性支撑通常被用来减弱温度效应的影响，目前采用柔性杆来进行背部三点支撑已经被用于空间反射镜上。但由于所采用的三个杆为柔性设计，轴向刚度远大于径向，因此使反射镜支撑在径向上刚度较弱，导致反射镜的基频较低；此种支撑方式相当于不完全约束，并不适合在重力作用下的变方位运动的反射镜，例如地基光电望远镜中的三镜系统。Biapod支撑为一种采用柔性设计并且轴向径向刚度均较大的新型支撑方式，但Biapod支撑轴向尺寸大，并且其适用于圆形反射镜的支撑，对于椭圆形的反射镜等并不适用。为此需要设计能够完全约束所有自由度并且不过约束的，即满足运动学平衡的支撑机构，同时该支撑机构紧凑，适用性要广泛。
发明内容
本发明为解决现有采用三点柔性支撑结构存在轴向刚度大于径向，导致反射镜的基频较低，且不适合在重力作用下的变方位运动的反射镜的应用，现有采用Biapod支撑结构存在支撑轴向尺寸大，对反射镜的形状有所限制等问题，提供一种基于运动学平衡的反射镜支撑机构。
基于运动学平衡的反射镜支撑机构，包括底板、中心侧支撑组件和柔性三点底支撑，中心侧支撑组件位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑固定在底板上并配合中心侧支撑组件完成定位；所述中心侧支撑组件由中心粘接环、膜片和芯轴组成，所述中心粘接环通过光学结构胶固定在反射镜中心孔内的重心平面处，芯轴的一端固定在底板上，芯轴的另一端通过膜片与芯轴连接孔固定膜片，膜片通过膜片与中心粘接环连接孔与中心粘接环连接。
本发明的有益效果：本发明设计一种基于运动学平衡的反射镜支撑机构，以应对重力及温度效应的影响。通过使用膜片连接芯轴、中心粘接环的侧支撑，来约束住径向的两个平移自由度外加绕光轴的转动自由度，同时又不对轴向的自由度造成影响，配合三点柔性底支撑，后者约束轴向平移自由度以及两个转动自由度，实现所有自由度约束的同时，又不过约束，使支撑解耦，满足运动学平衡的要求；另外，中心粘接环的柔性设计使其能够降低温度应力，注胶孔以及定位孔方便装调；整个支撑机构紧凑，重量轻。本发明可运用于大口径地基望远镜系统中的反射镜的支撑。
附图说明
图1为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构示意图；
图2为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中心侧支撑组件剖视图；
图3为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中心侧支撑组件主视图；
图4为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的膜片示意图；
图5为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中粘接环示意图。
图中：1、底板，2、中心侧支撑组件，3、柔性三点底支撑，4、中心粘接环，4-1、定位孔，4-2、注胶孔，4-3、柔槽，5、膜片，5-1、膜片与芯轴连接孔，5-2、膜片与中心粘接环连接孔，6、芯轴，7、镜体中心孔。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图5说明本实施方式，基于运动学平衡的反射镜支撑机构，主要由底板1、中心侧支撑组件2以及柔性三点底支撑3组成；中心侧支撑组件2位于反射镜的中心处，柔性三点底支撑3与中心侧支撑组件2的相对位置经过有限元的优化而定；
所述中心侧支撑组件2由膜片5、芯轴6外加中心粘接环4作为侧支撑组件。中心粘接环4通过光学结构胶六点胶合固定在反射镜镜体中心孔7内的重心平面处，中心粘接环4与膜片5通过安装螺钉紧穿过膜片与中心粘接环连接孔5-2固定，所述膜片5通过膜片与芯轴连接孔与芯轴相连，从而实现反射镜的侧支撑，完成两个平移自由度以及绕光轴的转动自由度的约束；配合柔性三点底支撑3，实现反射镜的全约束，而且不过约束，达到运动学的平衡，使支撑解耦，减小因变形不协调产生的集中应力。
本实施方式中支撑膜片的轴向刚度很小而侧向刚度很大，当膜片5固定在中心粘接环4和芯轴6上时，可以保证放开轴向自由度，而约束住反射镜径向的两个平移自由度及绕法线的转动自由度。
本实施方式所述的芯轴6的采用钛合金制作，以保证足够刚度的同时减轻重量；芯轴6一端与膜片5通过紧固螺钉相连接，另一端由螺钉安装固定在底板1上。
本实施方式所述的中心粘接环4采用铟钢制作，采用柔性设计，在六个粘接部位设有柔槽4-3，柔槽4-3采用轴向贯通设计，并且根部为圆弧过渡，当温度变化时此柔性设计可以减小因材料热膨胀系数不一致而导致的集中应力；同时粘接部位设计有贯通的注胶孔4-2，方便进行与反射镜的粘接，底面上还设有三个定位孔4-1，方便装调时候进行定位；采用六点粘接能够保证足够的粘接强度，粘接层的厚度通过中心粘接环与镜体中心孔的间隙配合来控制，配合公差为0.02mm～0.1mm。
本实施方式中所述的柔性三点底支撑3与中心侧支撑组件2的相对位置经过有限元的优化而定，优化的数学模型如下所示。
min f = f ( L 1 , L 2 , L 3 ) a ≤ L 1 ≤ b c ≤ L 2 ≤ d e ≤ L 3 ≤ f
f—目标函数，即面型RMS值。L1，L2，L3—定位参数，即优化设计变量，
以最小的面型RMS值为目标，以确定柔性三点底支撑3相对中心的位置参数，例如L1、L2、L3为变量，通过使用业内常用的有限元分析软件ANSYS，运用其优化分析模块，即可优化出柔性三点底支撑3的位置。所有支撑结构最终通过安装螺钉连接于底板1上。
本实施方式所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构在使用前，首先，将中心粘接环4放置在镜体中心孔7内，通过定位孔4-1将其安置在镜体的重心平面处，对齐方向后，依次通过六个注胶孔4-2，穿过柔槽4-3，在接触面上注入光学结构胶，充分放置直到胶层完全固化。
其次，将芯轴6用安装螺钉固定在底板1上，并将膜片5用安装螺钉通过膜片与芯轴连接孔5-1固定在芯轴6的另一端；同时将柔性三点底支撑3装配固定到底板1上，以配合中心侧支撑组件2完成定位，便于柔性三点底支撑3部分与镜体进行连接。最后，用安装螺钉通过膜片与中心粘接环连接孔5-2，将中心粘接环4与膜片5连接，完成所有支撑机构的安装。
工作的过程为：中心侧支撑组件2约束住径向的两个平移自由度外加绕光轴的转动自由度，柔性三点底支撑3能够约束轴向的平移自由度外加两个转动自由度，二者配合完成全约束，并且不过约束，因此在发生温度变化时，柔性三点底支撑3与中心侧支撑组件2能够解耦，减小因变形不协调产生的集中应力。同时，中心粘接环4为铟钢材质，再加上与反射镜接触的六个粘接部位均设有柔槽4-3，能够减小温度应力。二者共同作用，使支撑机构能够很好的应对温度效应的影响，保持良好的面型。
以上所述的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过实施例，该领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。

Claims (3)

1.基于运动学平衡的反射镜支撑机构，包括底板(1)、中心侧支撑组件(2)和柔性三点底支撑(3)，中心侧支撑组件(2)位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑(3)固定在底板(1)上并配合中心侧支撑组件(2)完成定位；其特征是，
所述中心侧支撑组件(2)由中心粘接环(4)、膜片(5)和芯轴(6)组成，所述中心粘接环(4)通过光学结构胶固定在反射镜中心孔(7)内的重心平面处，芯轴(6)的一端固定在底板(1)上，芯轴(6)的另一端通过膜片与芯轴连接孔(5-1)固定膜片(5)，膜片(5)通过膜片与中心粘接环连接孔(5-2)与中心粘接环(4)连接。
2.根据权利要求1所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构，其特征在于，所述中心粘接环(4)上设有定位孔(4-1)、注胶孔(4-2)和柔槽(4-3)，通过定位孔(4-1)用光学结构胶将中心粘接环(4)固定在反射镜中心孔(7)内的重心平面处，依次通过注胶孔(4-2)，穿过柔槽(4-3)在中心粘接环(4)与反射镜中心孔(7)的接触面上注入光学结构胶。
3.根据权利要求1所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构，其特征在于，所述柔性三点底支撑(3)与中心侧支撑组件(2)的相对位置经过有限元的优化设定。
CN201410787553.6A 2014-12-17 2014-12-17 基于运动学平衡的反射镜支撑机构 Active CN104516088B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410787553.6A CN104516088B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于运动学平衡的反射镜支撑机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410787553.6A CN104516088B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于运动学平衡的反射镜支撑机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104516088A true CN104516088A (zh) 2015-04-15
CN104516088B CN104516088B (zh) 2017-02-22

Family

ID=52791654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410787553.6A Active CN104516088B (zh) 2014-12-17 2014-12-17 基于运动学平衡的反射镜支撑机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104516088B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105508819A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种光学仪器刚柔组合支撑结构及光学仪器
CN106371191A (zh) * 2016-11-28 2017-02-01 长光卫星技术有限公司 轻型光学反射镜的柔性支撑结构
CN106405787A (zh) * 2016-12-10 2017-02-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于反射镜光学元件的角度调整装置
CN106526784A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 平面反射镜柔性支撑机构
CN106772917A (zh) * 2016-12-08 2017-05-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种主镜柔性支撑机构
CN110161643A (zh) * 2019-04-26 2019-08-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于运动学支撑的光学平台装置
CN112859285A (zh) * 2021-02-26 2021-05-28 北京空间机电研究所 一种空间光学遥感器反射镜的多点支撑结构
CN116577901A (zh) * 2023-07-12 2023-08-11 长春理工大学 碳纤维反射镜及其装调方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840053A (zh) * 2010-04-22 2010-09-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种二维高承载大口径快速控制反射镜
CN102200623A (zh) * 2011-06-20 2011-09-28 北京空间机电研究所 小口径微晶玻璃材料反射镜微应力装配柔性支撑方法
US20130088793A1 (en) * 2011-10-05 2013-04-11 Po-Hsuan Huang Optical element adjustement mechanism
CN203217155U (zh) * 2013-04-12 2013-09-25 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大口径主反射镜
CN103499869A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种主反射镜安装设备及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840053A (zh) * 2010-04-22 2010-09-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种二维高承载大口径快速控制反射镜
CN102200623A (zh) * 2011-06-20 2011-09-28 北京空间机电研究所 小口径微晶玻璃材料反射镜微应力装配柔性支撑方法
US20130088793A1 (en) * 2011-10-05 2013-04-11 Po-Hsuan Huang Optical element adjustement mechanism
CN203217155U (zh) * 2013-04-12 2013-09-25 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种大口径主反射镜
CN103499869A (zh) * 2013-09-30 2014-01-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种主反射镜安装设备及方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105508819A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种光学仪器刚柔组合支撑结构及光学仪器
CN106371191A (zh) * 2016-11-28 2017-02-01 长光卫星技术有限公司 轻型光学反射镜的柔性支撑结构
CN106526784A (zh) * 2016-11-30 2017-03-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 平面反射镜柔性支撑机构
CN106526784B (zh) * 2016-11-30 2019-01-08 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 平面反射镜柔性支撑机构
CN106772917A (zh) * 2016-12-08 2017-05-31 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种主镜柔性支撑机构
CN106772917B (zh) * 2016-12-08 2019-06-04 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种主镜柔性支撑机构
CN106405787A (zh) * 2016-12-10 2017-02-15 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种用于反射镜光学元件的角度调整装置
CN110161643A (zh) * 2019-04-26 2019-08-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于运动学支撑的光学平台装置
CN110161643B (zh) * 2019-04-26 2020-06-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于运动学支撑的光学平台装置
CN112859285A (zh) * 2021-02-26 2021-05-28 北京空间机电研究所 一种空间光学遥感器反射镜的多点支撑结构
CN116577901A (zh) * 2023-07-12 2023-08-11 长春理工大学 碳纤维反射镜及其装调方法
CN116577901B (zh) * 2023-07-12 2023-10-03 长春理工大学 碳纤维反射镜及其装调方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104516088B (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104516088A (zh) 基于运动学平衡的反射镜支撑机构
CN106526784A (zh) 平面反射镜柔性支撑机构
CN106371191B (zh) 轻型光学反射镜的柔性支撑结构
CN105572862B (zh) 光机一体化快速控制反射镜
JP5862484B2 (ja) 鏡支持構造
MA31114B1 (fr) Suiveur solaire bidirectionnel
CN102323655B (zh) 一种同轴三反空间光学系统环形碳纤维桁架支撑结构
CN204450527U (zh) 一种具有2转动自由度的球面并联机构
BR9800652A (pt) Espelho retrovisor externo para um veículo.
CN106707461A (zh) 一种轻质反射镜柔性支撑装置
CN106353871A (zh) 一种碟式太阳能聚光器反射面组件的安装结构
CN203956411U (zh) 一种二次轴向翻转夹具
CN109932804A (zh) 一种小口径轻型反射镜的柔性记忆合金支撑装置
CN205301684U (zh) 一种次镜支撑结构
CN103286778A (zh) 两自由度转动解耦并联机构
CN205561819U (zh) 一种新型赤道仪
CN107127737B (zh) 一种少关节两转动自由度并联机构
CN209570181U (zh) 工程测量水准仪支撑结构
CN207851403U (zh) 一种天文望远镜寻星镜支架
EP1511118A1 (en) Telescopic apparatus
CN216198687U (zh) 一种用于带加强环的大型风机叶片零位校准工装
CN201407958Y (zh) 枪瞄镜用光学系统
CN104034303B (zh) 一种赤道仪之纬度调节机构
MA35900B1 (fr) Suiveur solaire de concentration par réfraction
CN217404626U (zh) 一种基于柔性万向支撑和压电陶瓷组成的快速反射镜系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant