CN104730681A - 一种平面薄膜镜安装方法 - Google Patents

Abstract

一种平面薄膜镜安装方法，首先将圆形薄膜镜展开成平面状态，通过特制的工装在薄膜镜四周均匀牢固地粘接矩形带孔薄垫片，用N根绳两端分别连接矩形垫片和拉力传感器，固定四周拉力传感器使各绳位于同一平面。然后，将精密支撑环放置于薄膜镜的下方，用带有环状台阶面的一侧轻顶薄膜镜，再将压环安装到支撑环上方，通过螺钉预紧压环但要保证薄膜镜能在压环与支撑环之间移动，在薄膜镜四周绳最外端施加拉力，并由拉力传感器显示拉力值，调节拉力值并实时检测薄膜镜面形，根据实测面形反复调节各拉力值使薄膜镜面形达到最优。本发明通过支撑环支撑以及薄膜镜边缘共面拉力调节的方式实现高精度平面薄膜镜的安装，能满足高精度光学系统的使用需求。

Description

一种平面薄膜镜安装方法

技术领域

本发明涉及一种平面薄膜镜安装方法，可应用于成像光学系统的薄膜镜安装需求。

背景技术

随着航天光学遥感技术的发展，一方面，轻型光学遥感器正成为各国航天光学遥感领域追逐的热点；另一方面超大型高分辨率光学遥感器也成为以美国为首的航天大国有研究热点。目前，在航天光学遥感领域用的较多的是刚性的反射镜或透镜，材料多采用微晶玻璃、ULE以及碳化硅等，运用刚性材料制成的反射镜或透镜体积、重量都较大，并且，受限于刚性镜体的成型工艺，口径大于5m的镜体研制、加工非常困难，以上因素导致刚性镜片难以满足未来遥感器大口径、低重量、低成本的发展需求。

薄膜镜技术可以作为刚性镜体发展瓶颈的解决方案。近几年，国内外多家科研机构、院校已展开薄膜镜技术的相关研究，但仍没有明确提出一种精密薄膜镜的安装方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种平面薄膜镜安装方法，通过精密支撑环支撑以及薄膜四周拉力调节方式实现高精度平面薄膜镜的安装。

本发明的技术方案是：一种平面薄膜镜安装方法，步骤如下：

1)将薄膜镜放置于第一圆环和第二圆环之间，自下而上放置顺序依次为圆环、薄膜镜、圆环，保证薄膜镜在第一圆环和第二圆环中间处于平坦状态；所述第一圆环上均布有螺纹孔，第二圆环上对应第一圆环上螺纹孔的位置均布有通孔；在第二圆环外边缘上径向挖有N个宽度大于矩形薄膜垫片的矩形槽，N为大于等于6的正整数；放好后利用螺钉穿过通孔和螺纹孔将第一圆环和第二圆环压紧；

2)将矩形薄膜垫片放入矩形槽内，然后用胶将矩形薄膜垫片与薄膜镜边缘粘接；

3)待胶完全固化后，在每个矩形薄膜垫片上的圆孔处系一根绳，再将第一圆环和第二圆环分离，取出粘接有矩形薄膜垫片的薄膜镜；

4)利用绳将薄膜镜初步拉伸成平坦状态后，固定每根绳的位置；

5)将薄膜镜放置在支撑环的第一环状台阶面上；所述支撑环上靠近内径一侧有一圈第一环状台阶面，第一环状台阶面的面形精度RMS<λ/10，λ＝0.632μm；

6)将压环放置于支撑环的上方，使压环的第二环状台阶面轻压在薄膜镜上，保证薄膜镜在压环与支撑环之间能够移动；所述压环上靠近内径一侧有一圈第二环状台阶面，且第二环状台阶面位于矩形薄膜垫片内侧，两者不接触；

7)在绳另一端连接拉力传感器，在拉力传感器另一端施加拉力，对薄膜镜的面形进行精调；精调过程中通过拉力传感器实时监测拉力的变化，并对拉力进行实时调节，使薄膜镜的面形精度达到预值要求；

8)精调结束后，完全压紧压环，然后用螺钉完全固定薄膜镜组件；所述的薄膜镜组件包括薄膜镜、支撑环以及压环；

9)拆除薄膜镜四周矩形薄膜垫片，使薄膜镜组件与其它结构分离。

所述的支撑环和压环的材料均为钛合金Tc4或均为铟钢。

所述步骤4)中的胶为xm23。

所述的第一环状台阶面宽度范围为2～4mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法通过精密支撑环的高精度环面与薄膜直接接触提高薄膜镜的面形精度，减小了因支撑结构精度不足导致薄膜镜面形精度不高的影响，使薄膜镜的面形精度得到很大的提高(口径为20cm的薄膜镜，RMS可优于λ/2，λ＝0.632μm)；

(2)利用薄膜镜周边连接的拉力传感器实时监测薄膜所受张力的变化，有利于对薄膜镜的面形进行实时调整与控制，并能避免安装过程中因张力过大导致薄膜镜的破坏；

(3)本发明利用粘接工装在薄膜镜周边均匀确定矩形垫片与薄膜镜的相对位置，并通过矩形垫片施加薄膜镜边缘所受的拉力，使薄膜镜边缘的调整拉力能够均匀分布，并能避免拉力直接施加在薄膜镜边缘产生的应力集中情况。

(4)本发明方法简单易行，方便操作，涉及的组件较少，支撑结构简单、支撑结构重量更小。

附图说明

图1、图2为本发明薄膜镜组件示意图；

图3为本发明中薄膜镜与矩形薄垫片粘接形式示意图；

图4为本发明中薄膜镜与矩形薄垫片粘接所需要的下圆环；

图5为本发明中薄膜镜与矩形薄垫片粘接所需要的上圆环；

图6为本发明中薄膜镜安装与调节过程示意图；

图7为本发明中薄膜镜安装与调节过程示意图局部横截面；

图8为本发明中精密支撑环局部横截面；

图9为本发明中压环局部横截面。

具体实施方式

本发明方法的主要步骤如下：

(1)如图3、图4所示，选取圆环5和圆环6作为薄膜镜1与矩形薄膜垫片4精确粘接的辅助工具；

(2)如图4所示，在圆环6四周加工出N处宽度略大于矩形薄膜垫片4宽度的矩形槽6-1，保证矩形薄膜垫片4能够从矩形槽6-1放入；

(3)如图2所示，将薄膜镜1放置于圆环5和圆环6之间，自下而上放置顺序依次为圆环5、薄膜镜1、圆环6，保证薄膜镜1在圆环5和圆环6处于平坦状态，然后将圆环5和圆环6压紧，防止薄膜镜1在圆环5和圆环6之间移动；

(4)依次用胶将N个矩形薄膜垫片4沿矩形槽6-1与薄膜镜1边缘粘接，保证一定的粘接强度；

(5)待胶完全固化后，用绳7通过圆孔连接所有矩形薄膜垫片4，再将圆环5和圆环6分离，取出粘接好矩形薄垫片4及绳7的薄膜镜1；

(6)利用薄膜镜1四周绳7将薄膜镜拉伸成平坦状态，固定绳7的位置；

(7)如图5、图6所示，在绳7另一端连接拉力传感器8，在拉力传感器8另一端施加拉力9，拉力传感器8用来监测安装过程中拉力9的变化并根据实际面形进行适当调节；

(8)将精密支撑环2的环面2-1放置在与薄膜镜1平行的位置，并与薄膜镜1轻轻接触，保持薄膜镜1处于平面状态；

(9)将压环3放置于精密支撑环2的上方，使压环3的环面3-1轻压薄膜镜1，环面3-1位于矩形薄膜垫片4内侧，两者不接触，此时，薄膜镜1在精密支撑环2和压环3之间可以由四周拉力9拉动；

(10)根据实际检测面形，调节薄膜镜1周边的拉力9，直到薄膜镜1面形达到最优，完全压紧压环3，压紧过程中防止薄膜镜1面形偏离最优面形，然后用螺钉完全固定薄膜镜组件；

(11)拆除薄膜镜1四周矩形薄膜垫片4，使薄膜镜组件与其它结构分离；

安装完成的薄膜镜组件包括薄膜镜1、精密支撑环2以及压环3。薄膜镜基底材料采用成型工艺较为成熟聚酰亚胺薄膜，在聚酰亚胺薄膜上镀反射膜作为薄膜反射镜。为降低薄膜镜组件的温度变形，精密支撑环2和压环3的材料取同一材料，选用钛合金Tc4或铟钢。由于精密支撑环2的环面2-1对薄膜镜1的面形影响非常大，因而要求环面2-1平面面形精度RMS优于λ/10(λ＝0.632μm)，圆环宽度范围为2～4mm，采用光学镜面加工工艺完成磨削加工。

实施例

薄膜镜1的面形指标取决于薄膜本身的面形精度以及精密支撑环的精度、刚度，同时还与膜内应力有关。此处对薄膜镜1本身的面形精度、精密支撑环2的环面2-1的面形精度加以限定，并保证这种限定在工程上是容易实现的，以此为前提对本发明的方法进行介绍。

先对薄膜镜1的参数加以限定，本实施例中，为满足最后成形后的薄膜镜组件通光口径为Ф200mm，薄膜镜本身的直径为Ф250mm，厚度为20μm，面形精度优于λ/10(λ＝0.632μm)。

再对精密支撑环2的性能加以限定，内径为Ф220mm，为Ф200mm通光口径留一定余量，外径为Ф280mm，质量为0.8kg，局部横截面亦如图7所示，环面2-1的宽度为2～4mm，边缘倒圆角，环面2-1面形精度RMS优于λ/10(λ＝0.632μm)。

再对压环3的性能加以限定，内径Ф240mm，外径Ф280mm，质量为0.2kg，局部横截面亦如图8、图9所示，环面3-1的宽度为2～3mm，边缘倒圆角，环面3-1平面度优于0.01mm。

以上这些限定在实际工程中均可实现，以此为基础，此方法可实现面形精度RMS优于λ/2(λ＝0.632μm)薄膜镜组件的安装。

薄膜镜组件的装配过程分四步：矩形薄膜垫片4与薄膜镜粘接、施加并调节拉力9同时监测薄膜镜面形、连接并紧固压环3与精密支撑环2、分离薄膜镜组件。

第一步，如图2所示，将薄膜镜1放置于圆环5和圆环6之间，自下而上放置顺序依次为圆环5、薄膜镜1、圆环6，保证薄膜镜1在圆环5和圆环6处于平坦状态，然后将圆环5和圆环6压紧，防止薄膜镜1在圆环5和圆环6之间移动，依次用胶将12个矩形薄膜垫片4沿矩形槽6-1与薄膜镜1边缘粘接，保证一定的粘接强度，同时保证12处矩形薄膜垫片的内切圆的直径略大于压环3的环面3-1的外径；

第二步，待胶完全固化后，用绳7通过圆孔连接所有矩形薄膜垫片4，再将圆环5和圆环6分离，取出粘接好矩形薄膜垫片4及绳7的薄膜镜1，利用薄膜镜1四周绳7将薄膜镜拉伸成平坦状态，固定绳7的位置，使12根绳7于同一个平面内，如图5、图6所示，在绳7另一端连接拉力传感器8，在拉力传感器8另一端施加拉力9，拉力传感器8用来监测安装过程中拉力9的变化并根据实际面形进行适当调节，将压环3放置于精密支撑环2的上方，使压环3的环面3-1轻压薄膜镜1，环面3-1位于矩形薄膜垫片4内侧，两者不接触，此时，薄膜镜1在精密支撑环2和压环3之间可以由四周拉力9拉动，根据实际检测面形，调节薄膜镜1周边的拉力9，直到薄膜镜1面形达到最优；

第三步，完全压紧压环3，压紧过程中防止薄膜镜1面形偏离最优面形，然后用螺钉完全固定薄膜镜组件；

第三步，拆除薄膜镜1四周矩形薄膜垫片4，使薄膜镜组件与其它结构分离；

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种平面薄膜镜安装方法，其特征在于步骤如下：

1)将薄膜镜(1)放置于第一圆环(5)和第二圆环(6)之间，自下而上放置顺序依次为圆环(5)、薄膜镜(1)、圆环(6)，保证薄膜镜(1)在第一圆环(5)和第二圆环(6)中间处于平坦状态；所述第一圆环(5)上均布有螺纹孔，第二圆环(6)上对应第一圆环(5)上螺纹孔的位置均布有通孔；在第二圆环(6)外边缘上径向挖有N个宽度大于矩形薄膜垫片(4)的矩形槽(6-1)，N为大于等于6的正整数；放好后利用螺钉穿过通孔和螺纹孔将第一圆环(5)和第二圆环(6)压紧；

2)将矩形薄膜垫片(4)放入矩形槽(6-1)内，然后用胶将矩形薄膜垫片(4)与薄膜镜(1)边缘粘接；

3)待胶完全固化后，在每个矩形薄膜垫片(4)上的圆孔处系一根绳(7)，再将第一圆环(5)和第二圆环(6)分离，取出粘接有矩形薄膜垫片(4)的薄膜镜(1)；

4)利用绳(7)将薄膜镜(1)初步拉伸成平坦状态后，固定每根绳(7)的位置；

5)将薄膜镜(1)放置在支撑环(2)的第一环状台阶面(2-1)上；所述支撑环(2)上靠近内径一侧有一圈第一环状台阶面(2-1)，第一环状台阶面(2-1)的面形精度RMS<λ/10，λ＝0.632μm；

6)将压环(3)放置于支撑环(2)的上方，使压环(3)的第二环状台阶面(3-1)轻压在薄膜镜(1)上，保证薄膜镜(1)在压环(3)与支撑环(2)之间能够移动；所述压环(3)上靠近内径一侧有一圈第二环状台阶面(3-1)，且第二环状台阶面(3-1)位于矩形薄膜垫片(4)内侧，两者不接触；

7)在绳(7)另一端连接拉力传感器(8)，在拉力传感器(8)另一端施加拉力，对薄膜镜(1)的面形进行精调；精调过程中通过拉力传感器(8)实时监测拉力的变化，并对拉力进行实时调节，使薄膜镜(1)的面形精度达到预值要求；

8)精调结束后，完全压紧压环(3)，然后用螺钉完全固定薄膜镜组件；所述的薄膜镜组件包括薄膜镜(1)、支撑环(2)以及压环(3)；

9)拆除薄膜镜(1)四周矩形薄膜垫片(4)，使薄膜镜组件与其它结构分离。

2.根据权利要求1所述的一种平面薄膜镜安装方法，其特征在于：所述的支撑环(2)和压环(3)的材料均为钛合金Tc4或均为铟钢。

3.根据权利要求1所述的一种平面薄膜镜安装方法，其特征在于：所述步骤4)中的胶为xm23。

4.根据权利要求1所述的一种平面薄膜镜安装方法，其特征在于：所述的第一环状台阶面(2-1)宽度范围为2～4mm。