CN105508819A - 一种光学仪器刚柔组合支撑结构及光学仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学仪器刚柔组合支撑结构及光学仪器，其中刚柔组合支撑结构包括光学仪器安装平台、柔性支撑座、刚性支撑座以及柔性及刚性支撑座固定平台；所述刚性支撑座置于光学仪器安装平台的中心位置；多个柔性支撑座按照轴对称的方式排布于光学仪器安装平台的四周，所述柔性支撑座和刚性支撑座均位于光学仪器安装平台和柔性及刚性支撑座固定平台之间。本发明针对现有技术中光学仪器的支撑结构难以同时抵抗外界热载荷、力学载荷使仪器结构产生变形的技术问题，本发明所提供的一种光学仪器刚柔组合支撑结构能够抵抗外界环境热、力学载荷导致的不同方向的应力变形。

Description

一种光学仪器刚柔组合支撑结构及光学仪器
技术领域
本发明属于光学仪器结构支撑领域，特别是一种大型高精密光学仪器支撑结构。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展，工程中对光学仪器提出了越来越高的要求。尤其光学仪器的特殊要求和特定任务，决定了光学仪器必须在恶劣的环境下具有可靠的光学性能，这些严酷的环境体现在运输阶段的动力学环境以及工作阶段的热环境，在运输阶段要经历过载、振动、碰撞、冲击等作用，在工作阶段，冷热变化的热环境，会造成机械结构零件的热变形，这些外载荷都会引起光学仪器内部部件的变形，从而影响仪器性能指标。
光学仪器的支撑结构需要实现自由度约束，便于与支撑平台对接，保证光轴指向，降低或隔离支撑平台精度对仪器性能的影响，抑制振动输入，减小外界热、力学环境输入对光学仪器性能的影响。
底部支撑结构作为连接光学仪器与支撑平台的关键部件，是保证光学仪器满足性能指标的重要保证。在地面运输阶段底部支撑结构依靠自身的功能特点，对光学仪器直接提供定位、支撑、抵御外界形变的作用，有力的保证了光学仪器在静力学和动力学条件下的结构稳定性。在工作阶段底部支撑结构的柔性环节有效的吸收外部热载荷能量，有效阻止光学仪器变形，保证了光学仪器在热环境变化条件下的结构稳定性。因此，底部支撑结构设计的优劣对于地面光学仪器来说具有决定成败的作用，选用合适的连接形式、如何设计底部支撑结构等问题，都需要仔细的分析和研究。
发明内容
针对现有技术中光学仪器的支撑结构难以同时抵抗外界热载荷、力学载荷使仪器结构产生变形的技术问题，本发明的一个目的是提供一种刚性、柔性相结合的组合支撑座，本发明的另一个目是提供利用刚性、柔性组合支撑座形成的光学仪器。
本发明的技术方案是：
一种光学仪器刚柔组合支撑结构，其特殊之处在于：所述刚柔组合支撑结构包括光学仪器安装平台1、柔性支撑座2、刚性支撑座3以及柔性及刚性支撑座固定平台4；所述刚性支撑座3置于光学仪器安装平台1的中心位置；多个柔性支撑座2按照轴对称的方式排布于光学仪器安装平台1的四周，所述柔性支撑座2和刚性支撑座3均位于光学仪器安装平台1和柔性及刚性支撑座固定平台4之间。
上述刚性支撑座3包括上基准面31、下基准面32以及位于上、下基准面之间的刚性体33，上、下基准面均设置有数个安装孔，所述刚性体33包括均为圆环形的上法兰块331、刚性承力块332和下法兰块333；
所述刚性承力块332的一端与上法兰块331连接，另一端与下法兰块333连接，所述上法兰块331与上基准面31连接，所述下法兰块333与下基准面32连接。
上述柔性支撑座2包括上基准面21、下基准面22以及位于上、下基准面之间的柔性铰链23，上、下基准面均置有数个安装孔，所述柔性铰链23包括上柔性连接块231和下柔性连接块232，所述上柔性连接块231上设置有两个上消应力槽2311，上消应力槽2311将上柔性连接块分成上中间柔性连接片2312、前限位块2313和后限位块2314，所述下柔性连接块232上设置有两个下消应力槽2321，下消应力槽2321将下柔性连接块分成下中间柔性连接片2322、左限位块2323和右限位块2324；
所述上中间柔性连接片2312的一端与下中间柔性连接片2322一端垂直固定连接，所述上中间柔性连接片2312的另一端与上基准面21固定连接，所述下中间柔性连接片2322的另一端与下基准面22固定连接。
上述前限位块2313和后限位块2314均与上基准面21固定连接，所述下消应力槽2321的一部分位于下柔性连接块232与下基准面22之间，所述上消应力槽的一部分位于上柔性连接块231和下柔性连接块232之间。
上述上消应力槽2311和下消应力槽2321的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片2312和下中间柔性连接片2322为板状或柱状。
上述光学仪器安装平台1上设置有多个安装接口，所述安装接口与柔性支撑座2、刚性支撑座3的上基准面通过安装接口以及安装孔刚性固定连接。
上述前限位块2313和后限位块2314均与上基准面21固定连接，所述下消应力槽2321的一部分位于下柔性连接块232与下基准面22之间，所述上消应力槽的一部分位于上柔性连接块231和下柔性连接块232之间。
上述上消应力槽2311和下消应力槽2321的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片2312和下中间柔性连接片2322为板状或柱状。
使用刚柔组合支撑结构的光学仪器，其特殊之处在于：包括光学仪器主体5及刚柔组合支撑结构，所述光学仪器主体5上设置有用于安装的机械接口，所述光学仪器主体5通过机械接口和安装孔与光学仪器安装平台1刚性固定连接。
上述前限位块2313和后限位块2314均与上基准面21固定连接，所述下消应力槽2321的一部分位于下柔性连接块232与下基准面22之间，所述上消应力槽的一部分位于上上柔性连接块231和下柔性连接块232之间；
所述上消应力槽2311和下消应力槽2321的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片2312和下中间柔性连接片2322为板状或柱状。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明所提供的一种光学仪器刚柔组合支撑结构设计工艺可行、加工难度低、装配和调试简单，不需设计复杂的仪器整机主体结构即可在保证主支撑刚度足够的条件下，抵抗外界环境热、力学载荷导致的不同方向的应力变形。
2、本发明所提供的光学仪器支撑结构不但可靠性和稳定性高，而且为轻量化做出了贡献，具有较高的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明刚柔组合支撑结构的结构示意图；
图2为本发明刚柔组合支撑结构的结构主视图；
图3为本发明刚柔组合支撑结构的结构左视图；
图4为本发明刚性支撑座的结构示意图；
图5为本发明刚性支撑座的结构主视图；
图6为本发明柔性支撑座的结构示意图；
图7为本发明柔性支撑座的结构主视图；
图8为本发明柔性支撑座的结构左视图；
图9为本发明使用刚柔组合支撑结构的光学仪器结构示意图；
图中各标记分别为：1-光学仪器安装平台，2-柔性支撑座，3-刚性支撑座，4-柔性及刚性支撑座固定平台，5-光学仪器主体，21-上基准面，22-下基准面，23-柔性铰链，231-上柔性连接块，232-下柔性连接块，2311-上消应力槽，2312-上中间柔性连接片，2313-前限位块，2314-后限位块，2321-下消应力槽，2322-下中间柔性连接片、2323-左限位块，2324-右限位块，31-上基准面，32-下基准面，33-刚性体，331-上法兰块，332-刚性承力块，333-下法兰块。
具体实施方式
针对本发明光学仪器辅助支撑特点，结合使用环境和工艺性，提供了一种光学仪器刚柔组合支撑结构，本发明的结构不仅仅限于以下实施例。
实施例1：
如图1-3所示，刚柔组合支撑结构包括光学仪器安装平台1、柔性支撑座2、刚性支撑座3、柔性及刚性支撑座固定平台4；刚性支撑座3置于光学仪器安装平台1中心位置；多个柔性支撑座2根据设计的特定角度置于光学仪器安装平台1的四周，并按轴对称的方式排布。
实施例2：
如图4-8所示，刚性支撑座3包括上基准面31、下基准面32以及位于上、下基准面之间的刚性体33，上、下基准面均置有数个安装孔，刚性体33包括均为圆环形的上法兰块331、刚性承力块332和下法兰块333。
刚性承力块332的一端与上法兰块331连接，另一端与下法兰块333连接，上法兰块331与上基准面31连接，下法兰块333与下基准面32连接。
如图6-8所示，柔性支撑座2包括上基准面21、下基准面22以及位于上、下基准面之间的柔性铰链23，上、下基准面均置有数个安装孔，柔性铰链23包括上柔性连接块231和下柔性连接块232，上柔性连接块231上设置有两个上消应力槽2311，将上柔性连接块分成上中间柔性连接片2312、前限位块2313和后限位块2314，下柔性连接块232上设置有两个下消应力槽2321，下消应力槽2321将下柔性连接块分成下中间柔性连接片2322、左限位块2323和右限位块2324，上中间柔性连接片2312的一端与下中间柔性连接片2322一端垂直固定连接，上中间柔性连接片2312的另一端与上基准面21固定连接，下中间柔性连接片2322的另一端与下基准面22固定连接。
前限位块2313和后限位块2314均与上基准面21固定连接，下消应力槽2321的一部分位于下柔性连接块232与下基准面22之间，上消应力槽的一部分位于上柔性连接块231和下柔性连接块232之间。上消应力槽2311和下消应力槽2321的截面均为L形通槽或圆弧形通槽。上中间柔性连接片2312和下中间柔性连接片2322为板状。
实施例3：
如图9所示、一种光学仪器包括光学仪器安装平台1、柔性支撑座2、刚性支撑座3、柔性及刚性支撑座固定平台4、光学仪器主体5。
仪器主体5的底部置有与光学仪器安装平台1刚性连接的机械接口。
光学仪器安装平台1、柔性及刚性支撑座固定平台4分别置有与柔性支撑座2、刚性支撑座3连接的安装接口。
柔性支撑座2包括上基准面、下基准面和L形消应力槽；柔性支撑座2的整体外形呈工字形；上、下基准面均置有数个安装孔，上基准面通过安装孔及螺钉与光学仪器安装平台1连接，下基准面通过安装孔及螺钉与柔性及刚性支撑座固定平台4连接；L形消应力槽即横截面为L形的尺寸较小的通槽，四条L形消应力槽份上、下各两条，分别在上、下基准面之间对称分布，上部两条L形消应力槽与下部两条L形消应力槽的方向正交，可抵消两个方向的热、力学应力变形。槽的宽度可根据具体热、力学环境以及光学仪器主体5结构尺寸进行计算而得。
光学仪器主体5通过底部机械接口直接与光学安装平台1连接，形成刚性连接；光学仪器主体5通过柔性支撑座2及刚性支撑座3与柔性及刚性支撑座固定平台4连接，形成刚柔组合连接；这样光学仪器主体5与柔性及刚性支撑座固定平台4之间既存在刚性连接，也引入了辅助的柔性连接；在理想状态下，原有的刚性连接可保证仪器的精度；在外界环境热、力学载荷作用下，柔性及刚性支撑座固定平台4及其他部位会产生应变，此应变会通过光学仪器主体5与柔性及刚性支撑座固定平台4之间的柔性支撑座3实现应力卸载，从而降低外界交替变化的载荷对光学仪器性能的影响，保证仪器的高精度要求。

Claims (10)

1.一种光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述刚柔组合支撑结构包括光学仪器安装平台(1)、柔性支撑座(2)、刚性支撑座(3)以及柔性及刚性支撑座固定平台(4)；所述刚性支撑座(3)置于光学仪器安装平台(1)的中心位置；多个柔性支撑座(2)按照轴对称的方式排布于光学仪器安装平台(1)的四周，所述柔性支撑座(2)和刚性支撑座(3)均位于光学仪器安装平台(1)和柔性及刚性支撑座固定平台(4)之间。
2.根据权利要求1所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述刚性支撑座(3)包括上基准面(31)、下基准面(32)以及位于上、下基准面之间的刚性体(33)，上、下基准面均设置有数个安装孔，所述刚性体(33)包括均为圆环形的上法兰块(331)、刚性承力块(332)和下法兰块(333)；
所述刚性承力块(332)的一端与上法兰块(331)连接，另一端与下法兰块(333)连接，所述上法兰块(331)与上基准面(31)连接，所述下法兰块(333)与下基准面(32)连接。
3.根据权利要求1或2所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述柔性支撑座(2)包括上基准面(21)、下基准面(22)以及位于上、下基准面之间的柔性铰链(23)，上、下基准面均置有数个安装孔，所述柔性铰链(23)包括上柔性连接块(231)和下柔性连接块(232)，所述上柔性连接块(231)上设置有两个上消应力槽(2311)，上消应力槽(2311)将上柔性连接块分成上中间柔性连接片(2312)、前限位块(2313)和后限位块(2314)，所述下柔性连接块(232)上设置有两个下消应力槽(2321)，下消应力槽(2321)将下柔性连接块分成下中间柔性连接片(2322)、左限位块(2323)和右限位块(2324)；
所述上中间柔性连接片(2312)的一端与下中间柔性连接片(2322)一端垂直固定连接，所述上中间柔性连接片(2312)的另一端与上基准面(21)固定连接，所述下中间柔性连接片(2322)的另一端与下基准面(22)固定连接。
4.根据权利要求3所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述前限位块(2313)和后限位块(2314)均与上基准面(21)固定连接，所述下消应力槽(2321)的一部分位于下柔性连接块(232)与下基准面(22)之间，所述上消应力槽的一部分位于上柔性连接块(231)和下柔性连接块(232)之间。
5.根据权利要求4所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述上消应力槽(2311)和下消应力槽(2321)的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片(2312)和下中间柔性连接片(2322)为板状或柱状。
6.根据权利要求5所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述光学仪器安装平台(1)上设置有多个安装接口，所述安装接口与柔性支撑座(2)、刚性支撑座(3)的上基准面通过安装接口以及安装孔刚性固定连接。
7.根据权利要求6所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述前限位块(2313)和后限位块(2314)均与上基准面(21)固定连接，所述下消应力槽(2321)的一部分位于下柔性连接块(232)与下基准面(22)之间，所述上消应力槽的一部分位于上柔性连接块(231)和下柔性连接块(232)之间。
8.根据权利要求6或7所述的光学仪器刚柔组合支撑结构，其特征在于：所述上消应力槽(2311)和下消应力槽(2321)的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片(2312)和下中间柔性连接片(2322)为板状或柱状。
9.一种使用权利要求1-8之任一所述的光学仪器刚柔组合支撑结构的光学仪器，其特征在于：包括光学仪器主体(5)及刚柔组合支撑结构，所述光学仪器主体(5)上设置有用于安装的机械接口，所述光学仪器主体(5)通过机械接口和安装孔与光学仪器安装平台(1)刚性固定连接。
10.根据权利要求9所述的光学仪器，其特征在于：所述前限位块2313和后限位块(2314)均与上基准面(21)固定连接，所述下消应力槽(2321)的一部分位于下柔性连接块(232)与下基准面(22)之间，所述上消应力槽的一部分位于上上柔性连接块(231)和下柔性连接块(232)之间；
所述上消应力槽(2311)和下消应力槽(2321)的截面均为L形通槽或圆弧形通槽；所述上中间柔性连接片(2312)和下中间柔性连接片(2322)为板状或柱状。
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