CN105717607A - 一种光学载荷的四点柔性支撑装置 - Google Patents

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吕群波
刘扬阳
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Abstract

本发明公开了一种光学载荷的四点柔性支撑装置，所述装置包括四个独立的柔性支架，所述柔性支架的底部与光学平台相连，上部支撑光学载荷；第一柔性支架将光学载荷的棱镜水平固定在一个固定点；第二柔性支架约束该棱镜绕所述固定点转动；第三柔性支架能在垂直方向支撑该棱镜，阻止该棱镜绕着另两个柔性支架的连线转动；第四柔性支架与第二柔性支架的结构相同，作用一致。该支撑装置能起到抵抗热变形的能力，使传递到空间相机反射镜的力矩最小，同时减小热变形对空间相机主镜的影响，保证在实际工作状态下主镜的面形精度在光学要求指标之内。

Description

一种光学载荷的四点柔性支撑装置
技术领域
本发明涉及空间光学元件技术领域，尤其涉及一种光学载荷的四点柔性支撑装置。
背景技术
随着空间科学技术的迅猛发展，用户对空间相机的观测分辨力和成像质量提出了越来越高的要求。卫星平台的姿态调整、指向控制、太阳帆板调整等运动会产生各种频率的振动、颤震和抖动。随机振动的频率一般为(50～2000)Hz。而这些振动特别容易引起空间光学元件的镜面变形和光学元件间的相对尺寸的变化，这是影响成像质量和分辨力的一个重要因素。为了保证整机及其组件在可能遇到的动力学环境中能够正常工作，并保持相机良好的光学性能，要求空间相机各光学组件结构具有足够高的强度和刚度，并采用一定的减振措施。
尤其在反射式空间相机中，反射镜是必不可少的关键部件之一，其在轨工作状态下的面形精度直接决定了系统的最终成像质量，由于空间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空间环境下具有可靠的光学性能，这些严酷的空间环境体现在运载阶段的动力学环境以及空间轨道热环境，在发射阶段要经历过载冲击的作用，在入轨后，处于空间微重力环境领域的特殊工作环境，引起应力释放，这些都将引起反射镜发生面形变化。
现有技术已经针对上述问题进行了大量研究，在反射镜支撑结构中设置一定程度的柔性环节能有效改善支撑结构的柔度，从而改善光学成像质量，由于反射镜支撑结构是空间相机的关键部件之一，主要作用是按照相机光学系统设计要求的相互位置关系精确支撑反射镜，在进行结构设计时必须考虑结构稳定性，而现有技术缺乏有针对性的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学载荷的四点柔性支撑装置，该支撑装置能起到抵抗热变形的能力，使传递到空间相机反射镜的力矩最小，同时减小热变形对空间相机主镜的影响，保证在实际工作状态下主镜的面形精度在光学要求指标之内。
一种光学载荷的四点柔性支撑装置，所述装置包括四个独立的柔性支架，所述柔性支架的底部与光学平台相连，上部支撑光学载荷，其中：
第一柔性支架将所述光学载荷的棱镜水平固定在一个固定点；
第二柔性支架约束该棱镜绕所述固定点转动；
第三柔性支架能在垂直方向支撑该棱镜，阻止该棱镜绕着所述第一柔性支架与第二柔性支架的连线转动；
第四柔性支架与第二柔性支架的结构相同，作用一致。
所述第一柔性支架设计成上部端面与所述光学载荷固定，且中间采用十字形结构，底部采用万向接头。
所述第二柔性支架设计成上部与下部均采用万向接头的结构形式，中部采用十字形结构。
所述第三柔性支架设计成与所述第一柔性支架互相对称的结构，具体为：上部采用万向接头，中部采用十字形结构。
每个柔性支架均采用十字型方式，都有针对性的释放自由度，通过该四个独立的柔性支架共同作用来控制6个自由度。
在所述第一柔性支架与第二柔性支架之间的径向方向允许有相对膨胀。
所述四个独立的柔性支架在四个方向均设计为可弯曲。
由上述本发明提供的技术方案可知，上述支撑装置能起到抵抗热变形的能力，使传递到空间相机反射镜的力矩最小，同时减小热变形对空间相机主镜的影响，保证在实际工作状态下主镜的面形精度在光学要求指标之内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供光学载荷的四点柔性支撑装置的主视图；
图2为本发明实施例所提供光学载荷的四点柔性支撑装置的俯视图；
图3为本发明所举实例第一柔性支架的结构示意图；
图4为本发明所举实例第二柔性支架的结构示意图；
图5为本发明所举实例第三柔性支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
对于空间光学元件来说，光学平台的温度分布不均，一般会有30-40℃的温度梯度变化，且分布在对角位置，光学平台由于温度梯度的存在，势必会产生热变形，如果光学载荷直接与光学平台连接，由于光学平台所引起的热变形会直接传递到光学载荷，而对于较为敏感的光学载荷而言，微小的变形都会引起光学镜片的面型精度，造成光学指标失效，因此本发明实施例为了保证在如此工况下光学载荷能够正常工作，采取了在光学平台与光学载荷之间增加柔性支撑装置。下面结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供光学载荷的四点柔性支撑装置的主视图，如图2为该支撑装置的俯视图，结合图1和2，该柔性支撑装置包括四个独立的柔性支架(1、2、3和4)，所述柔性支架的底部与光学平台5相连，上部支撑光学载荷6，其中：
第一柔性支架1将光学载荷6的棱镜水平固定在一个固定点；
第二柔性支架2约束该棱镜绕所述固定点转动，但在所述第一柔性支架1与第二柔性支架2之间的径向方向允许有相对膨胀；
第三柔性支架3等效于在顶端和底部都有一个万向接头，能在垂直方向支撑棱镜，阻止棱镜绕着第一柔性支架1与第二柔性支架2的连线转动，但无法在径向约束棱镜；
第四柔性支架4与第二柔性支架2的结构相同，作用一致。
下面以具体的实例对柔性支架的结构进行详细说明，其中第四柔性支架与第二柔性支架结构一致，第一柔性支架和第三柔性支架分别采用不同的结构形式，具体来说：
如图3所示为本发明所举实例第一柔性支架的结构示意图，该第一柔性支架被设计成上部端面与光学载荷6固定，中间采用十字形结构，底部采用万向接头。
如图4所示为本发明所举实例第二柔性支架的结构示意图，该第二柔性支架被设计成上部与下部均采用万向接头的结构形式，中部采用十字形结构。
如图5所示为本发明所举实例第三柔性支架的结构示意图，该第三柔性支架被设计成与第一柔性支架互相对称的方式，即上部采用万向头，中部采用十字形结构。
具体实现中，每个柔性支架均采用十字型方式，都有针对性的释放自由度，通过该四个独立的柔性支架共同作用来控制6个自由度。
另外，为减小胶合部位的应变，上述四个独立的柔性支架在四个方向都设计为可弯曲。
同时由于上述支撑装置采用四点式结构，因此安装的光学载荷与光学平台的安装面面型与位置度都有较高要求，平面度均要求为0.002mm，才能减小由于平面精度较低，安装螺钉时所引起的附加应力。
值得注意的是，上述提到的实施方式仅作为本发明技术方案的示例性说明，而不应解释为对本发明的限制，任何对本发明进行显而易见的局部更改都应视为本发明的替代方案，这种替代方案包括采用材料的不同选取、尺寸的不同设计、结构形式相同但排布位置有变化等，这些更改和变化均不脱离本发明的实质范围。
综上所述，本发明实施例所提供的装置能起到抵抗热变形的能力，使传递到空间相机反射镜的力矩最小，减小热变形对空间相机主镜的影响，保证在实际工作状态下主镜的面形精度在光学要求指标之内；同时又起到一定的隔振的作用，保证整个光学载荷的力学性能达到最优。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，所述装置包括四个独立的柔性支架，所述柔性支架的底部与光学平台相连，上部支撑光学载荷，其中：
第一柔性支架将所述光学载荷的棱镜水平固定在一个固定点；
第二柔性支架约束该棱镜绕所述固定点转动；
第三柔性支架能在垂直方向支撑该棱镜，阻止该棱镜绕着所述第一柔性支架与第二柔性支架的连线转动；
第四柔性支架与第二柔性支架的结构相同，作用一致。
2.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
所述第一柔性支架设计成上部端面与所述光学载荷固定，且中间采用十字形结构，底部采用万向接头。
3.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
所述第二柔性支架设计成上部与下部均采用万向接头的结构形式，中部采用十字形结构。
4.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
所述第三柔性支架设计成与所述第一柔性支架互相对称的结构，具体为：
上部采用万向接头，中部采用十字形结构。
5.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
每个柔性支架均采用十字型方式，都有针对性的释放自由度，通过该四个独立的柔性支架共同作用来控制6个自由度。
6.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
在所述第一柔性支架与第二柔性支架之间的径向方向允许有相对膨胀。
7.根据权利要求1所述光学载荷的四点柔性支撑装置，其特征在于，
所述四个独立的柔性支架在四个方向均设计为可弯曲。
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