CN106019529A - 一种空间铝基反射镜组件 - Google Patents

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Abstract

一种空间铝基反射镜组件，属于空间光学遥感领域，解决了现有空间光学反射镜组件存在的支撑结构复杂、占用空间大、成本高以及空间光学反射镜加工装调难度大、研制周期长、镜面面形对应力敏感的问题。该组件包括空间高轻量化率铝基反射镜和至少三个高效消应力支撑座，至少三个高效消应力支撑座均通过非胶接方式固定在两个长侧面上；反射镜的材料为铝基材料，其背面封闭，其两个长侧面和两个短侧面上分别开有轻量化孔，轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工；高效消应力支撑座上设置有正反全贯穿的两个L形应力卸载槽。本发明加工装调难度、成本较低，生产效率高，加工周期短，应力对面形影响小。

Description

一种空间铝基反射镜组件
技术领域
本发明属于空间光学遥感技术领域，具体涉及一种空间铝基反射镜组件。
背景技术
空间光学反射镜组件是空间光学遥感器的主要零部件，它的性能影响空间光学遥感器的各项指标。空间光学反射镜组件主要由空间光学反射镜和支撑结构组成，空间光学反射镜作为光学元件，其镜面面形精度要求很高，对材料制备方法、零件加工工艺、装配工艺及后续的检测方法要求都非常严格，而影响镜面面形的主要因素就是热应力和装配应力。为了降低应力影响，空间光学反射镜通常采用背面支撑或周边支撑方式，然而这两种支撑方式的一个共同特点就是都采用胶接方式来连接空间光学反射镜和支撑结构，这样做一个很大的弊端就是胶的线胀系数远远大于结构件的线胀系数，导致空间光学反射镜对环境变化特别敏感，解决办法只能是尽量减少胶层的厚度，从而降低胶对镜面面形的影响。
空间光学反射镜材料大多采用碳化硅、融石英等，这些材料属于脆性材料，易碎，造价很高、加工难度大、研制周期长，而相应的支撑结构也较为复杂，通常采用镶嵌结构与柔性支撑结构相结合的方式，采用这种复杂的支撑结构既占用大量空间、消耗大量资金，又拖延加工和装调的周期。
发明内容
为了解决现有空间光学反射镜组件存在的支撑结构复杂、占用空间大、成本高以及空间光学反射镜加工装调难度大、研制周期长、镜面面形对应力敏感的问题，本发明提供一种空间铝基反射镜组件。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种空间铝基反射镜组件，包括空间高轻量化率铝基反射镜和至少三个高效消应力支撑座，所述空间高轻量化率铝基反射镜包括镜面、两个长侧面、两个短侧面和背面，至少三个高效消应力支撑座均通过非胶接方式固定在空间高轻量化率铝基反射镜的两个长侧面上；
所述空间高轻量化率铝基反射镜的材料为铝基材料，其背面封闭，两个长侧面和两个短侧面上分别开有轻量化孔，所述轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工；
所述高效消应力支撑座上设置有一正一反、全贯穿的两个L形应力卸载槽。
进一步的，所述高效消应力支撑座包括底座和凸台，所述底座和凸台上均设置有螺钉孔和销钉孔，所述底座上的螺钉孔用于与内六角螺钉相连，所述底座上的销钉孔用于与销钉相连，所述凸台上的螺钉孔和销钉孔用于与空间光学遥感器连接和定位。
更进一步的，在凸台上设置正反全贯穿的L形应力卸载槽一和L形应力卸载槽二。
进一步的，所述高效消应力支撑座的数量为三个，在空间高轻量化率铝基反射镜的一个长侧面的下侧两端分别安装两个高效消应力支撑座，在另一个长侧面的下侧中心安装一个高效消应力支撑座。
更进一步的，三组高效消应力支撑座一体加工，确保三组高效消应力支撑座等高，采用线切割方式将其分割成三组。
进一步的，在两个长侧面上侧加工有安装孔和多个轻量化孔一，多个轻量化孔一的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一均为通孔，即所有轻量化孔一均贯穿两个长侧面，每个轻量化孔一均为一个轻量化型腔。
进一步的，还包括安装在高效消应力支撑座与空间高轻量化率铝基反射镜安装面之间的修调垫，降低装配应力。
进一步的，在两个短侧面下侧加工有多个轻量化孔二，多个轻量化孔二均为通孔，即所有轻量化孔二均贯穿两个短侧面，每个轻量化孔二均为一个轻量化型腔。
进一步的，两个长侧面上的轻量化孔与两个短侧面上的轻量化孔之间不重合。
进一步的，所述镜面的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，将高效消应力支撑座的底部平面作为组件与空间高轻量化率铝基反射镜的连接面，由于材料线胀系数不一致以及连接面不平等因素存在，当外界环境变化时，组件内部会产生应力，主要是热应力和装配应力，高效消应力支撑座的L形应力卸载槽会通过自身的弹性变形，卸载这些应力，而不传递到空间高轻量化率铝基反射镜上，从而保证空间高轻量化率铝基反射镜面形稳定。因此，高效消应力支撑座的结构设计降低了装配应力和热应力对空间高轻量化率铝基反射镜面形的影响，降低了装调难度。
2、本发明中，空间高轻量化率铝基反射镜与高效消应力支撑座的连接方式采用非胶接连接方式，消除了胶层温变的巨大影响，而空间高轻量化率铝基反射镜本身由于取消不必要的连接环节，可以将镜厚加大，提高空间高轻量化率铝基反射镜的刚度，降低空间高轻量化率铝基反射镜对应力的敏感程度，同时，可以加大空间高轻量化率铝基反射镜轻量化率，保证空间高轻量化率铝基反射镜重量不增加。
3、本发明的一种空间铝基反射镜组件，其重量和使用空间都有所减小，缩小了空间光学遥感器尺寸，同时优化了空间光学遥感器内部结构布局。
4、本发明中的空间高轻量化率铝基反射镜，其镜体采用铝基材料制备，该材料加工性能良好，易于制备与成型，大大降低了加工难度，提高了生产效率，缩短了加工周期，降低了生产成本，同时通过加大镜体厚度可以提升镜体的刚度及强度。
5、本发明中的空间高轻量化率铝基反射镜采用背面封闭和侧面轻量化结合的新结构形式，在降低了镜体重量的同时改善了镜体的刚度，刚度损失很小，从而提升了镜面面形对环境变化的灵敏度。
6、本发明提出了电火花打轻量化底孔与线切割成型加工相结合的轻量化型腔的加工方法，提高了加工效率，提升了加工精度，同时降低了镜体加工产生的残余应力。
7、本发明中的空间高轻量化率铝基反射镜镜面采用高精度单点金刚石车削方式进行加工，一步到位，可以达到很高的加工精度，而相应的加工产生的残余应力很小。
8、本发明的一种空间铝基反射镜组件可以应用于精密仪器设备中。
附图说明
图1为本发明的一种空间铝基反射镜组件的主视图。
图2为图1所示的一种空间铝基反射镜组件的俯视图。
图3为图1所示的一种空间铝基反射镜组件的左视图。
图4为高效消应力支撑座的结构示意图。
图5为空间高轻量化率铝基反射镜的结构示意图。
图6为空间高轻量化率铝基反射镜的主视图。
图7为图6所示的空间高轻量化率铝基反射镜的左视图。
图8为电火花打轻量化底孔示意图。
图9为线切割轻量化孔示意图。
图中：1、空间高轻量化率铝基反射镜，2、镜面，3、长侧面，31、轻量化孔一，32、安装孔，4、短侧面，41、轻量化孔二，5、背面，6、底孔，7、高效消应力支撑座，71、底座，72、凸台，73、L形应力卸载槽一，74、L形应力卸载槽二，8、内六角螺钉，9、销钉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明的一种空间铝基反射镜组件，主要包括空间高轻量化率铝基反射镜1、三组高效消应力支撑座7、六个内六角螺钉8和六个销钉9。
空间高轻量化率铝基反射镜1用于汇聚或发散光线，实现光路偏折，其镜体采用轻量化设计，镜体的背面5封闭，镜体的侧面设计有轻量化孔，提高了镜体的结构刚度和强度。如图5至图7所示，空间高轻量化率铝基反射镜1的镜体主要由六个面组成，即镜面2、两个长侧面3、两个短侧面4、背面5。
如图6所示，在空间高轻量化率铝基反射镜1的两个长侧面3上加工有多个轻量化孔一31，多个轻量化孔一31的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一31均为通孔，即所有轻量化孔一31均贯穿两个长侧面3，这些轻量化孔一31均位于两个长侧面3的上侧，每个轻量化孔一31均为一个轻量化型腔。轻量化孔一31的结构和尺寸根据空间高轻量化率铝基反射镜1的设计和尺寸要求进行设计即可。同时在两个长侧面3上还加工有安装孔32，用于与高效消应力支撑座7相连。在本实施方式中，根据空间高轻量化率铝基反射镜1的设计和尺寸要求，共设置有16个轻量化孔一31，16个轻量化孔一31被平均分为四组，每组4个轻量化孔一31，每个轻量化孔一31的横截面均为锐角直角三角形，每组中，第一个轻量化孔一31的斜边与第二个轻量化孔一31的斜边相对设置，第二个轻量化孔一31的直角边与第三个轻量化孔一31的直角边相对设置，第三个轻量化孔一31的斜边与第四个轻量化孔一31的斜边相对设置。
如图7所示，在空间高轻量化率铝基反射镜1的两个短侧面4上加工有多个轻量化孔二41，多个轻量化孔二41均为通孔，即所有轻量化孔二41均贯穿两个短侧面4，这些轻量化孔二41均位于两个短侧面4的下侧，也就是说，多个轻量化孔二41与多个轻量化孔一31之间不能重合，中间留有一定的厚度。每个轻量化孔二41均为一个轻量化型腔。轻量化孔二41的结构和尺寸根据空间高轻量化率铝基反射镜1的设计和尺寸要求进行设计即可。在本实施方式中，根据空间高轻量化率铝基反射镜1的设计和尺寸要求，共设置6个轻量化孔二41，6个轻量化孔二41被平均分为两组，每组3个轻量化孔二41，每个轻量化孔二41的横截面均为三角形，每组中设置有1个等腰三角形和2个锐角直角三角形，并且每组中的2个锐角直角三角形的斜边分别与等腰三角形的两个腰相对设置。
高效消应力支撑座7用于支撑空间高轻量化率铝基反射镜1。如图4所示，高效消应力支撑座7采用一体化加工成型，高效消应力支撑座7包括底座71和凸台72，在底座71和凸台72上均设置有螺钉孔和销钉孔，底座71上的螺钉孔用于与内六角螺钉8相连，底座71上的销钉孔用于与销钉9相连，凸台72上的螺钉孔和销钉孔用于与空间光学遥感器连接和定位。在凸台72上设置有L形应力卸载槽一73和L形应力卸载槽二74，L形应力卸载槽一73和L形应力卸载槽二74采用一正一反、全贯穿(按照L形贯穿凸台72)的形式设置。
本发明中，高效消应力支撑座7的数量为三个，在空间高轻量化率铝基反射镜1的一个长侧面3的下侧两端分别安装两个高效消应力支撑座7，在另一个长侧面3的下侧中心安装一个高效消应力支撑座7。高效消应力支撑座7与空间高轻量化率铝基反射镜1采用内六角螺钉8连接、销钉9定位，如图1、图2和图3所示。
本发明中，空间高轻量化率铝基反射镜1采用侧边支撑，无胶连接(内六角螺钉8连接、销钉9定位)。
本发明中，采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式完成空间高轻量化率铝基反射镜1上的轻量化孔的加工。首先采用电火花加工方式加工出底孔6，底孔6的尺寸要与线切割加工用的金属丝直径匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔。
本发明中，空间高轻量化率铝基反射镜1采用铝基材料，易于制备及成型，同时可以依据反射率及使用环境等需求对空间高轻量化率铝基反射镜1进行不同方式的表面处理，例如对镜面2镀不同材料的反射膜。
本发明中，空间高轻量化率铝基反射镜1的镜面2的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。
本发明中，首先将三组高效消应力支撑座7一体加工，确保三组高效消应力支撑座7等高，然后采用线切割方式将其分割成三组。
本发明中，当空间高轻量化率铝基反射镜1面形指标过高，可以在三组高效消应力支撑座7的底座71与空间高轻量化率铝基反射镜1的接触面之间加入修调垫，降低组件与空间高轻量化率铝基反射镜1安装时的装配应力，确保空间高轻量化率铝基反射镜1面形的稳定。
本发明的一种空间铝基反射镜组件的加工方法，首先加工空间高轻量化率铝基反射镜1，然后加工高效消应力支撑座7，最后将两者组装在一起，包括一下步骤：
步骤一、空间高轻量化率铝基反射镜1的加工
主要是以铝基材料坯料为基础进行空间高轻量化率铝基反射镜1的加工，其具体操作过程如下：
a、首先依据图纸设计要求，将空间高轻量化率铝基反射镜1的背面5加工到位，然后以背面5为基准，精加工空间高轻量化率铝基反射镜1周边平面即两个长侧面3和两个短侧面4，再将镜面2粗加工完成，并进行消残余应力处理。
b、轻量化孔的加工
首先依据图纸设计要求，在预先设定的每个轻量化型腔内设定一个点，标记在空间高轻量化率铝基反射镜1的两个长侧面3和两个短侧面4上，采用电火花加工方式在该点处加工一个小孔，即为轻量化型腔的底孔6，如图8所示；底孔6的尺寸要与线切割加工用的金属丝直径匹配，然后采用线切割加工方式加工出所有的轻量化孔，进而形成轻量化型腔，如图9所示。
c、在空间高轻量化率铝基反射镜1的两个长侧面3上加工出安装孔32，用于与高效消应力支撑座7相连。
d、在上述基础上，对空间高轻量化率铝基反射镜1进行消残余应力处理，并研磨背面5及两个长侧面3和两个短侧面4。
e、根据反射率及使用环境等需求，对空间高轻量化率铝基反射镜1进行强化处理，对镜面2镀相应的反射膜。
步骤二、高效消应力支撑座7的加工
首先依据图纸设计要求，将三组高效消应力支撑座7一体加工，确保三组高效消应力支撑座7高度上的一致性；将高效消应力支撑座7上的销钉底孔和螺钉底孔加工完成，L形应力卸载槽一73和L形应力卸载槽二74暂不加工，采用线切割方式将其分割为三组。
步骤三、粗装配
按照位置关系(在空间高轻量化率铝基反射镜1的一个长侧面3的下侧两端分别安装两个高效消应力支撑座7，在另一个长侧面3的下侧中心安装一个高效消应力支撑座7)，将三组高效消应力支撑座7安装在空间高轻量化率铝基反射镜1上，将安装后的组件置于装配平台上，三组高效消应力支撑座7与装配平台充分接触，拧紧所有内六角螺钉8，加工三组高效消应力支撑座7上的所有销钉孔，然后采用销钉9定位。
步骤四、组件装配前准备工作
将步骤四组装后的组件拆开，倒角去毛刺，采用高精度单点金刚石车削方式加工镜面2面形，采用线切割方式加工高效消应力支撑座7的L形应力卸载槽一73和L形应力卸载槽二74。
步骤五、组装
按照位置关系(在空间高轻量化率铝基反射镜1的一个长侧面3的下侧两端分别安装两个高效消应力支撑座7，在另一个长侧面3的下侧中心安装一个高效消应力支撑座7)，将三组高效消应力支撑座7安装在空间高轻量化率铝基反射镜1上，且内六角螺钉8螺纹和销钉9接触面涂抹防松胶。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空间铝基反射镜组件，包括空间高轻量化率铝基反射镜(1)和至少三个高效消应力支撑座(7)，所述空间高轻量化率铝基反射镜(1)包括镜面(2)、两个长侧面(3)、两个短侧面(4)和背面(5)，其特征在于：至少三个高效消应力支撑座(7)均通过非胶接方式固定在空间高轻量化率铝基反射镜(1)的两个长侧面(3)上；
所述空间高轻量化率铝基反射镜(1)的材料为铝基材料，其背面(5)封闭，两个长侧面(3)和两个短侧面(4)上分别开有轻量化孔，所述轻量化孔采用电火花打轻量化底孔与线切割成型相结合的方式进行加工；
所述高效消应力支撑座(7)上设置有一正一反、全贯穿的两个L形应力卸载槽。
2.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，所述高效消应力支撑座(7)包括底座(71)和凸台(72)，所述底座(71)和凸台(72)上均设置有螺钉孔和销钉孔，所述底座(71)上的螺钉孔用于与内六角螺钉(8)相连，所述底座(71)上的销钉孔用于与销钉(9)相连，所述凸台(72)上的螺钉孔和销钉孔用于与空间光学遥感器连接和定位。
3.根据权利要求2所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，在凸台(72)上设置正反全贯穿的L形应力卸载槽一(73)和L形应力卸载槽二(74)。
4.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，所述高效消应力支撑座(7)的数量为三个，在空间高轻量化率铝基反射镜(1)的一个长侧面(3)的下侧两端分别安装两个高效消应力支撑座(7)，在另一个长侧面(3)的下侧中心安装一个高效消应力支撑座(7)。
5.根据权利要求4所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，三组高效消应力支撑座(7)一体加工，确保三组高效消应力支撑座(7)等高，采用线切割方式将其分割成三组。
6.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，在两个长侧面(3)上侧加工有安装孔(32)和多个轻量化孔一(31)，多个轻量化孔一(31)的结构和尺寸均相同，多个轻量化孔一(31)均为通孔，即所有轻量化孔一(31)均贯穿两个长侧面(3)，每个轻量化孔一(31)均为一个轻量化型腔。
7.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，还包括安装在高效消应力支撑座(7)与空间高轻量化率铝基反射镜(1)安装面之间的修调垫，降低装配应力。
8.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，在两个短侧面(4)下侧加工有多个轻量化孔二(41)，多个轻量化孔二(41)均为通孔，即所有轻量化孔二(41)均贯穿两个短侧面(4)，每个轻量化孔二(41)均为一个轻量化型腔。
9.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，两个长侧面(3)上的轻量化孔与两个短侧面(4)上的轻量化孔之间不重合。
10.根据权利要求1所述的一种空间铝基反射镜组件，其特征在于，所述镜面(2)的面形采用高精度单点金刚石车削、一次成形的方式加工。
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