CN106526784B - 平面反射镜柔性支撑机构 - Google Patents

Abstract

平面反射镜柔性支撑机构，解决现有反射镜的柔性支撑机构不能实现完全约束所有自由度并且不过约束支撑，同时存在支撑机构加工装调困难以及柔性不稳定等问题，本发明轴向采用一种弹性夹持机构配合细钢杆来完成支撑的紧固联接；径向则使用膜片配合芯轴及中心粘接环的支撑机构,利用膜片径向刚度远大于轴向刚度的特性,来避免径向支撑对轴向支撑的干扰；三点轴向支撑与中心径向支撑配合来实现所有自由度的约束，并且不过约束，互不干扰，使支撑解耦达到运动学平衡。本发明中的中心粘接环还运用了柔性设计，以减小温度应力；同时设置有注胶孔及定位孔，便于装调，并且结构紧凑，重量轻，适用范围广。

Description

平面反射镜柔性支撑机构

技术领域

本发明涉及一种平面反射镜柔性支撑机构。

背景技术

在大口径地基光电望远镜的光路系统中，平面反射镜是其中的关键部分，如三镜系统、库德光路系统中的平面反射镜，其自身的支撑面型精度对系统的成像有很大影响；因此要求这些平面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，尤其是随着平面反射镜的尺寸增大，支撑的难度就越大。地基光电设备通常要求在较大的温度范围内正常工作，因此需要平面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。

传统的平面反射镜支撑方式，例如压边支撑，其过约束虽能令平面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，其仅适合于小口径平面反射镜的支撑，对径向空间大小有限制要求的平面反射镜系统并不适用，同时当平面反射镜尺寸较大时，采用压边方式并不有利于装调，往往压边区域会产生较大的局部应力集中而影响面型；Bipod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Bipod支撑轴向尺寸大，装调工艺复杂需要严格的定位关系，并且其仅适用于圆形平面反射镜的支撑，对于椭圆形的平面反射镜等并不适用。

柔性支撑通常被用来减弱温度效应的影响，其关键在于通过柔性设计使不同的支撑机构仅在某个方向上刚度大，其他方向上刚度小，以达到温度变形时使支撑与镜体能够变形协调，不至于产生较大的局部应力集中。对于轴向支撑而言，通常设计是在支撑件上切割正交的若干组细槽来使某一方向上的柔性增大，释放其在该方向上的小变形的能力；但是这种方式存在的问题也较为明显，切割细槽工艺上难度较大，增加加工的难度，同时如果采用若干组轴向支撑配合，例如三点轴向支撑，无法做到每一组支撑的设计柔性值相同，存在加工偏差。同时装调时，切割细槽的部件也不容易装配，易出现塑性变形，从而使实际的轴向支撑达不到所设计的效果。

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，同时该支撑机构采用合理的柔性设计，既便于加工装调，柔性设计又稳定可靠，结构紧凑，适用性要广泛。

发明内容

本发明为解决现有反射镜的柔性支撑机构不能实现完全约束所有自由度并且不过约束支撑，同时存在支撑机构加工装调困难以及柔性不稳定等问题，提供一种平面反射镜柔性支撑机构。

平面反射镜柔性支撑机构，包括中心径向支撑组件和轴向支撑组件，所述中心径向支撑组件置于平面反射镜的中心处，所述轴向支撑组件均布与反射镜的周向上；

所述中心径向支撑组件包括中心粘接环、膜片和芯轴，所述芯轴的一端固定在镜室基板上，芯轴的另一端固定膜片，所述中心粘接环与膜片连接，所述中心粘接环放置在镜体中心孔内；完成径向支撑机构的安装；

所述轴向支撑组件为弹性夹持机构，包括细钢杆和两组夹持机构；每组夹持机构包括锁紧螺母、夹持基座和弹性夹头，细钢杆穿过弹性夹头的中心孔，弹性夹头置于夹持基座的锥孔内，所述弹性夹头上的锥面与夹持基座的锥孔滑动配合，当锁紧螺母与夹持基座配合锁紧时，锁紧螺母旋转轴向移动来推动弹性夹头，同时配合锥面收紧弹性夹头8，所述弹性夹头夹紧细钢杆，细钢杆两端的夹持基座分别与轴向支撑粘接座及镜室基板过渡座连接，完成轴向支撑的连接。

本发明的有益效果：

一、本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构，以应对重力及温度效应的影响，同时又便于装调加工。轴向采用一种弹性夹持机构配合细钢杆的柔性支撑，径向使用膜片配合芯轴、中心粘接环的柔性支撑，可运用于大口径地基望远镜系统中的平面反射镜的支撑。柔性支撑机构中柔性的轴向支撑与径向支撑配合，实现平面反射镜的全约束，而且不过约束，达到运动学的平衡，使支撑解耦，减小重力以及温度变化时因变形不协调产生的集中应力。

二、本发明中轴向支撑组件通过使用弹性夹头的夹持机构来紧固联接细钢杆，利用细钢杆的径向刚度远比轴向刚度小的特点设计轴向支撑；使用膜片连接芯轴、中心粘接环的径向支撑，利用膜片的轴向刚度远小于径向刚度的特点设计径向支撑；轴向支撑与径向支撑互相解耦，互不干扰，满足运动学平衡的要求。同时所设计的支撑均考虑到装调，整个支撑机构紧凑，重量轻。

附图说明

图1为本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构的整体结构示意图；

图2为本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构的中心径向支撑组件示意图；

图3为本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构中膜片的示意图；

图4为本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构的中心粘接环示意图；

图5为本发明所述的平面反射镜柔性支撑机构中轴向支撑组件剖视图；

图6为轴向支撑组件的示意图。

1、镜室基板，2、中心径向支撑组件，3、轴向支撑组件，4、中心粘接环，5、膜片，6、芯轴，7、锁紧螺母，8、弹性夹头，9、镜室基板过渡座，10、细钢杆，11、夹持基座，12、轴向支撑粘接座，41、定位孔，42、注胶孔，43、柔槽，51、膜片与芯轴连接孔，52、膜片与中心粘接环连接孔。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，平面反射镜柔性支撑机构，包括镜室基板1、中心径向支撑组件2以及三个轴向支撑组件3组成；所述中心径向支撑组件2位于平面反射镜的中心处，三个轴向支撑组件3与中心径向支撑组件2的相对位置经过有限元的优化而定，所有支撑机构最终通过安装螺钉连接于镜室基板1上；

所述的中心径向支撑组件2包括中心粘接环4、膜片5、芯轴6和安装螺钉组成；使用时，首先将中心粘接环4放置在镜体中心孔内，通过定位孔41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42，穿过柔槽43，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用安装螺钉固定在镜室基板1上，并将膜片5用安装螺钉通过膜片与芯轴连接孔51固定在芯轴6的另一端；同时将组装完毕的三个轴向支撑组件3装配固定到镜室基板1上，以配合中心径向支撑组件2完成定位，便于轴向支撑组件3部分与镜体进行胶粘连接。最后，用安装螺钉通过膜片与中心粘接环连接孔52，将中心粘接环4与膜片5连接，完成所有支撑机构的安装。

本实施方式所述的中心粘接环4为铟钢材质，其采用柔性设计，在六个接触粘接部位设有柔槽43，柔槽43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42，方便进行与反射镜的粘接，底面上还设有三个定位孔，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。

本实施方式所述的中心粘接环4通过光学结构胶六点胶合固定在平面反射镜镜体中心孔内的重心平面处，其与膜片通过安装螺钉紧固在一起，并且在交叉方向上，膜片再与芯轴相连，从而实现平面反射镜的径向联接，完成两个平移自由度以及绕光轴的转动自由度的约束，利用膜片自身的特点来完成径向支撑，径向刚度远大于轴向刚度，又不对轴向支撑产生干扰。

本实施方式所述的膜片5的轴向刚度很小而侧向刚度很大，当固定在中心粘接环和芯轴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。

所述的轴向支撑组件3采用一种弹性夹持机构，该机构包括锁紧螺母7、夹持基座11与弹性夹头8，细钢杆10穿过弹性夹头8中心孔，弹性夹头8置于夹持基座11的锥孔处，弹性夹头8上的锥面与夹持基座11的锥孔滑动配合，当锁紧螺母7与夹持基座11配合锁紧时，锁紧螺母7旋转轴向移动来推动弹性夹头8，同时配合锥面收紧弹性夹头，后者夹持住细钢杆10，随着锁紧螺母7的行进夹持力逐步增大，直至夹紧细钢杆10；每一个轴向支撑组件采用两组夹持机构，两端的夹持基座11分别与轴向支撑粘接座及镜室基板1过渡座相连接，从而完成轴向支撑的连接。采用细钢杆10来作为轴向支撑一部分，利用细钢杆10自身的特点，可以使轴向的刚度远大于径向的刚度，三组轴向支撑组件3配合完成平面反射镜13的轴向连接，约束住轴向平移自由度以及平面反射镜的俯仰自由度，同时径向柔性大不对径向支撑产生干扰。

本实施方式中轴向采用一种弹性夹持机构配合细钢杆来完成支撑的紧固联接,同时利用细钢杆轴向刚度远大于径向刚度的特性,来避免轴向支撑对径向支撑的干扰；径向则使用膜片配合芯轴及中心粘接环的支撑机构,利用膜片径向刚度远大于轴向刚度的特性,来避免径向支撑对轴向支撑的干扰；三点轴向支撑与中心径向支撑配合来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。本实施方式所述的支撑机构适用于望远镜设备中的平面反射镜的支撑。

本实施方式所述的弹性夹头8可以径向小幅度弹性变形，配合锁紧螺母7与夹持基座11，利用锥面配合，将锁紧螺母7的轴向移动转化为弹性夹头8的径向收缩，来完成对细钢杆的夹紧，同时轴向刚度远大于径向刚度，布置三点支撑，完成反射镜的轴向支撑，约束住轴向平移自由度以及反射镜俯仰旋转自由度；每个轴向支撑采用两组夹持机构夹持细钢杆，对向布置，便于装调。

本实施方式所述的平面反射镜柔性支撑机构的工作过程为：中心径向支撑组件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，三点轴向支撑组件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，轴向支撑组件3与中心径向支撑组件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，再加上与镜子接触的六个粘接部位均设有柔槽43，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。

上述实施方式仅限于解释本发明，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.平面反射镜柔性支撑机构，包括中心径向支撑组件(2)和轴向支撑组件(3)，所述中心径向支撑组件(2)置于平面反射镜的中心处，所述中心径向支撑组件(2)包括中心粘接环(4)、膜片(5)和芯轴(6)，所述芯轴(6)的一端固定在镜室基板(1)上，芯轴(6)的另一端固定膜片(5)，所述中心粘接环(4)与膜片(5)连接，所述中心粘接环(4)放置在镜体中心孔内，完成中心径向支撑组件的安装；其特征是；

所述轴向支撑组件(3)均布于 反射镜的周向上，所述轴向支撑组件(3)为弹性夹持机构，包括细钢杆(10)和两组夹持机构；每组夹持机构包括锁紧螺母(7)、夹持基座(11)和弹性夹头(8)；

细钢杆(10)穿过弹性夹头(8)的中心孔，弹性夹头(8)置于夹持基座(11)的锥孔内，所述弹性夹头(8)上的锥面与夹持基座(11)的锥孔滑动配合，当锁紧螺母(7)与夹持基座(11)配合锁紧时，锁紧螺母(7)旋转轴向移动来推动弹性夹头(8)，同时配合锥面收紧弹性夹头(8)，所述弹性夹头(8)夹紧细钢杆(10)，细钢杆(10)两端的夹持基座(11)分别与轴向支撑粘接座及镜室基板(1)过渡座连接，完成轴向支撑组件的连接。

2.根据权利要求1所述的平面反射镜柔性支撑机构，其特征在于，所述中心粘接环(4)采用柔性设计，中心粘接环(4)通过定位孔(41)固定在镜体的重心平面，所述中心粘接环(4)上设置有注胶孔(42)和柔槽(43)，依次通过注胶孔(42)和柔槽(43)在接触面上注入光学结构胶，实现与平面反射镜的粘接。

3.根据权利要求2所述的平面反射镜柔性支撑机构，其特征在于，中心粘接环(4)与平面反射镜的粘接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。