CN107037567B - 一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构 - Google Patents

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Abstract

一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，由主反射镜、主镜托框、限位块、球头球窝构成。主反射镜背部设有轻量化结构。主镜托框为一圆环结构。主镜背部外缘的筋板侧边与主镜托框内缘的齿状结构通过光学胶与主镜托框连接，实现主镜托框对主反射镜的支撑。限位块为柱状结构。限位块的一端机械连结在主镜托框上，另一端插入主镜背部外缘的限位槽中。限位块与限位槽之间放置胶垫，实现对反射镜的限位作用。主镜托框的外缘设有三处安装耳片，每处耳片通过两对球头球窝实现与安装面的无应力安装，避免了安装应力对于主镜面形的影响。

Description

一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构
技术领域
本发明涉及一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，即一种空间相机反射镜支撑结构，属于航天遥感领域。
背景技术
随着航天遥感技术的发展，对空间相机分辨率的要求越来越高，相机反射镜的口径也随之越来越大。反射镜在地面加工、测试和装调过程中受重力和温度变化的影响，发射到空间中后更承受着重力卸载和空间温度环境变化的显著影响。因此，随着光学口径需求的逐步增大，反射镜的支撑结构设计面临着很大的挑战。首先反射镜需要牢固的支撑来抵抗口径增大带来的重力影响的增大，而对于航天结构的重量限制加大了反射镜支撑结构的设计难度，传统的反射镜框已经无法满足对于大口径反射镜支撑的需要；其次，航天领域的反射镜产品需要经历发射阶段震动、冲击等严苛的力学环境。且反射镜材料大多是玻璃、陶瓷的脆性材料，对于反射镜的直接接触需要足够的接触面积，一般的反射镜侧边支撑方式已经无法提供足够的接触面积；再次支撑结构由于变形导致反射镜的面形变化愈发明显，接触面越多，对面形的影响越大，传统的镜框支撑方式难以平衡好充分支撑与变形影响；最后，对于反射镜组件的安装需要严格控制安装面的公差或设置应力卸载，大大增加了加工装配难度和时间成本。
发明内容
本发明选择一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构。反射镜组件与安装面通过三点连接。在三连接点处安装成对的球头球窝垫片，避免了安装面误差造成的应力，从而避免了安装应力对于反射镜面形的影响。主镜托框采用变截面梁设计，在安装点处加强，增强了主镜托框承受重力载荷的效率。
本发明的技术方案为：一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，包括：主反射镜、主镜托框、限位块、球头球窝；主镜托框为环形结构，内边缘有向内部伸出的齿状凸起，主镜托框的外边缘有均匀分布的三处连接点；主反射镜背面的外边缘设置筋板，主反射镜的背面的外边缘设置有限位槽，限位槽位于筋板的间隙处；主反射镜通过在主反射镜背面的筋板上涂抹光学胶与主镜托框连接，实现主镜托框对主反射镜的支撑；限位块通过螺钉连接安装在主镜托框上的内边缘上，安装在主镜托框上的限位块通过胶垫通过胶垫卡在主反射镜的限位槽中，实现对主反射镜的限位作用；主镜托框的三处连接点通过球头球窝实现与安装面的无应力安装，避免了安装应力对于主镜面形的影响；
光学胶为硅橡胶或环氧胶。主反射镜背面设置三角形轻量化槽。筋板的材质和主反射镜相同。主镜托框上设置多组限位块，每组两个限位块，多组限位块在主镜托框上均匀分布；主反射镜托框与安装面通过三点机械螺纹连接，三安装点安置成对的球头球窝避免安装应力；主镜托框采用变截面梁设计，在安装点处增强。反射镜的胶结面位于沿径向的筋板上，筋板通过胶斑与主镜托框的齿结构粘接。粘接的筋板呈六处沿圆周方向间断分布。与三组件安装点对应的位置粘接筋板多，起主要支撑作用。与之镜像的三处粘接胶斑少，起辅助支撑作用。
限位块机械安装与主镜托框上，深入到主镜限位槽中，通过胶垫实现对反射镜的限位作用。
本发明相对于现有技术的优点在于：
(1)本发明提出了一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构。通过反射镜背部设置筋板，拓展了反射镜的支撑面积，减小了反射镜在地面光轴水平装调状态下受自重影响造成的面形变化问题，
(2)本发明在保证对于反射镜充分支撑的同时，减小了反射镜托框变形对于反射镜面形的影响，提升了反射镜面形的稳定度。
(3)本发明解决了安装面的误差所产生的安装应力导致反射镜面形变化问题。减小了反射镜组件对于安装面精度的要求，具有结构简单，易于装配，节约了结构加工成本、和组件装配的时间成本。
附图说明
图1为反射镜支撑结构图；
图2为三处布置有球头球窝的安装点剖面结构图；
图3为主镜托框及限位块结构分布图；
图4为限位块与主镜托框的连接图；
图5为限位块与主镜限位槽的安装位置图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的基本思路为：提出一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，由主反射镜、主镜托框、限位块、球头球窝构成。主反射镜背部设有轻量化结构。主镜托框为一圆环结构。主镜背部外缘的筋板侧边与主镜托框内缘的齿状结构通过光学胶与主镜托框连接，实现主镜托框对主反射镜的支撑。限位块为柱状结构。限位块的一端机械连结在主镜托框上，另一端插入主镜背部外缘的限位槽中。限位块与限位槽之间放置胶垫，实现对反射镜的限位作用。主镜托框的外缘设有三处安装耳片，每处耳片通过两对球头球窝实现与安装面的无应力安装，避免了安装应力对于主镜面形的影响。
针对地面重力作用，反射镜通过沿径向的筋板侧面与主镜托框的安装齿侧面通过光学胶粘接。对于粘接的筋板位置通过仿真分析优化设计，选取六处沿圆周向间断均匀分布。与三安装点对应位置的粘接的筋板多，呈镜像分布的另三处粘接的筋板少。最大程度上保持了主镜托框对于主镜的支撑多用，减少了主镜托框的变形对于主镜面形的影响。在反射镜圆周没有粘接的筋板位置设计了周向均匀分布的三处共六个限位槽，与安装在主镜托框上的限位块通过胶垫实现对与主镜位置的限定。
本发明提出了一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于包括：主反射镜、主镜托框、限位块、球头球窝；
主镜托框为环形结构，内边缘有向内部伸出的齿状凸起，主镜托框的外边缘有均匀分布的三处连接点；
主反射镜背面的外边缘设置筋板，主反射镜的背面的外边缘设置有限位槽，限位槽位于筋板的间隙处；
主反射镜通过在主反射镜背面的筋板上涂抹光学胶与主镜托框连接，实现主镜托框对主反射镜的支撑；
限位块通过螺钉连接安装在主镜托框上的内边缘上，
安装在主镜托框上的限位块通过胶垫通过胶垫卡在主反射镜的限位槽中，实现对主反射镜的限位作用；
主镜托框的三处连接点通过球头球窝实现与安装面的无应力安装，避免了安装应力对于主镜面形的影响；
主反射镜背面设置轻量化槽，在保证主镜面形的前提下尽可能减小主镜重量。在主反射镜背面外缘设置筋板，充分利用筋板的侧面提供更多的接触面。主镜侧边设计限位槽，以实现限位块对主镜的限位。主镜托框为一环形结构。在环形结构内缘设计齿状结构，用于与主镜背面筋板的侧面胶结。主镜托框与主镜通过硅橡胶、环氧胶等光学胶胶结，以避免主镜托框与主反射镜的硬点接触，确保主镜安全。主镜托框的齿状结构分布取决于反射镜的重量、刚度以及主镜托框对外安装点的位置。在主镜托框三处对外安装点相对应的位置设置较多的齿状结构，在两安装点中间对应位置设置较少的齿状结构。通过齿状结构的布局优化综合平衡主镜托框对于主反射镜的支撑和不利影响。主镜托框的截面通过优化设计提高结构刚度，在对外安装点出进行截面加强设计。限位块机械连接在主镜托框的内边缘，端部插入主镜限位槽。限位块与限位槽之间安置胶垫避免与主镜的硬接触。主镜托框通过三处安装耳片与安装面机械连接，每处设有两队按球头球窝，以实现无应力安装。
优选方案实例如下：
如图1所示，主反射镜优选采用SiC材质，口径700mm，背部采用三角形轻量化孔。主镜背部的外缘设计成径向筋板，用于与主镜托框连接。主镜背部采用翻边构型来减主镜背部直径，如图2所示。
主镜托框乱个为一圆环状结构，圆环外缘直径与主镜口径相同。圆环内缘直与主镜背部外缘保留0.3～0.6mm的间隙。圆环外缘设有圆周均布的三处连接耳片，每个耳片有孔用于连接安装面。
如图2所示，每个安装点设置两对球头球窝以实现反射镜组件的无应力安装。主镜托框在于安装点对应的位置通过截面的加宽予以增强，以提升主镜托框的结构刚度。主镜托框的厚度＝主镜厚度-主镜镜面的矢高-限位块厚度。
主镜托框安装齿的设置如图3所示，在托框内缘与安装点对应的位置设置N处齿状结构，在托框内缘与两两安装点中间对应的位置设置Q处齿状结构。优选Q取0.4～0.8N。每个齿状凸起与主镜筋板侧面保留0.3～0.5mm间隙。在齿状结构与筋板侧面注直径为D的胶斑。优选满足以下关系式G×π×D2/4×(N+Q+2)≥K×W。其中G为胶斑与筋板的剪切强度，K为安全系数(取2～50)，W为主镜重量。
如图4所示，在齿状结构间的间歇处，与主镜限位槽对应的位置设置有六组，每组两个限位块。限位块为柱状结构，一段机械连接与主镜托框上。每组的两个限位块的轴线角度为A。优选0°≤A≤360/C，C为主镜背部外缘筋板个数。
如图5所示，限位块插入主镜的限位槽中。插入的深度不小于10mm。限位块与限位槽侧边设置优选0.3mm～1mm的胶垫。优选限位块顶端与反射镜要保留不小于5mm的间隙。
采用该方案的主反射镜组件在光轴水平状态下，重力造成反射镜面变形的RMS≤1nm。无须设置形状复杂的卸载结构，结构简单可靠。

Claims (5)

1.一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于包括：主反射镜、主镜托框、限位块、球头球窝；
主镜托框为环形结构，内边缘有向内部伸出的齿状凸起，主镜托框的外边缘有均匀分布的三处连接点；
主反射镜背面的外边缘设置筋板，主反射镜的背面的外边缘设置有限位槽，限位槽位于筋板的间隙处；
主反射镜通过在主反射镜背面的筋板上涂抹光学胶与主镜托框连接，实现主镜托框对主反射镜的支撑；
限位块通过螺钉连接安装在主镜托框上的内边缘上，
安装在主镜托框上的限位块通过胶垫通过胶垫卡在主反射镜的限位槽中，实现对主反射镜的限位作用；
主镜托框的三处连接点通过球头球窝实现与安装面的无应力安装，避免了安装应力对于主镜面形的影响；
主反射镜托框与安装面通过三点机械螺纹连接，三安装点安置成对的球头球窝避免安装应力；主镜托框采用变截面梁设计，在安装点处增强；
筋板的材质和主反射镜相同；
反射镜的胶结面位于沿径向的筋板上，筋板通过胶斑与主镜托框的齿结构粘接，粘接的筋板呈六处沿圆周方向间断分布，与三组件安装点对应的位置粘接筋板多，起主要支撑作用，与之镜像的三处粘接胶斑少，起辅助支撑作用；
对于粘接的筋板位置通过仿真分析优化设计，选取六处沿圆周向间断均匀分布，与三安装点对应位置的粘接的筋板多，呈镜像分布的另三处粘接的筋板少，在托框内缘与安装点对应的位置设置N处齿状结构，在托框内缘与两两安装点中间对应的位置设置Q处齿状结构，Q取0.4～0.8N，在齿状结构间的间歇处，与主镜限位槽对应的位置设置有六组，每组两个限位块；限位块为柱状结构，一段机械连接与主镜托框上；每组的两个限位块的轴线角度为A；0°≤A≤360/C，C为主镜背部外缘筋板个数；最大程度上保持了主镜托框对于主镜的支撑多用，减少了主镜托框的变形对于主镜面形的影响，确保了反射镜的位置稳定。
2.根据权利要求1所述的一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于：光学胶为硅橡胶或环氧胶。
3.根据权利要求1所述的一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于：主反射镜背面设置三角形轻量化槽。
4.根据权利要求1所述的一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于：主镜托框上设置多组限位块，每组两个限位块，多组限位块在主镜托框上均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种三点球头结合径向胶结的反射镜支撑结构，其特征在于：限位块机械安装与主镜托框上，深入到主镜限位槽中，通过胶垫实现对反射镜的限位作用。
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