CN108492906A - 嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置与方法，包括水平调节组件(1)、竖直调节组件(2)、镜头固定组件(3)、光学平台(4)，通过水平调节组件(1)、竖直调节组件(2)对镜头固定组件(3)固定后的镜片(5)进行位置及姿态的调整，再通过重力补偿、水平调节、高度提升、辐板涂胶、高度降低、补胶粘结六个步骤实现镜片光轴偏心、倾斜和轴向误差的调节，解决了现有技术中镜片调节误差大，无法适用于嵌套型掠入射聚焦光学镜头的问题，装调精度高，稳定性好，通用性强。

Description

嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置及方法

技术领域

本发明涉及嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置及方法，属于空间光学技术领域。

背景技术

X射线脉冲星导航适用于近地空间、深空探测和星际飞行航天器的完全自主导航，可为大多数空间任务航天器提供位置、速度、姿态和时间等全面的导航信息，实现航天器的完全自主导航，具有可靠性强、稳定性好、精确性高、适用性广等优点，是一项极具发展潜力的新型自主导航技术，具有极其重要的工程实用价值和战略研究意义。

X射线脉冲星导航敏感器的核心是X射线光学镜头。嵌套型掠入射聚焦光学镜头是近年以及未来X射线光学镜头的主要发展趋势。嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片一般采用电铸镍、铝箔或玻璃薄片复制进行加工，厚度只有几十到几百微米，调节各层镜片之间存在的相对位置和姿态误差时，镜片易变形，从而造成光学镜头的面形误差增大和角分辨率下降。研究表明，嵌套型掠入射聚焦光学镜头的最大误差项源自装调过程。传统的光学镜头无应力调节方法主要针对大厚度的透镜，装调过程中涉及较大的装调力，无法适用于嵌套型掠入射聚焦光学镜头。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中光学镜头镜片在调节过程中容易变形、容易增大光学镜头的面形误差并影响角分辨率的问题，提出了嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置及方法，能够适用于嵌套型掠入射聚焦光学镜头。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，包括水平调节组件、竖直调节组件、镜头固定组件、光学平台，所述镜头固定组件竖直安装于光学平台中心对镜头及装调后镜片进行固定支撑，用于实现镜片竖直提升与降落的竖直调节组件固定于光学平台上并均匀分布于镜片圆周方向，用于与镜片接触实现水平位移调节的水平调节组件与竖直调节组件匹配套装于镜头固定组件外侧。

所述竖直调节组件包括至少3个升降台、主升降杆、辅助升降杆、固定架、移动支撑环、导杆，所述升降台安装于光学平台一端均固定于光学平台上，所述主升降杆固定于其中一个升降台侧表面可移动部分，主升降杆上端与移动支撑环固定连接，所述辅助升降杆安装于其余升降台侧表面对移动支撑环进行支撑，所述固定架固定安装于移动支撑环上，所述导杆水平安装于固定架侧表面，升降台启动时通过主升降杆带动辅助升降杆抬高移动支撑环高度并通过导杆进行传动，导杆通过与镜片表面接触托住镜片。

所述辅助升降杆通过端部球头对移动支撑环进行支撑。

所述竖直调节组件还包括下垫块，所述下垫块安装于导杆前端并通过下垫块与镜片表面接触托住镜片。

所述水平调节组件包括粗调节器、精调节器、移动螺杆、压力传感器、上垫块，所述移动螺杆螺接于固定架上端，用于调节上垫块位置的粗调节器及精调节器均设置于移动螺杆前半部分，精调节器设置于粗调节器前端并通过上垫块的球型凹槽与上垫块相连，移动螺杆首端均设有压力传感器。

所述镜头固定组件包括前辐板、固定立杆、固定支撑板、组件底座，所述前辐板螺接于固定支撑板内侧，前辐板辐条与下垫块接触，固定支撑板与组件底座通过固定支撑板连接，所述固定支撑板、组件底座均为环形结构，镜片贯穿安装于固定支撑板、组件底座中空位置。

所述镜片最大外径为400mm，最小外径为40mm，装调精度为0.1μm。

嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法，步骤如下：

(a)调节下垫块将待装调镜片托住，通过调节升降台提升镜片高度直至镜片下端面至前辐板环形槽底面的距离为固定值；

(b)通过水平调节组件调节镜片水平位置及姿态，直至镜片位置调节到位；

(c)升高升降台高度，使镜片高度提升至前辐板以上高度，在提升过程中保证镜片位置和姿态一致，当提升高度到位后，锁定升降台；

(d)将镜片对应前辐板环形槽内均匀涂抹粘接胶并保证镜片放入环形槽后粘接胶无溢出且能充满环形槽；

(e)降低升降台高度，使镜片缓慢降低至前辐板环形槽内，保持镜片高度与调节前一致；

(f)保持镜片高度、位置和姿态不变，静置指定时间后，待粘接胶固化后，进行补胶；

(g)重复步骤(a)～(f)，完成所有镜片的调节。

所述步骤(b)中，镜片下端面至前辐板环形槽底面的固定距离为0.2mm。

优选的，所述步骤(f)中，镜片静置指定时间为24小时

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置及方法，通过镜片与结构之间的非直接接触以及导杆、垫块实现传动的调节方式，保证了镜片位置及姿态的调节稳定性，可减小装调过程中产生的镜片内应力，保证镜片的初始面形精度，保证光学镜头的精度；可提供足够的支撑和稳定性，确保光学镜头能够承受发射过程中的外力，保证光学性能和机械性能的稳定；

(2)本发明同时采用重力补偿、接触力控制，水平调节、提升、涂胶、降落、固化等工序集成，可提高光学镜头的装调精度、速度和成品率，可应用于嵌套型掠入射聚焦光学镜头，还可应用于具有嵌套或阵列式圆筒形镜片的调节，适用范围广，具有易于实现、通用性强等优点。

附图说明

图1为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置示意图；

图2为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置水平调节装置示意图；

图3为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置竖直位移装置示意图；

图4为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置镜头组件固定装置示意图；

图5为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置与方法可调节的镜片自由度示意图；

图6为本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法流程图。

具体实施方式

嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，如图1所示，包括水平调节组件1、竖直调节组件2、镜头固定组件3、光学平台4，所述镜头固定组件3竖直安装于光学平台4中心对镜头及装调后镜片5进行固定支撑，用于实现镜片5竖直提升与降落的竖直调节组件2固定于光学平台4上并均匀分布于镜片5圆周方向，通过上垫块114、下垫块110与镜片5接触实现水平位移调节的水平调节组件1与竖直调节组件2匹配套装于镜头固定组件3外侧。

其中，如图2所示，所述竖直调节组件2包括升降台202、主升降杆217、辅助升降杆209、固定架208、移动支撑环203、导杆211、下垫块210，所述升降台202数量为3个，升降台202一端固定于光学平台4上，所述主升降杆217固定于其中一个升降台202侧表面可移动部分，主升降杆217上端与移动支撑环203固定连接，所述辅助升降杆209安装于其余升降台202侧表面并通过端部球头对支撑板203进行支撑，所述移动支撑环203为环形结构，所述固定架208固定安装于移动支撑环203上，所述导杆211水平安装于固定架208侧表面，升降台202启动时通过主升降杆217带动辅助升降杆209抬高移动支撑环203高度并通过导杆211进行传动，导杆211前端设有下垫块210，下垫块210通过与镜片5表面接触托住镜片5；

如图3所示，所述水平调节组件1数量为4个，包括粗调节器106、精调节器107、移动螺杆104、压力传感器105、上垫块114，所述移动螺杆104螺接于固定架208上端，用于调节上垫块114位置的粗调节器106及精调节器107均设置于移动螺杆104前半部分，精调节器107前端球头通过上垫块114的球型凹槽与上垫块114相连，移动螺杆104首端均设有压力传感器105；

如图4、5所示，所述镜头固定组件3包括前辐板312、固定立杆316、固定支撑板313、组件底座317，所述前辐板312螺接于固定支撑板313内侧，前辐板312辐条与下垫块210接触，固定支撑板313与组件底座317通过固定支撑板313连接，所述固定支撑板313、组件底座317均为环形结构，镜片5贯穿安装于固定支撑板313、组件底座317中空位置。

嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法，如图6所示，需要分别对待装调镜片5进行重力补偿、水平调节、高度提升、辐板涂胶、高度降低及补胶粘结，具体步骤如下：

(a)重力补偿；通过4个下垫块210将待装调镜片5托住，使用3个升降台202提升镜片5，使镜片5下端面到前辐板312环形槽底面的距离为0.2mm，从而对镜片5的重力进行补偿，消除镜片5自身重力引起的镜片5与前辐板312支撑处的应力；

(b)水平调节；通过水平调节装置调节镜片5的水平位置和姿态，装调坐标系如图5所示，定义如下：坐标原点O设置在前辐板312上镜片5环槽底面的中心，前辐板312的轴线为Z轴，竖直向上为+Z，竖直向下为-Z，一个水平方向的水平调节装置定义为X轴，根据右手法则定义Y轴，以+X方向的水平位置调节为例，根据外部光学测量系统指示的水平位移调节量，首先缩短-X方向的2个调节器，使其不对镜片5施加压力，然后伸长+X方向的2个调节器，推动镜片5沿+X方向移动，调节到位后，锁定+X向调节器，同时伸长-X方向的调节器，使+X向的调节器和-X向的调节器对镜片5施加相同的压力，调节过程保持Y向的4个调节器不变；再以绕X轴的姿态调节为例，根据外部光学测量系统指示的姿态调节量，保持靠近镜片5下端的4个调节装置和靠近镜片5上端的X向2个调节装置不动，缩短-Y方向靠近镜片5上端的调节器，使其不对镜片5施加压力，然后伸长+Y方向靠近镜片5上端的调节器，拖动镜片5绕X轴转动，调节到位后，锁定+Y方向的调节器，同时伸长-Y方向的调节器，使二者对镜片5施加相同的压力；根据外部系统的测量结果，重复以上调节动作，直到镜片5调节到位；

(c)高度提升；同时升高3个升降台202，将镜片5缓慢提升至前辐板312环形槽上方的高度，提升过程不得引起镜片5位置和姿态的变化，提升到位后，锁定升降台202，保持镜片5处于提升状态；

(d)辐板涂胶；向待装调镜片5对应的前辐板312上的环形槽内均匀涂适量的粘接胶，保证镜片5放入环形槽后粘接胶无溢出，且能充满环形槽，从而保证粘接强度、减小胶固化引起的应力，同时不会减小镜片5的有效面积，粘接胶具有良好的均匀性、放气、蠕变和强度等性能；

(e)高度降低；同时降落3个升降台202，将镜片5缓慢降落至前辐板312的环形槽内，使镜片5的高度与提升前保持一致，通过外部光学测量系统确认镜片5的聚焦光斑与升降前是否存在变化，如有变化，则对镜片5进行微调整，如无变化，则本步骤完成；

(f)补胶粘结；保持镜片5的高度、位置和姿态不变，静置24小时，待粘接胶固化后，进行补胶，以填满胶固化收缩引起的凹陷，提高强度；

(g)重复步骤(a)～(f)，完成所有镜片的调节。

本发明嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置与方法可调节镜片的最大外径为400mm，最小外径为40mm，装调精度优于0.1μm，预计调节速度10分钟/1层镜片。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：包括水平调节组件(1)、竖直调节组件(2)、镜头固定组件(3)、光学平台(4)，所述镜头固定组件(3)竖直安装于光学平台(4)中心对镜头及装调后镜片(5)进行固定支撑，用于实现镜片(5)竖直提升与降落的竖直调节组件(2)固定于光学平台(4)上并均匀分布于镜片(5)圆周方向，用于与镜片(5)接触实现水平位移调节的水平调节组件(1)与竖直调节组件(2)匹配套装于镜头固定组件(3)外侧。

2.根据权利要求1所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述竖直调节组件(2)包括至少3个升降台(202)、主升降杆(217)、辅助升降杆(209)、固定架(208)、移动支撑环(203)、导杆(211)，所述升降台(202)安装于光学平台(4)一端均固定于光学平台(4)上，所述主升降杆(217)固定于其中一个升降台(202)侧表面可移动部分，主升降杆(217)上端与移动支撑环(203)固定连接，所述辅助升降杆(209)安装于其余升降台(202)侧表面对移动支撑环(203)进行支撑，所述固定架(208)固定安装于移动支撑环(203)上，所述导杆(211)水平安装于固定架(208)侧表面，升降台(202)启动时通过主升降杆(217)带动辅助升降杆(209)抬高移动支撑环(203)高度并通过导杆(211)进行传动，导杆(211)通过与镜片(5)表面接触托住镜片(5)。

3.根据权利要求2所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述辅助升降杆(209)通过端部球头对移动支撑环(203)进行支撑。

4.根据权利要求2所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述竖直调节组件(2)还包括下垫块(210)，所述下垫块(210)安装于导杆(211)前端并通过下垫块(210)与镜片(5)表面接触托住镜片(5)。

5.根据权利要求1或2所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述水平调节组件(1)包括粗调节器(106)、精调节器(107)、移动螺杆(104)、压力传感器(105)、上垫块(114)，所述移动螺杆(104)螺接于固定架(208)上端，用于调节上垫块(114)位置的粗调节器(106)及精调节器(107)均设置于移动螺杆(104)前半部分，精调节器(107)设置于粗调节器(106)前端并通过上垫块(114)的球型凹槽与上垫块(114)相连，移动螺杆(104)首端均设有压力传感器(105)。

6.根据权利要求1或2所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述镜头固定组件(3)包括前辐板(312)、固定立杆(316)、固定支撑板(313)、组件底座(317)，所述前辐板(312)螺接于固定支撑板(313)内侧，前辐板(312)辐条与下垫块(210)接触，固定支撑板(313)与组件底座(317)通过固定支撑板(313)连接，所述固定支撑板(313)、组件底座(317)均为环形结构，镜片(5)贯穿安装于固定支撑板(313)、组件底座(317)中空位置。

7.根据权利要求1或2所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节装置，其特征在于：所述镜片(5)最大外径为400mm，最小外径为40mm，装调精度为0.1μm。

8.嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法，其特征在于步骤如下：

(a)调节下垫块(210)将待装调镜片(5)托住，通过调节升降台(202)提升镜片(5)高度直至镜片(5)下端面至前辐板(312)环形槽底面的距离为固定值；

(b)通过水平调节组件(1)调节镜片(5)水平位置及姿态，直至镜片(5)位置调节到位；

(c)升高升降台(202)高度，使镜片(5)高度提升至前辐板(312)以上高度，在提升过程中保证镜片(5)位置和姿态一致，当提升高度到位后，锁定升降台(202)；

(d)将镜片(5)对应前辐板(312)环形槽内均匀涂抹粘接胶并保证镜片(5)放入环形槽后粘接胶无溢出且能充满环形槽；

(e)降低升降台(202)高度，使镜片(5)缓慢降低至前辐板(312)环形槽内，保持镜片(5)高度与调节前一致；

(f)保持镜片(5)高度、位置和姿态不变，静置指定时间后，待粘接胶固化后，进行补胶；

(g)重复步骤(a)～(f)，完成所有镜片的调节。

9.根据权利要求8所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法，其特征在于：所述步骤(b)中，镜片(5)下端面至前辐板(312)环形槽底面的固定距离为0.2mm。

10.根据权利要求8所述的嵌套型掠入射聚焦光学镜头的镜片无应力调节方法，其特征在于：所述步骤(f)中，镜片(5)静置指定时间为24小时。