CN108508570A - 大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，属于空间光学遥感技术领域，其包括三个多轴柔性支撑单元，在大长宽比长条形反射镜的背部呈等腰三角形分布三个支撑孔，多轴柔性支撑单元通过支撑孔与大长宽比长条形反射镜连接；多轴柔性支撑单元包括顶部连接平台、多轴柔性片、环内支撑结构和底部安装座；顶部连接平台的顶面与锥套连接，底面与多轴柔性片的上端连接，多轴柔性片的下端与环内支撑结构连接，环内支撑结构的侧面边缘与底部安装座连接；多轴柔性片包括三片围绕中心轴线圆周均布的柔性片，且三片柔性片的底端相互连接。本发明能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变，避免反射镜产生内部应力而导致反射镜的面形精度降低。

Description

大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置

技术领域

本发明涉及空间光学遥感技术领域，特别是涉及一种大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置。

背景技术

航天遥感器是目前光学遥感载荷发展的重要方向之一，新时期对其有高稳定、高轻量化的要求。反射镜作为光学载荷系统的核心组成部件，其安装、装配及定位精度将直接影响反射镜的面形，从而影响遥感载荷的成像质量。为保证相机成像质量，在环境条件(例如：重力释放、热辐射、温度变化、装配误差等)变换时，反射镜必须具有足够好的面形。因此，反射镜柔性支撑结构作为连接安装基座与反射镜镜体的主要部件，必须要具有良好的动、静态力学性能和热性能，以保证环境条件变化时反射镜具有足够好的面形。但是目前应用在航天遥感器的光学载荷系统上的柔性支撑结构其结构往往无法满足反射镜对支撑结构的高精度、高轻量化要求。

发明内容

基于此，有必要针对目前柔性支撑结构无法满足反射镜对支撑结构的高精度、高轻量化的要求的问题，提供一种大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，包括三个多轴柔性支撑单元，在大长宽比长条形反射镜的背部呈等腰三角形分布三个支撑孔，每一所述多轴柔性支撑单元通过所述支撑孔与所述大长宽比长条形反射镜连接；所述多轴柔性支撑单元与所述支撑孔通过锥套配合连接，所述锥套与所述支撑孔胶接固定；

所述多轴柔性支撑单元包括顶部连接平台、多轴柔性片、环内支撑结构和底部安装座；

所述顶部连接平台的顶面与所述锥套连接，所述顶部连接平台的底面与所述多轴柔性片的上端连接，所述多轴柔性片的下端与所述环内支撑结构连接，所述环内支撑结构的侧面边缘与所述底部安装座连接；所述顶部连接平台与所述底部安装座的中心轴线重合；

所述多轴柔性片包括三片围绕所述中心轴线圆周均布的柔性片，且三片所述柔性片的底端相互连接；

所述环内支撑结构与所述底部安装座连接处具有圆角I，所述环内支撑结构内部连接处具有圆角II。

本发明所提出的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置具有以下技术效果：

一、本发明中多轴柔性支撑单元与大长宽比长条形反射镜的支撑孔之间通过锥套间接连接，锥套作为中间连接件，既方便了多轴柔性支撑单元与反射镜进行配作，又方便了多轴柔性支撑单元的拆卸和更换；

二、本发明中的多轴柔性片包括三片柔性片，并且这三片柔性片围绕顶部连接平台和底部安装座的中心轴线呈120°圆周均布，多轴柔性片通过柔性片自身的弹性变形，能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，从而避免反射镜产生内部应力而导致反射镜的面形精度降低。

附图说明

图1为本发明大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置对大长宽比长条形反射镜支撑时的剖视图；

图2为本发明大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置中锥套的结构示意图；

图3为本发明大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置中柔性支撑单元的轴测图；

图4为本发明大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置中柔性支撑单元的结构示意图；

图5为本发明大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置中柔性支撑单元与锥套连接的剖视图；

图中：1、大长宽比长条形反射镜，2、多轴柔性支撑单元，3、锥套，4、顶部连接平台，5、多轴柔性片，6、环内支撑结构，7、底部安装座，8、柔性片，9、圆角I，10、圆角II，11、T形镂空槽，12、L形镂空槽，13、圆角III，14、螺钉孔I，15、销钉孔I，16、螺钉I，17、销钉I，18、螺钉孔II，19、螺钉II，20、销钉II，21、反射镜支撑底板。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

在其中一个实施例中，如图1所示，大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置包括三个多轴柔性支撑单元2，在大长宽比长条形反射镜1的背部呈等腰三角形分布三个支撑孔，每一多轴柔性支撑单元2通过支撑孔与大长宽比长条形反射镜1连接。如图1所示为多轴柔性支撑装置对大长宽比长条形反射镜1进行支撑时的剖视图，在该剖视图中，两个支撑孔沿大长宽比长条形反射镜1的长度方向相对第三个支撑孔对称分布，三个多轴柔性支撑单元2同时对大长宽比长条形反射镜1进行支撑。

多轴柔性支撑单元2与支撑孔通过锥套3配合连接，锥套3与支撑孔胶接固定。如图2所示为锥套的结构示意图，三个锥套3分别对应三处支撑孔，通过配研加工使相配合的锥套3和支撑孔具有相同的锥度，锥套3与支撑孔通过胶接固定。优选地，本实施例中的锥套3由殷钢合金材料加工而成，由于殷钢合金材料具有随温度变形极小和其膨胀系数随粘接材料同等变化的特性，因此采用殷钢合金材料制作锥套，能够从根本上改善环境温度变化对反射镜面形精度的影响。

如图3和图4所示，分别为多轴柔性支撑单元的轴测图和多轴柔性支撑单元的结构示意图，多轴柔性支撑单元2包括顶部连接平台4、多轴柔性片5、环内支撑结构6和底部安装座7；顶部连接平台4的顶面与锥套3连接，顶部连接平台4的底面与多轴柔性片5的上端连接，多轴柔性片5的下端与环内支撑结构6连接，环内支撑结构6的侧面边缘与底部安装座7连接；顶部连接平台4与底部安装座7的中心轴线重合；多轴柔性片5包括三片围绕中心轴线圆周均布的柔性片8，且三片柔性片8的底端相互连接。本实施例中的多轴柔性支撑单元2为一体式结构，保证了支撑效果的可靠性和稳定性。优选地，本实施例中的多轴柔性支撑单元2由钛合金材料加工而成，具有刚度好、易加工以及质轻等优点，有利于减小多轴柔性支撑装置的整体重量。

环内支撑结构6与底部安装座7连接处具有圆角I9，环内支撑结构6内部连接处具有圆角II10，从而避免应力集中。

本实施例所提出的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置具有以下技术效果：

一、多轴柔性支撑单元与大长宽比长条形反射镜的支撑孔之间通过锥套间接连接，锥套作为中间连接件，既方便了多轴柔性支撑单元与反射镜进行配作，又方便了多轴柔性支撑单元的拆卸和更换；

二、多轴柔性片包括三片柔性片，并且这三片柔性片围绕顶部连接平台和底部安装座的中心轴线呈120°圆周均布，多轴柔性片通过柔性片自身的弹性变形，能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变，协调反射镜与承力结构之间的变形差异，从而避免反射镜产生内部应力而导致反射镜的面形精度降低。

作为一种具体的实施方式，如图3和图4所示，每一柔性片8上均设有两个T形镂空槽11和一个L形镂空槽12，并且两个T形镂空槽11分别位于柔性片8的中间位置和下半部分，L形镂空槽12位于柔性片8的上半部分，两个T形镂空槽11交错分布，L形镂空槽12的一条边沿顶部连接平台4的径向，另一条边则与顶部连接平台4的中心轴线相平行。本实施方式中的柔性片8通过T形镂空槽11和L形镂空槽12提供三个方向上的柔性，能够有效的卸载来自外部的热载荷和应力应变。利用柔性片8上的T形镂空槽11和L形镂空槽12的弯曲弹性变形，多轴柔性支撑单元2的顶部连接平台4与底部安装座7之间能够产生微小位移，协调大长宽比长条形反射镜1与承力结构之间的变形差异，从而有效地削弱大长宽比长条形反射镜1因温度变化和装配误差引起的内应力，保证大长宽比长条形反射镜1的高面形精度。对于不同重量和不同轻量化形式的大长宽比长条形反射镜1，可以通过调节柔性片8的整体尺寸来保证良好的面形精度。

作为一种具体的实施方式，T形镂空槽11和L形镂空槽12内部具有圆角III13，从而避免T形镂空槽11和L形镂空槽12内的应力集中。

作为一种具体的实施方式，圆角I9的半径为0.5mm，圆角II10和圆角III13的半径均为4mm，可有效的避免应力集中。

作为一种具体的实施方式，如图3-5所示，顶部连接平台4设有螺钉孔I14和销钉孔I15，并且顶部连接平台4通过螺钉I16和销钉I17与锥套3连接，实现柔性支撑单元2与锥套3之间的可靠性连接。

作为一种具体的实施方式，如图3-5所示，底部安装座7设有螺钉孔II18和销钉孔，并且底部安装座7通过螺钉II19和销钉II20与反射镜支撑底板21固定连接。本实施方式中的柔性支撑单元2通过底部安装座7上的螺钉孔II18与微型空间光学遥感器承力结构的机械接口连接，通过销钉孔与承力结构配作销钉实现定位，保证大长宽比长条形反射镜在工作方向变化、工作环境温度变化和有装配误差时其面形精度在允许范围内保持稳定。

作为一种具体的实施方式，本发明中的大长宽比条形反射镜1的长宽比为5:1，径厚比为10：1。本发明所提出的多轴柔性支撑装置适用于具有大长宽比的长条形反射镜，反射镜的长度可达400mm，长宽比达5:1，径厚比达10:1，重量可达1.8Kg，同时反射镜要求的镜面面形精度优于λ/50，在设计用于该大长宽比长条形反射镜且满足反射镜面形精度的柔性支撑结构时，多轴柔性支撑结构需满足以下特点：a)柔性结构整体尺寸小，质量轻，反射镜预留支撑孔径仅40mm，重量不大于100g；b)柔性结构与反射镜镜体连接需方便拆卸与装配；c)柔性结构的柔性环节需在X/Y/Z向具有充分的柔性作用，以达反射镜对面形的超高要求；d)柔性结构需符合加工工艺，方便加工，降低成本。

同时，本发明还给出的上述实施例中大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置的装配过程，具体如下：

步骤一：加工锥套3，配研大长宽比长条形反射镜1上的三个支撑孔内孔，使锥套3的锥度与支撑孔的锥度相同，即达到相同的锥度和公差要求；

步骤二：将加工完成的三个锥套3对应粘接到三个支撑孔上；

步骤三：将加工完成的三个柔性支撑单元2通过螺钉I16和销钉I17与三个锥套3对应连接；

步骤四：对三个柔性支撑单元2的底部安装座7底面进行研磨，使连接面的平面度达到公差要求；

步骤五：将粘接好的组件通过底部安装座7的螺钉孔II18和销钉孔连接到反射镜支撑底板21上，装配完成。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，包括三个多轴柔性支撑单元(2)，在大长宽比长条形反射镜(1)的背部呈等腰三角形分布三个支撑孔，每一所述多轴柔性支撑单元(2)通过所述支撑孔与所述大长宽比长条形反射镜(1)连接；所述多轴柔性支撑单元(2)与所述支撑孔通过锥套(3)配合连接，所述锥套(3)与所述支撑孔胶接固定；

所述多轴柔性支撑单元(2)包括顶部连接平台(4)、多轴柔性片(5)、环内支撑结构(6)和底部安装座(7)；

所述顶部连接平台(4)的顶面与所述锥套(3)连接，所述顶部连接平台(4)的底面与所述多轴柔性片(5)的上端连接，所述多轴柔性片(5)的下端与所述环内支撑结构(6)连接，所述环内支撑结构(6)的侧面边缘与所述底部安装座(7)连接；所述顶部连接平台(4)与所述底部安装座(7)的中心轴线重合；

所述多轴柔性片(5)包括三片围绕所述中心轴线圆周均布的柔性片(8)，且三片所述柔性片(8)的底端相互连接；

所述环内支撑结构(6)与所述底部安装座(7)连接处具有圆角I(9)，所述环内支撑结构(6)内部连接处具有圆角II(10)。

2.根据权利要求1所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

每一所述柔性片(8)上均设有两个T形镂空槽(11)和一个L形镂空槽(12)，且两个所述T形镂空槽(12)分别位于所述柔性片(8)的中间位置和下半部分，所述L形镂空槽(12)位于所述柔性片(8)的上半部分。

3.根据权利要求2所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述T形镂空槽(11)和所述L形镂空槽(12)内部具有圆角III(13)。

4.根据权利要求3所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述圆角I(9)的半径为0.5mm，所述圆角II(10)和所述圆角III(13)的半径均为4mm。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述顶部连接平台(4)设有螺钉孔I(14)和销钉孔I(15)，且所述顶部连接平台(4)通过螺钉I(16)和销钉I(17)与所述锥套(3)连接。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述底部安装座(7)设有螺钉孔II(18)和销钉孔，且所述底部安装座(7)通过螺钉II(19)和销钉II(20)与反射镜支撑底板(21)固定连接。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述锥套(3)与所述支撑孔的锥度相同。

8.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述锥套(3)的材质为殷钢合金材料。

9.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述多轴柔性支撑单元(2)的材质为钛合金材料。

10.根据权利要求1至4任意一项所述的大长宽比长条形反射镜的多轴柔性支撑装置，其特征在于，

所述大长宽比条形反射镜(1)的长宽比为5:1，径厚比为10：1。