CN109343197B - 一种反射镜组件的粘接方法及反射镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空间光学遥感技术领域，具体公开一种反射镜组件的粘接方法以及反射镜组件。粘接方法包括：调整柔性支撑镜框，使柔性支撑镜框的外圆圆心位于激光定心仪的光轴上；将标准平板玻璃的上表面调整至与激光定心仪的光轴垂直，使标准平板玻璃的下表面与柔性支撑镜框的上表面之间存在间隙；使反射镜外圆与柔性支撑镜框的外圆同轴，并对反射镜进行限位；通过柔性支撑镜框注入粘接剂，固化后即实现反射镜组件的粘接。反射镜组件通过本发明的粘接方法获得。本发明的粘接方法能够保证胶层厚度的均匀性，消除固化应力对反射镜面形及光轴指向的影响，获得的反射镜组件具有很高的温度和力学适应性。

Description

一种反射镜组件的粘接方法及反射镜组件

技术领域

本发明属于空间光学遥感技术领域，具体涉及一种反射镜组件的粘接方法及反射镜组件。

背景技术

随着对地观测要求的不断提高，空间遥感相机正朝着大口径、长焦距、高轻量化的方向迈进。在装配、集成直至在轨工作的整个过程中，空间相机会经历严酷的热、力学环境考验。为了保证成像质量，空间遥感相机的光机组件需要具有良好的强度、刚度以及高度的热、力学稳定性。

光学反射镜是空间光学遥感相机的核心部件，其面形精度直接影响光学系统的成像质量。遥感相机在空间环境下工作时，真空、低温、微重力以及空间外热流等复杂的热、力学环境都可能引起结构的变化，从而影响反射镜的光学性能，导致系统光学系统成像质量劣化。反射镜的支撑方式是影响反射镜面形精度的关键因素，对反射镜进行有效定位的同时卸载它的自重，并通过减小热环境下应力对镜面的影响达到减小镜面变形的目的。

针对小型反射镜，为了解决上述问题，通常有两种方法，一是采用刚性镜框，将小型反射镜安装于镜框内，采用限位不压紧的方式进行各自由度约束，然后在镜子与镜框的侧隙中注入半流动性、固化应力较小的硅橡胶，如D04、GD414等进行固化，可以吸收力、热变形所产生的应力，起到保持反射镜面形的作用，但是对于可挥发物要求及其严格的应用环境，如X射线及紫外波段的成像仪器，这种方法受到限制，或者同轴反射系统的次镜这种对遮拦比有要求的场合也不是最佳选择；二是采用柔性支撑结构，设置粘接面，利用光学环氧胶将反射镜与支撑结构粘接固化。这种方法被大量应用于不同口径、形状的空间反射镜组件中，但普遍存在的问题有胶层的不均匀影响反射镜组件的抗力学性能，环氧胶固化应力导致反射镜面形产生恶化，尽管可以采用先粘接后抛光的策略来尽可能减小这些缺点带来的时间周期及人力物力损失，但仍然无法解决有些应用场景下不允许带着结构件对光学件进行镀膜的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种新型反射镜组件的粘接方法以及通过该粘接方法粘接获得的反射镜组件。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种反射镜组件的粘接方法，所述反射镜组件包括反射镜和柔性支撑镜框；所述粘接方法包括步骤：S1、将所述柔性支撑镜框安装于支撑工装上，然后整体安装于激光定心仪上，调整所述柔性支撑镜框，使所述柔性支撑镜框的外圆圆心位于所述激光定心仪的光轴上；S2、将标准平板玻璃放置于所述柔性支撑镜框上，将所述标准平板玻璃的上表面调整至与所述激光定心仪的光轴垂直，使所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间存在间隙；S3、取出所述标准平板玻璃，将所述反射镜放入所述柔性支撑镜框内，使所述反射镜外圆与所述柔性支撑镜框的外圆同轴，并对所述反射镜进行限位；S4、通过所述柔性支撑镜框注入粘接剂，固化后即实现所述反射镜组件的粘接。

优选的，所述柔性支撑镜框上安装有调整螺钉，通过所述调整螺钉，将所述标准平板玻璃的上表面调整至与所述激光定心仪的光轴垂直，使所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间存在间隙。

优选的，所述标准平板玻璃的上表面镀有可见光波段反射膜，所述标准平板玻璃的上表面和下表面的平行度优于0.005mm。

优选的，所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间的间隙为0.02～0.05mm；所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间的间隙通过标准道尺控制。

优选的，在注入粘接剂后，复检所述反射镜外圆跳动，保证所述反射镜外圆与所述柔性支撑镜框的外圆同轴的误差小于0.005mm，再进行固化。

再另一方面，本发明提供一种反射镜组件，所述反射镜组件通过上述的粘接方法粘接获得。

优选的，所述反射镜包括光学反射面和第一凸台，所述第一凸台的直径小于所述反射镜的通光口径；所述柔性支撑镜框包括轴向柔性结构和径向柔性结构，所述径向柔性结构上设有第二凸台，所述第二凸台用于与所述第一凸台进行粘接，所述第二凸台的直径大于所述第一凸台的直径。

优选的，所述第一凸台为圆柱形，所述第一凸台的圆柱面的圆柱度优于0.005mm，所述第一凸台与所述反射镜外圆的同轴度优于Φ0.008mm。

优选的，所述第二凸台为三个，所述第二凸台为圆柱形，三个所述第二凸台共圆柱，所述第二凸台的圆柱度优于0.005mm，所述第二凸台与所述柔性支撑镜框的外圆的同轴度优于Φ0.008mm。

优选的，所述轴向柔性结构和所述径向柔性结构分别为三个，分别120°均布设置在所述柔性支撑镜框上；所述柔性支撑镜框上加工有120°均布的三处径向调整螺纹孔和三处轴向调整螺纹孔。

本发明的有益效果在于：本发明所提供的反射镜组件的粘接方法可以用于抛光、并镀膜完成的反射镜，保证其胶层厚度的均匀性，消除固化应力对反射镜面形及光轴指向的影响，并使得粘接后的反射镜组件具有很高的温度和力学适应性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的反射镜组件中反射镜的结构示意图。

图2为本发明具体实施方式的反射镜组件中柔性支撑镜框的结构示意图。

图3为本发明具体实施方式的反射镜组件的结构示意图。

图4为本发明具体实施方式所采用的粘接装置的结构示意图。

附图标记：

1、光学反射面；2、反射镜外圆；3、第一凸台；4、轴向柔性结构；5、径向柔性结构；6、轴向调整螺纹孔；7、径向调整螺纹孔；8、注胶孔；9、第二凸台；10、支撑工装；11、径向调整螺钉；12、轴向调整螺钉；13、激光定心仪；14、磁性表座；15、杠杆千分表；16、标准平板玻璃；17、标准道尺；18、反射镜；19、柔性支撑镜框。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明具体实施方式提供一种反射镜组件的粘接方法，如图3所示，其中，反射镜组件包括反射镜18和柔性支撑镜框19；具体的，该反射镜组件通过如图4中的粘接装置进行粘接，粘接装置包括激光定心仪13，磁性表14和杠杆千分表15等部件。

具体实施方式中，反射镜组件的粘接方法包括步骤：

S1、将反射镜组件中的柔性支撑镜框19安装于支撑工装10上，然后将柔性支撑镜框19与支撑工装10整体安装于激光定心仪13上，调整柔性支撑镜框19，使柔性支撑镜框19的外圆圆心位于激光定心仪13的光轴上。

S2、将标准平板玻璃16放置于柔性支撑镜框19上，将标准平板玻璃16的上表面调整至与激光定心仪13的光轴垂直，使标准平板玻璃16的下表面与柔性支撑镜框19的上表面之间存在间隙；具体的，柔性支撑镜框19上安装有调整螺钉，通过调整螺钉将标准平板玻璃16的上表面调整至与激光定心仪13的光轴垂直，使标准平板玻璃16的下表面与柔性支撑镜框19的上表面之间存在间隙；标准平板玻璃16是一种光学装调中常用的自准直标定、侧角用的基准传递光学元件，具体所采用的标准平板玻璃16的上表面镀有可见光波段反射膜，标准平板玻璃16的上表面和下表面的平行度优于0.005mm，采用优选的上表面和下表面的平行度主要为了更好的保证反射镜18的光轴在反射镜组件粘接、固化后与柔性支撑镜框13安装面垂直，更便于光学系统装调；标准平板玻璃16的下表面与柔性支撑镜框19的上表面之间的间隙为0.02～0.05mm，两者之间的间隙主要是为了更好的防止反射镜组件粘接、固化后，反射镜18的非粘接面与柔性支撑镜框19产生接触应力，提高反射镜18的面形精度；具体的，标准平板玻璃16的下表面与柔性支撑镜框19的上表面之间的间隙通过标准道尺控制。

S3、取出标准平板玻璃16，将反射镜18放入柔性支撑镜框19内，使反射镜外圆2与柔性支撑镜框19的外圆同轴，并对反射镜18进行限位。

S4、柔性支撑镜框19上设置有若干个注胶孔8，通过柔性支撑镜19上注胶孔8的注入粘接剂，在室温条件下固化10～20h后,即实现所述反射镜组件的粘接；优选的实施方式中，在注入粘接剂后，复检反射镜外圆2的跳动，保证反射镜外圆2与柔性支撑镜框19的外圆同轴的误差小于0.005mm，再进行固化，得到粘接后的凡涉及组件。

再另一方面，本发明具体实施方式还提供一种反射镜组件，反射镜组件通过上述的粘接方法粘接获得。

具体实施方式中，如图1～3中所示，本发明的反射镜组件包括反射镜18和柔性支撑镜框19；反射镜18包括光学反射面1和第一凸台3，第一凸台3的直径小于反射镜18的通光口径；柔性支撑镜框19包括轴向柔性结构4和径向柔性结构5，其中，径向柔性结构5上设有第二凸台9，第二凸台9用于与第一凸台3进行粘接，且第二凸台9的直径大于第一凸台3的直径，第二凸台9的直径与第一凸台3的相比大0.03mm至0.04mm，对应于粘结层(具体可为光学环氧胶胶层)的优选厚度，提高粘结的可靠性。

具体的，第一凸台3为圆柱形，即为反射镜背部的圆柱形凸台，第一凸台3的圆柱面的圆柱度优于0.005mm，第一凸台3与反射镜外圆2的同轴度优于Φ0.008mm。优选的实施方式中，轴向柔性结构4和径向柔性结构5分别为三个，分别120°均布设置在柔性支撑镜框19上，轴向柔性结构4和径向柔性结构5的尺寸可以根据反射镜18的口径，以及具体的热、力学环境要求等进行设计优化给出；柔性支撑镜框19上加工有120°均布的三处径向调整螺纹孔7和三处轴向调整螺纹孔6；相应的，每个径向柔性结构5上分别设有一个第二凸台9与反射镜18上的第一凸台3进行粘接，即第二凸台9为三个，第二凸台9为圆柱形，具体为圆柱面粘接凸台，三个第二凸台9共圆柱，第二凸台9的圆柱度优于0.005mm，第二凸台9与柔性支撑镜框19的外圆的同轴度优于Φ0.008mm，通过圆柱度以及同轴度的优选，共同保证了反射镜18与柔性支撑镜框19之间三处粘接位置对应粘结层的均匀性。在其他具体实施方式中，轴向柔性结构4和径向柔性结构5的数量还可以设置为两个、四个、五个、六个或其他，只要使得粘接面积满足反射镜组件力学安全系数要求即可，尽可能减小局部粘接应力，保证总的粘接面积，同时尽量降低加工成本和加工时间，则优选设置为三个。

具体实施方式中，轴向调整螺纹孔和径向调整螺纹孔可以为各种形状的螺纹孔，具体与调整螺钉配合使用即可；优选的实施方式中，轴向调整螺纹孔和径向调整螺纹孔均为细牙螺纹，调整精度(旋转同样角度对应的旋出长度)更高，便于调整微小的角度和间隔；调整螺钉优选为特制细牙螺纹螺钉，头部加工成球形。反射镜18与柔性支撑镜框19之间的粘接剂可以为各种粘结剂，如：室温硫化硅橡胶D04，GD414；优选采用光学环氧胶GHJ-01(Z)，粘结强度更高，价格更加低廉，适用性更广，且固化后无挥发物。

更具体的实施方式中，反射镜组件的粘接方法包括步骤：

步骤一、将轴向调整螺钉12和径向调整螺钉11分别安装于柔性支撑镜框19对应的轴向螺纹孔6和径向螺纹孔7内，柔性支撑镜框19安装于支撑工装10上，然后柔性支撑镜框19和支撑工装10整体安装于激光定心仪13上，利用磁性表座14和杠杆千分表15调整柔性支撑镜框19外圆的圆心，使圆心位于激光定心仪13的光轴上；柔性支撑镜框19与支撑工装10安装时，保证柔性支撑镜框19不能移动即可，避免连接应力使柔性支撑镜框19发生变形；轴向调整螺钉12和径向调整螺钉11均优选为特制细牙螺纹螺钉，头部加工成球形。

步骤二、将一个标准平板玻璃16放置于柔性支撑镜框19上，利用三处轴向调整螺钉12将标准平板玻璃16的上表面调整至与激光定心仪13的光轴垂直，使得标准平板玻璃16的下表面与柔性支撑镜框19的上表面不接触，即存在空隙，利用标准道尺17控制其空隙的间隔为0.02～0.05mm。

步骤三、取下标准平板玻璃16，将反射镜18放入柔性支撑镜框19内，利用三处径向调整螺钉11和杠杆千分表15将反射镜外圆2与柔性支撑镜框19的外圆柱调同轴，两者误差小于0.005mm。

步骤四、利用注射器或者其他方式在柔性支撑镜框19的三处注胶孔8内注入适量配比好的粘接剂，优选的粘接剂为光学环氧胶GHJ-01(Z)，GHJ-01(Z)为双组分粘接剂，其最佳配比为1:1。

步骤五、复检反射镜外圆2的跳动，满足步骤三的要求后，控制实验室温度维持20℃左右，固化14天后，取下轴向调整螺钉12和径向调整螺钉11，至此反射镜组件粘接、固化完毕。

本发明所提供的反射镜组件的粘接方法可以用于抛光、并镀膜完成的反射镜，保证其胶层厚度的均匀性，消除固化应力对反射镜面形及光轴指向的影响，并使得粘接后的反射镜组件具有很高的温度和力学适应性。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种反射镜组件的粘接方法，所述反射镜组件包括反射镜和柔性支撑镜框；其特征在于，所述粘接方法包括步骤：

S1、将所述柔性支撑镜框安装于支撑工装上，然后整体安装于激光定心仪上，调整所述柔性支撑镜框，使所述柔性支撑镜框的外圆圆心位于所述激光定心仪的光轴上；

S2、将标准平板玻璃放置于所述柔性支撑镜框上，将所述标准平板玻璃的上表面调整至与所述激光定心仪的光轴垂直，使所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间存在间隙；

S3、取出所述标准平板玻璃，将所述反射镜放入所述柔性支撑镜框内，使反射镜外圆与所述柔性支撑镜框的外圆同轴，并对所述反射镜进行限位；

S4、通过所述柔性支撑镜框注入粘接剂，固化后即实现所述反射镜组件的粘接；

所述反射镜包括光学反射面和第一凸台，所述第一凸台的直径小于所述反射镜的通光口径；所述柔性支撑镜框包括轴向柔性结构和径向柔性结构，所述径向柔性结构上设有第二凸台，所述第二凸台用于与所述第一凸台进行粘接，所述第二凸台的直径大于所述第一凸台的直径。

2.如权利要求1所述的反射镜组件的粘接方法，其特征在于，所述柔性支撑镜框上安装有调整螺钉，通过所述调整螺钉，将所述标准平板玻璃的上表面调整至与所述激光定心仪的光轴垂直，使所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间存在间隙。

3.如权利要求1所述的反射镜组件的粘接方法，其特征在于，所述标准平板玻璃的上表面镀有可见光波段反射膜，所述标准平板玻璃的上表面和下表面的平行度优于0.005mm。

4.如权利要求1所述的反射镜组件的粘接方法，其特征在于，所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间的间隙为0.02～0.05mm；所述标准平板玻璃的下表面与所述柔性支撑镜框的上表面之间的间隙通过标准道尺控制。

5.如权利要求1所述的反射镜组件的粘接方法，其特征在于，在注入粘接剂后，复检所述反射镜外圆跳动，保证反射镜外圆与所述柔性支撑镜框的外圆同轴的误差小于0.005mm，再进行固化。

6.如权利要求1所述的反射镜组件的粘结方法，其特征在于，所述第一凸台为圆柱形，所述第一凸台的圆柱面的圆柱度优于0.005mm，所述第一凸台与所述反射镜外圆的同轴度优于Φ0.008mm。

7.如权利要求1所述的反射镜组件的粘结方法，其特征在于，所述第二凸台为三个，所述第二凸台为圆柱形，三个所述第二凸台共圆柱，所述第二凸台的圆柱度优于0.005mm，所述第二凸台与所述柔性支撑镜框的外圆的同轴度优于Φ0.008mm。

8.如权利要求1所述的反射镜组件的粘结方法，其特征在于，所述轴向柔性结构和所述径向柔性结构分别为三个，分别120°均布设置在所述柔性支撑镜框上；所述柔性支撑镜框上加工有120°均布的三处径向调整螺纹孔和三处轴向调整螺纹孔。

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