CN109343198A - 一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法 - Google Patents

一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法，属于光机装调技术领域。首先将金属结构件连接成整体后与大口径非球面反射镜共同进行多个循环时效处理，然后对反射镜镜座安装过孔台面与镜筒安装螺纹孔台面进行配研，使所有台面配合紧密，接着将大口径非球面反射镜与反射镜镜座安装的圆环台面上均布的三点位置粘接厚度为0.05mm的环氧胶带，形成对大口径非球面反射镜三点支撑，最后在大口径非球面反射镜外圆柱面均布的三段位置采用分段涂胶、分层固化方法进行粘接，直至灌胶槽完全填充硅橡胶后完成粘接装配。本方法有效的消除了大口径非球面反射镜在粘接装配过程中所受的各种应力，保证了反射面的面形精度，具有方法简单、操作方便等特点。

Description

一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法
技术领域
本发明属于光机装调技术领域，具体为一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法。
背景技术
反射式光学系统相对于透射式光学系统一般具有光学口径大、多光谱性、对光学材料要求低等优点，因此常应用于大口径望远探测系统中。卡塞格林系统的大口径非球面反射镜的重量较大，装调过程中易受到各种应力的影响导致面形变化，而反射面的面形精度对系统成像质量起着举足轻重的作用，因此必须在粘接装调过程中采取相应的技术措施，将应力影响降到最低。
目前，《应用光学》第33卷第3期发表的论文“大口径非球面主反射镜的装调方法研究”一文中大口径非球面反射镜粘接采用中心轴定位和辅助支撑的固定方式，中心轴定位要求大口径非球面反射镜中心孔与中心轴的装配精度非常高，形成一个整体，辅助支撑是在大口径非球面反射镜背面增加若干辅助支撑点，起到对大口径非球面反射镜固定作用。该方法存在以下缺点：
1)、大口径非球面反射镜光学零件和中心轴的机械加工精度要求非常高，一旦误差超差或零件变形就会引起大口径非球面反射镜变形，尤其是大口径非球面反射镜在使用中光轴处于水平状态，大口径非球面反射镜受到的重力将主要集中到中心孔与中心轴配合处，使得大口径非球面反射镜产生局部集中受力，直接反映就是其面形的明显变化。
2)、采用辅助支撑会引起反射镜镜座结构复杂，辅助支撑点的个数、分布及各支撑点的大小要根据实际大口径非球面反射镜的质量大小、口径大小及与反射镜镜座连接时可能带来的受力点来确定。如果制造存在误差或计算错误将会引起大口径非球面反射镜的面形变化，破坏了面形精度。
由于上述缺点的存在，大口径非球面反射镜装调后的面形精度很难达到较高水平，对后续的工作带来了较大的不确定性。
发明内容
针对大口径非球面反射镜在粘接固定过程中易受应力影响导致反射面变形的问题，本发明提出一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法，针对大口径非球面反射镜所受的热应力、装配应力、重力和胶层内应力的产生原因进行分析，并对粘接装调方法加以改进，粘接完成后通过ZYGO干涉仪对大口径非球面反射镜面形进行检测，结果显示大口径非球面反射镜由粘接前RMS为λ/30变为粘接后RMS为λ/25，证明了大口径非球面反射镜面形质量良好。
本发明的技术方案为：
所述一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将金属结构件装配连接成整体后与大口径非球面反射镜一同放入高低温烘箱中进行时效处理；时效处理技术要求为高温80℃，低温-40℃，高低温状态下各保温各8小时，温升速率2℃/min，进行3个循环，消除材料内部的残余应力；
所述金属结构件包含反射镜镜座、镜筒、次镜座和支撑座；所述反射镜镜座用于安装大口径非球面反射镜，所述镜筒用于连接反射镜镜座和次镜座，所述支撑座连接到镜筒上用于支撑镜筒；
步骤2：对反射镜镜座的安装过孔台面与镜筒的安装螺纹孔台面使用研磨膏进行配研，使所有台面配合紧密，并使用航空汽油清洗待装；
步骤3：大口径非球面反射镜在反射镜镜座上的安装面为圆环台面，在圆环台面上任选成120°均布的三点位置，粘接厚度为0.05mm的环氧胶带，并在未粘环氧胶带的圆环台面涂抹薄层油脂，将大口径非球面反射镜与反射镜镜座由面接触变为三点接触；并在大口径非球面反射镜中与圆环台面接触的面上涂油脂，而后将大口径非球面反射镜安装到反射镜镜座上；
步骤4：在大口径非球面反射镜外圆柱面与反射镜镜座灌胶槽之间的圆环间隙中选择120°均布的三段位置，每段使用薄铜皮限制灌胶位置的周向尺寸，确保三段灌胶位置的周向尺寸相同；在三段位置中均匀灌入硅橡胶，并使用薄铜皮将胶液推到灌胶槽底部，待胶层厚度达到2mm～3mm时停止灌胶，室温下等待胶层固化，然后再次灌胶厚度达2mm～3mm时继续室温固化，反复多次直至将灌胶槽灌满，待三处灌胶点固化完全后；再在大口径非球面反射镜外圆柱面与反射镜镜座灌胶槽之间圆环间隙中另外选取三段120°均布位置按照上述方式进行灌胶，待大口径非球面反射镜圆周均灌胶固化后，完成大口径非球面反射镜粘接。
有益效果
1、本发明在装调前将金属结构件连接成整体后与大口径非球面反射镜共同进行多个循环高低温时效处理，而过去是在产品装调完成后再进行时效处理，金属结构件释放的应力会直接影响到大口径非球面反射镜的面形精度，装调前时效可以直接释放掉而不会作用到反射面上，提高大口径非球面反射镜的面形精度。
2、本发明在反射镜镜座与镜筒安装台面进行配研，金属结构件的加工误差及时效后应力变形会引起配合面形偏差，通过配研可以消除上述面形偏差，消除金属结构件的装配应力。
3、本发明通过粘贴环氧胶带将大口径非球面反射镜与反射镜镜座之间形成三点柔性接触支撑，相比于传统的机械加工凸台形成的三点刚性接触支撑，柔性接触支撑可以明显降低对大口径非球面反射镜的面形精度影响，三点柔性支撑还可以消除圆环台面支撑因平面面形差引起的装配应力，反射镜镜座安装台面涂油脂可以阻隔灌胶槽溢出胶液在大口径非球面反射镜背面固化，造成胶层内应力不均匀引起反射面面形变化。
4、本发明在大口径非球面反射镜圆周均布、分段涂胶、分层固化的方法，可有效消除了胶层固化不均匀产生的内应力，采用圆周粘接的方式可以在大口径非球面反射镜在工作状态时相对中心轴定位可将重力分散到更大的面积上去，减少了重力作用对反射面面形的影响。
附图说明
图1是本发明优选实例示意图。
图2是反射镜镜座粘贴环氧胶带示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实例对本发明作进一步的详述。
大口径非球面反射镜的微应力装配方法包括以下步骤：
第一步，将金属结构件使用螺钉连接成整体后与大口径非球面反射镜1一同放入高低温烘箱中进行时效处理，技术要求：高温80℃，低温-40℃，高低温状态下各保温各8小时，温升速率2℃/min，进行3个循环，消除材料内部的残余应力。
所述金属结构件包含反射镜镜座2、镜筒3、次镜座4和支撑座5。所述反射镜镜座2用来安装大口径非球面反射镜1，所述镜筒3是用来连接反射镜镜座2和次镜座4，所述支撑座5连接到镜筒3上用来支撑镜筒3水平放置。
第二步，对反射镜镜座2安装过孔台面与镜筒3安装螺纹孔台面使用Al2O3进行配研，使所有台面配合紧密，并使用航空汽油清洗待装。
第三步，大口径非球面反射镜1在反射镜镜座2上的安装面为圆环台面，圆环台面任选成120°均布的三点位置，粘接厚度为0.05mm的环氧胶带6，并在未粘环氧胶带的圆环台面涂抹一薄层油脂，将大口径非球面反射镜与反射镜镜座由面接触变为三点接触，另外在大口径非球面反射镜中与圆环台面接触的面上涂油脂；而后将大口径非球面反射镜安装到反射镜镜座上。
第四步，大口径非球面反射镜1外圆柱面与反射镜镜座2灌胶槽之间圆环间隙选择120°均布的三段位置均匀灌入南大618黑色硅橡胶，其中每段使用薄铜皮限制灌胶位置的周向尺寸，确保三段灌胶位置的周向尺寸相同；注意控制灌胶量，使用薄铜皮将胶液推到灌胶槽底部，待胶层厚度达到2mm～3mm时停止灌胶，室温下等待胶层固化，然后再次灌胶厚度达2mm～3mm时继续室温固化，反复多次直至将灌胶槽灌满，待三处灌胶点同时固化完全后，另外选取120°均布的三段位置进行灌胶，方法同上，，如此反复，待大口径非球面反射镜圆周均灌胶固化后，完成大口径非球面反射镜粘接。

Claims (1)

1.一种用于大口径非球面反射镜的微应力粘接装配方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将金属结构件装配连接成整体后与大口径非球面反射镜一同放入高低温烘箱中进行时效处理；时效处理技术要求为高温80℃，低温-40℃，高低温状态下各保温各8小时，温升速率2℃/min，进行3个循环，消除材料内部的残余应力；
所述金属结构件包含反射镜镜座、镜筒、次镜座和支撑座；所述反射镜镜座用来安装大口径非球面反射镜，所述镜筒是用来连接反射镜镜座和次镜座，所述支撑座连接到镜筒上用来支撑镜筒；
步骤2：对反射镜镜座的安装过孔台面与镜筒的安装螺纹孔台面使用研磨膏进行配研，使所有台面配合紧密，并使用航空汽油清洗待装；
步骤3：大口径非球面反射镜在反射镜镜座上的安装面为圆环台面，在圆环台面上任选成120°均布的三点位置，粘接厚度为0.05mm的环氧胶带，并在未粘环氧胶带的圆环台面涂抹薄层油脂，将大口径非球面反射镜与反射镜镜座由面接触变为三点接触；并在大口径非球面反射镜中与圆环台面接触的面上涂油脂，而后将大口径非球面反射镜安装到反射镜镜座上；
步骤4：大口径非球面反射镜外圆柱面与反射镜镜座灌胶槽之间圆环间隙选择120°均布的三段位置，每段使用薄铜皮限制灌胶位置的周向尺寸，确保三段灌胶位置的周向尺寸相同；在三段位置中均匀灌入硅橡胶，并使用薄铜皮将胶液推到灌胶槽底部，待胶层厚度达到2mm～3mm时停止灌胶，室温下等待胶层固化，然后再次灌胶厚度达2mm～3mm时继续室温固化，反复多次直至将灌胶槽灌满，待三处灌胶点固化完全后；再在大口径非球面反射镜外圆柱面与反射镜镜座灌胶槽之间圆环间隙中另外选取三段120°均布位置按照上述方式进行灌胶，待大口径非球面反射镜圆周均灌胶固化后，完成大口径非球面反射镜粘接。
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