CN109352553A - 一种光学镜面球面隔膜支撑装置 - Google Patents

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金祖进
顾伟
张来宾
康彬
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Abstract

本发明公开了一种光学镜面球面隔膜支撑装置，包括若干均布在光学镜面下端的支撑缸，所述支撑缸为隔膜支撑缸，每个隔膜支撑缸均包括球面隔膜、盖板和缸体，所述缸体上端开口，下端封闭，球面隔膜的边沿被环形的盖板压紧在缸体的开口处，并利用螺钉将盖板和球面隔膜紧固在缸体边缘，使隔膜支撑缸内部构成一个封闭腔体；球面隔膜的球面顶点高于盖板顶部，且所述球面隔膜由高韧性的弹性材料制成；缸体的侧壁上开设有进口和出口，分别用于填充和排出缸体内的介质。本发明可实现大型光学主镜加工过程中高度支撑和位姿调整，并可在加工过程中提供精确可调节的支撑力和支撑高度，同时能够吸收加工过程中刀具对镜面造成的冲击，提高光学镜面的加工精度。

Description

一种光学镜面球面隔膜支撑装置
技术领域
本发明涉及一种光学镜面的支撑装置，具体涉及一种光学镜面球面隔膜支撑装置，尤其适用于大型光学镜面的加工支撑，属于光学镜面加工设备技术领域。
背景技术
随着光学技术的飞速发展，作为核心元件的曲面光学零件在军事侦察领域、航空航天领域以及众多民用领域，譬如投影仪和照相机镜头，取景器，望远镜等领域均得到广泛应用，而且现代光学系统正朝着大口径、高精度、高分辨率及高功率的方向快速发展，对大型光学镜面的需求日益增长，因此对光学镜面的加工精度有了更高标准。但是在大口径和光学镜面的加工过程中，主镜的支撑难度也随之增加。目前在光学主镜的支撑过程中大多使用机械支撑和液压支撑作为主要支撑方式，使用的支撑装置多为传统的液压缸或者隔膜缸，这些支撑装置在支撑过程中难以避免地存在轴向摩擦，造成各支撑装置的输出支撑力发生变化，影响光学镜面的加工精度；而且支撑装置的支撑轴本身不能平衡光学主镜所施加的径向负载，因此还需要安装径向支撑装置，这就导致了支撑结构复杂，对一些特殊的加工环境难以适应，维护成本较高；且刀具在加工过程中存在一定的冲击力，传统的液压缸难以有效吸收并卸载冲击，当瞬时冲击力较大时容易使光学镜面被刀具冲击造成损坏。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种光学镜面球面隔膜支撑装置，可实现大型光学主镜加工过程中高度支撑和位姿调整，并可在加工过程中提供精确可调节的支撑力和支撑高度，同时能够吸收加工过程中刀具对镜面造成的冲击，提高光学镜面的加工精度。
为了解决上述问题，本发明一种光学镜面球面隔膜支撑装置，包括若干均布在光学镜面下端的支撑缸，所述支撑缸为隔膜支撑缸，每个隔膜支撑缸均包括球面隔膜、盖板和缸体，所述缸体上端开口，下端封闭，球面隔膜的边沿被环形的盖板压紧在缸体的开口处，并利用螺钉将盖板和球面隔膜紧固在缸体边缘，使隔膜支撑缸内部构成一个封闭腔体；球面隔膜的球面顶点高于盖板顶部，且所述球面隔膜由高韧性的弹性材料制成；缸体的侧壁上开设有进口和出口，分别用于填充和排出缸体内的介质。
光学镜面加工过程中，光学镜面被多个隔膜支撑缸支撑，由于光学镜面本身的重力作用，使球面隔膜的顶部具有一定的变形，球面隔膜与光学镜面之间为面接触，因此支撑装置在受到光学镜面所施加的径向力时，由于球面隔膜和光学镜面之间存在一定的摩擦力，且球面隔膜能够在径向上产生一定的变形，因此在能够平衡镜面对支撑装置所施加的径向力；通过缸体侧壁上的进口向缸体内腔填充介质使缸体内部具有一定的压强，从而调节支撑装置的支撑刚度，为了使各支撑缸支撑力相同，可以通过外部系统控制填充量和缸体内部压强；由于隔膜支撑缸在支撑过程中不存在传统油缸或者气缸支撑过程中由于机械摩擦所导致的内部摩擦阻力，从而消除了由于支撑装置自身内部阻力不同所导致的输出支撑力不同，因此支撑精度更高；当镜面在加工过程中受到由于刀具振动以及其他因素所导致的冲击力时，球面隔膜与光学镜面接触的面也接收到此冲击，此时隔膜支撑缸的密闭腔体内的压缩介质会因受力而进一步压缩，球面隔膜的变形的半径会缩小，从而将刀具振动施加的冲击力卸载掉，当冲击力消失时，球面隔膜会由于弹性迅速恢复无冲击的支撑位置，不仅具有良好的响应性能，还能够减少镜面因刀具冲击所造成的损坏。
进一步的，缸体内充填的介质为液压油或者压缩气体。由于液压油和气体有良好的流动性，能够使球面隔膜在伸缩过程中球面半径相同，因此可以通过调整隔膜支撑缸密封腔体的内部压强来使球面隔膜产生不同程度的伸缩，从而起到调整支撑装置的轴向支撑刚度和支撑高度的目的。
进一步的，球面隔膜边沿与缸体的连接处安装有密封圈。密封圈能够进一步提升隔膜支撑缸的密封性能，同时能够缓冲球面隔膜安装过程中所受到盖板与缸体施加的挤压力，防止压溃球面隔膜表面，进一步延长球面隔膜的使用寿命。
优选的，所述球面隔膜可以采用橡胶材料。
多个均匀布置在光学镜面下端的隔膜支撑缸构成支撑面，并将支撑面均分为三个角度为120°的扇区，各扇区内的隔膜支撑缸8数量相同，每个扇区内的各隔膜支撑缸性能参数相同且串联连通，从而形成三个单独控制区域，通过分别调整各扇区支撑装置的支撑参数来调整镜面的高度和位姿。
本发明可实现大型光学主镜加工过程中高度支撑和位姿调整，通过多点布置可在镜面加工过程中提供精确可调节的支撑力和支撑高度，不仅具有很好的柔性支撑性能，而且隔膜支撑缸在轴向运动过程中不存在机械摩擦，减少了能量损失带来的支撑力不均衡现象，同时在径向上依靠球面隔膜与镜面支撑之间的摩擦力，可以在不影响轴向支撑性能的基础上通过径向的受力变形平衡径向施加的负载；球面隔膜还能够吸收加工过程中刀具对镜面造成的冲击并作出迅速响应，本发明大大提高光学镜面的加工精度以及支撑装置的使用寿命，同时降低了成本。
附图说明
图1为本发明中隔膜支撑缸结构示意图；
图2为本发明支撑光学镜面状态示意图；
图中：1、球面隔膜；2、螺钉；3盖板；4、密封圈；5、缸体；6、进口；7、出口；8、隔膜支撑缸；9、光学镜面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
如图1和图2所示，一种光学镜面球面隔膜支撑装置，包括若干均布在光学镜面9下端的支撑缸，所述支撑缸为隔膜支撑缸8，每个隔膜支撑缸8均包括球面隔膜1、盖板3和缸体5，所述缸体5上端开口，下端封闭，球面隔膜1的边沿被环形的盖板3压紧在缸体5的开口处，并利用螺钉2将盖板3和球面隔膜1紧固在缸体5边缘，使隔膜支撑缸内部构成一个封闭腔体；球面隔膜1的球面顶点高于盖板3顶部，且所述球面隔膜1由高韧性的弹性材料制成；缸体5的侧壁上开设有进口6和出口7，分别用于填充和排出缸体内的介质。
光学镜面加工过程中，光学镜面9被多个隔膜支撑缸8支撑，由于光学镜面9本身的重力作用，使球面隔膜1的顶部具有一定的变形，球面隔膜1与光学镜面9之间为面接触，因此支撑装置在受到光学镜面9所施加的径向力时，由于球面隔膜1和光学镜面9之间存在一定的摩擦力，且球面隔膜1能够在径向上产生一定的变形，因此在能够平衡镜面对支撑装置所施加的径向力；通过缸体5侧壁上的进口6向缸体内腔填充介质使缸体内部具有一定的压强，从而调节支撑装置的支撑刚度，为了使各支撑缸支撑力相同，可以通过外部系统控制填充量和缸体内部压强；由于隔膜支撑缸8在支撑过程中不存在传统油缸或者气缸支撑过程中由于机械摩擦所导致的内部摩擦阻力，从而消除了由于支撑装置自身内部阻力不同所导致的输出支撑力不同，因此支撑精度更高；当镜面在加工过程中受到由于刀具振动以及其他因素所导致的冲击力时，球面隔膜1与光学镜面9接触的面也接收到此冲击，此时隔膜支撑缸8的密闭腔体内的压缩介质会因受力而进一步压缩，球面隔膜1的变形的半径会缩小，从而将刀具振动施加的冲击力卸载掉，当冲击力消失时，球面隔膜1会由于弹性迅速恢复无冲击的支撑位置，不仅具有良好的响应性能，还能够减少镜面因刀具冲击所造成的损坏。
进一步的，缸体5内充填的介质为液压油或者压缩气体。由于液压油和气体有良好的流动性，能够使球面隔膜1在伸缩过程中球面半径相同，因此可以通过调整隔膜支撑缸8密封腔体的内部压强来使球面隔膜1产生不同程度的伸缩，从而起到调整支撑装置的轴向支撑刚度和支撑高度的目的。
如图1所示，球面隔膜1边沿与缸体5的连接处安装有密封圈4。密封圈4能够进一步提升隔膜支撑缸8的密封性能，同时能够缓冲球面隔膜1安装过程中所受到盖板3与缸体5施加的挤压力，防止压溃球面隔膜1表面，进一步延长球面隔膜的使用寿命。
优选的，所述球面隔膜1可以采用橡胶材料。
多个均匀布置在光学镜面9下端的隔膜支撑缸8构成支撑面，并将支撑面均分为三个角度为120°的扇区，各扇区内的隔膜支撑缸8数量相同，每个扇区内的各隔膜支撑缸8性能参数相同且串联连通，从而形成三个单独控制区域，通过分别调整各扇区支撑装置的支撑参数来调整镜面的高度和位姿。

Claims (5)

1.一种光学镜面球面隔膜支撑装置，包括若干均布在光学镜面(9)下端的支撑缸，其特征在于，所述支撑缸为隔膜支撑缸(8)，每个隔膜支撑缸(8)均包括球面隔膜(1)、盖板(3)和缸体(5)，所述缸体(5)上端开口，下端封闭，球面隔膜(1)的边沿被环形的盖板(3)压紧在缸体(5)的开口处，并利用螺钉(2)将盖板(3)和球面隔膜(1)紧固在缸体(5)边缘，使隔膜支撑缸内部构成一个封闭腔体；球面隔膜(1)的球面顶点高于盖板(3)顶部，且所述球面隔膜(1)由高韧性的弹性材料制成；缸体(5)的侧壁上开设有进口(6)和出口(7)，分别用于填充和排出缸体内的介质。
2.根据权利要求1所述的光学镜面球面隔膜支撑装置，其特征在于，缸体(5)内充填的介质为液压油或者压缩气体。
3.根据权利要求2所述的光学镜面球面隔膜支撑装置，其特征在于：球面隔膜(1)边沿与缸体(5)的连接处安装有密封圈(4)。
4.根据权利要求3所述的光学镜面球面隔膜支撑装置，其特征在于，所述球面隔膜(1)可以采用橡胶材料。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的光学镜面球面隔膜支撑装置，其特征在于，多个均匀布置在光学镜面(9)下端的隔膜支撑缸(8)构成支撑面，并将支撑面均分为三个角度为120°的扇区，各扇区内的隔膜支撑缸(8)数量相同，每个扇区内的各隔膜支撑缸(8)性能参数相同且串联连通，从而形成三个单独控制区域，通过分别调整各扇区支撑装置的支撑参数来调整镜面的高度和位姿。
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