CN109582043A - 一种适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三点被动支撑装置设计，尤其涉及一种适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，包括支撑框架板及固定在支撑框架板上的三个导轨滑块组件；每个导轨滑块组件沿支撑框架板径向设置，导轨滑块组件包括弹簧组件、导轨、能够沿导轨滑动的滑块、固定在滑块上表面的鱼眼轴承及固定在鱼眼轴承内孔的支撑件；支撑件的端部曲率半径与超薄镜曲率半径相等，用于固定超薄镜；弹簧组件与滑块连接，能够调节滑块在导轨上的位置。解决了反射镜的支撑定位和PZT促动时的变形解耦等技术问题，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种三点被动支撑装置设计，尤其涉及一种适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置。
背景技术
现代光学技术对光学系统的轻量化提出了越来越高的要求，其中主反射镜是光学系统中最重要的组成部分之一，其轻重对整台光学仪器也起着关键作用。传统的作法是通过机械加工或超声波在反射镜的背面或侧面钻孔的方法来减轻重量。之后，又通过不断地采用新材料、新工艺有效地实现光学元件的轻量化。但对于大口径光学系统的反射镜，尤其是用于外空探测的望远镜，要求要达到很高的加工精度并有足够的刚度，则在轻量化设计和加工方法等方面都存在很大困难。
随着大型能动光学镜面制造技术的发展，采用超薄反射镜技术使这些难题的难度得以降低。目前通常有两种解决方案：(一)垂直致动原理，依靠支撑镜面的几十到几百个促动器和传感器来控制镜面达到所需的面形精度。主要存在的问题：其PZT或其他促动器重量和尺寸过大、需要高刚性的支撑背板等，从原理就很难以实现轻量化。在小型轻量促动器应用及材料轻量化的技术不断进步下，其面密度水平仍限制在50kg/m2以上，难以在空间光学领域应用；(二)平行致动原理，将促动器紧贴镜面，不仅提高了超薄镜的刚性，且省掉了多个促动器的支撑结构，因此可将面密度大幅降低，实现优于10kg/m2的面密度水平，意味着相机轻量化技术又提升了近一个数量级，但同时也对支撑结构也提出了严格的要求：(1)不能干涉PZT促动，必须能够实现变形调整的解耦；(2)必须保证支撑稳定，实现自由度约束静定。
发明内容
本发明的目的是提出一种三点被动支撑装置设计，用于超薄能动反射镜的支撑，解决了反射镜的支撑定位和PZT促动时的变形解耦等技术问题，具有很好的应用前景。
根据超薄能动镜三点被动支撑的设计要求，三点被动支撑方式为简支，相应的支撑结构设计为铰支座。一般铰支座可以分为固定铰支座和滑移支座，其中固定铰支座可以转动，但水平，垂直方向不能移动，而滑移支座垂直方向不能移动，但可以转动，也可以沿水平方向移动。而超薄镜的三个支撑件在PZT促动时，会有转动，同时沿径向会有平动，因此支撑结构应该设计成滑移支座。
本发明的技术解决方案是提供一种适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特殊之处在于：包括支撑框架板及固定在支撑框架板上的三个导轨滑块组件；
每个导轨滑块组件沿支撑框架板径向设置，上述导轨滑块组件包括弹簧组件、导轨、能够沿导轨滑动的滑块、固定在滑块上表面的鱼眼轴承及固定在鱼眼轴承内孔的支撑件；
上述支撑件的端部曲率半径与超薄镜曲率半径相等，用于固定超薄镜；
上述弹簧组件与滑块连接，能够调节滑块在导轨上的位置。
进一步地，上述弹簧组件包括弹簧、弹簧拉杆及弹簧座，上述弹簧的中心轴线与导轨平行，弹簧的一端与滑块连接，另一端与弹簧拉杆连接，弹簧拉杆通过弹簧座固定在支撑框架板上，弹簧拉杆能够沿支撑框架板的径向方向平移；
三个导轨滑块组件均布在支撑框架板上。
进一步地，弹簧座上设有能够使弹簧拉杆穿过的通孔，弹簧拉杆穿过所述通孔，通过螺钉对弹簧拉杆进行定位。
进一步地，上述弹簧组件还包括活节螺钉，活节螺钉与滑块固定连接，弹簧的一端与活节螺钉上的小孔连接。
进一步地，三个导轨滑块组件中支撑件的端部等高。
进一步地，该支撑装置还包括固定在滑块上的过渡座，沿过渡座轴向开有台阶孔；上述鱼眼轴承固定在台阶孔内，鱼眼轴承外圈底部压紧台阶孔的水平台阶面，外圈外周面压紧台阶孔大端内壁。
进一步地，该支撑装置还包括顶丝，过渡座侧壁开有螺纹孔，顶丝穿过螺纹孔顶紧鱼眼轴承。
进一步地，上述支撑件为圆柱状，与鱼眼轴承内孔过盈配合。
进一步地，导轨与支撑框架板通过螺钉定位连接；
过渡座与滑块通过螺钉固定；
活节螺钉与滑块可拆卸连接；
弹簧座与支撑框架板可拆卸连接。
综合考虑支撑结构的简单紧凑性和加工工艺性，尽可能的减低结构成本，因此选择了成熟的标准件来实现各方面的功能要求。
3个导轨滑块结构均匀分布在支撑框架板上，其中3个滑块分别作为三点支撑的基座，整个导轨释放滑块上三个支撑件径向的自由度，可以适应PZT促动超薄镜曲率和局部象散变化时三个支撑件在径向上的微位移。3个鱼眼轴承通过支撑件与超薄镜连接，支撑件表面通过加工适应不同曲率的超薄镜，保证与超薄镜贴合；鱼眼轴承作为球铰支撑结构，利用了鱼眼轴承中球面支撑仅约束线位移而不约束角运动的特点，因此可以通过转动来适应PZT促动时超薄镜曲率和局部象散的变化。弹簧组件与滑块连接，可以消除支撑结构在竖直放置时滑块的重力影响，同时不约束径向的自由度；弹簧组件中的弹簧拉杆可以调节位置，保证滑块在竖直放置时位置稳定且定位准确。
本发明的优点是：
1、采用导轨滑块结构一方面释放了三个支撑件径向的自由度，实现了PZT促动超薄镜曲率和局部象散变化时三个支撑件在径向上的微位移；另一方面可以任意改变滑块的位置来满足适应不同口径超薄镜的三点支撑，解决了装置的应用局限性，提高了此三点支撑结构的通用性；另外采用标准件可以大大简化结构装置，而且大幅的降低了经济成本；
2、采用鱼眼轴承作为球铰支撑结构，利用了鱼眼轴承中球面支撑约束线位移而不约束角运动的特点，实现了PZT促动时超薄镜曲率和局部象散的变化，另外同样既简化了结构装置又降低了加工成本；
3、增加的弹簧组件不仅消除了支撑装置在竖直状态下滑块的重力影响，避免了超薄能动镜的外力影响；而且弹簧结构同样不约束径向自由度，保证整体约束状态的一致稳定性；另外弹簧拉杆也能够调节不同的位置，适应不同口径超薄能动镜的支撑状态，同样解决了装置的应用局限性。
附图说明
图1是本发明的可变形解耦三点被动支撑结构装置示意图；
图2是本发明的单点支撑局部示意图；
图3是本发明的可变形解耦三点被动支撑三维结构装置示意图；
图中附图标记为：1-支撑框架板，2-支撑件，3鱼眼轴承，4-过渡座，41-台阶孔，42-台阶孔大端，5-滑块，6-导轨，7-弹簧组件，701-弹簧，702-弹簧拉杆，703-弹簧座，704-活节螺钉，8-导轨滑块组件。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
如图1所示，本实施例用于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置包括支撑框架板1与导轨滑块组件8；导轨滑块组件8沿支撑框架板1径向设置，该实施例中包括3个导轨滑块组件8，且3个导轨滑块组件8均布。
如图2所示，每个导轨滑块组件8主要由支撑件2、鱼眼轴承3、过渡座4、滑块5、导轨6、弹簧组件7等组成。导轨6沿支撑框架板1径向设置，3个导轨6均匀分布互呈120度角，滑块5设置在导轨6上，且能够沿导轨6滑动。过渡座4固定在滑块5的上表面，过渡座4轴向开有台阶孔41；鱼眼轴承3固定在台阶孔41内，鱼眼轴承3外圈底部压紧台阶孔41的水平台阶面，外圈外周面压紧台阶孔大端42内壁。支撑件2固定在鱼眼轴承3的内孔，与内孔过盈配合。
弹簧组件7主要由弹簧701、弹簧拉杆702、弹簧座703和活节螺钉704组成，活节螺钉704固定在滑块5上，弹簧座703固定在支撑框架板1上，弹簧座703上设有能够使弹簧拉杆702穿过的通孔，弹簧拉杆702穿过所述通孔，通过螺钉对弹簧拉杆702进行定位。弹簧701的两端分别与弹簧拉杆702及活节螺钉704连接，弹簧701的中心轴线与导轨6平行。
具体的安装如下：
首先3个导轨滑块标准件均匀分布互呈120度角，导轨6的安装孔分别与支撑框架板1的螺纹孔重合，通过螺钉定位连接；过渡座4的安装通孔与每个滑块5标准件表面的螺纹孔对齐，同样通过螺钉固定；鱼眼轴承3嵌入到过渡座4的台阶孔41里，并在侧边通过顶丝锁住位置；根据目标超薄镜的曲率，进行支撑件2表面的加工，保证两个表面的曲率一致贴合；支撑件2与鱼眼轴承3采用过盈配合，同时三个支撑件2的高度保持一致。
接下来安装弹簧组件7，首先弹簧座703与支撑框架板1边缘的螺纹孔连接，活节螺钉704与滑块5上的螺纹孔连接。弹簧拉杆702与弹簧座703通过侧位螺钉固定连接；弹簧701分别与活节螺钉704和弹簧拉杆702的小孔连接，保证弹簧与导轨长度方向一致，根据滑块5的位置调节弹簧拉杆702的位置，保证弹簧处于自由无拉伸或压缩状态。
本发明装置的使用方法如下：在使用前，首先通过优化分析确定超薄镜的三点支撑位置，从而确定了三个滑块的径向位置；保持支撑框架板1处于竖直状态，三个滑块由于重力作用会有径向移动，因此调节弹簧拉杆702的位置，使滑块处于指定要求位置并保持稳定状态，然后通过橡皮泥固定滑块，避免支撑装置在水平状态时滑块有移动现象，从而无法保证三点支撑位置准确；最后在三个支撑件涂上胶与超薄镜粘合，等待胶固化后进行超薄镜竖直方向面形检测。
本发明的主体结构尽量考虑刚度好，质量轻的材料，提高整个主镜支撑系统的轻量化水平。本发明的主要结构部件全部采用标准件，简化结构装置，能够大幅降低经济成本。
Claims (9)
1.一种适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：包括支撑框架板(1)及固定在支撑框架板(1)上的三个导轨滑块组件(8)；
每个导轨滑块组件(8)沿支撑框架板(1)径向设置，所述导轨滑块组件(8)包括弹簧组件(7)、导轨(6)、能够沿导轨(6)滑动的滑块(5)、固定在滑块(5)上表面的鱼眼轴承(3)及固定在鱼眼轴承(3)内孔的支撑件(2)；
所述支撑件(2)的端部曲率半径与超薄镜曲率半径相等，用于固定超薄镜；
所述弹簧组件(7)与滑块(5)连接，能够调节滑块在导轨上的位置。
2.根据权利要求1所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：所述弹簧组件(7)包括弹簧(701)、弹簧拉杆(702)及弹簧座(703)，所述弹簧(701)的中心轴线与导轨(6)平行，弹簧(701)的一端与滑块(5)连接，另一端与弹簧拉杆(702)连接，弹簧拉杆(702)通过弹簧座(703)固定在支撑框架板(1)上，弹簧拉杆(702)能够沿支撑框架板(1)的径向方向平移；
三个导轨滑块组件(8)均布在支撑框架板(1)上。
3.根据权利要求2所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：弹簧座(703)上设有能够使弹簧拉杆(702)穿过的通孔，弹簧拉杆(702)穿过所述通孔，通过螺钉对弹簧拉杆(702)进行定位。
4.根据权利要求3所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：所述弹簧组件(7)还包括活节螺钉(704)，活节螺钉(704)与滑块(5)固定连接，弹簧(701)的一端与活节螺钉(704)上的小孔连接。
5.根据权利要求2所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：三个导轨滑块组件(8)中支撑件(2)的端部等高。
6.根据权利要求2所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：还包括固定在滑块(5)上的过渡座(4)，沿过渡座(4)轴向开有台阶孔(41)；所述鱼眼轴承(3)固定在台阶孔(41)内，鱼眼轴承(3)外圈底部压紧台阶孔(41)的水平台阶面，外圈外周面压紧台阶孔大端(42)内壁。
7.根据权利要求6所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：还包括顶丝，过渡座(4)侧壁开有螺纹孔，顶丝穿过螺纹孔顶紧鱼眼轴承(3)。
8.根据权利要求2所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：所述支撑件为圆柱状，与鱼眼轴承内孔过盈配合。
9.根据权利要求4-8任一所述的适应于超薄能动镜变形解耦的三点被动支撑装置，其特征在于：
导轨(6)与支撑框架板(1)通过螺钉定位连接；
过渡座(4)与滑块(5)通过螺钉固定；
活节螺钉(704)与滑块(5)可拆卸连接；
弹簧座(703)与支撑框架板(1)可拆卸连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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