CN110244431B - 一种空间相机反射镜柔性支撑结构 - Google Patents

Abstract

一种空间相机反射镜柔性支撑结构属于空间光学遥感技术领域，目的解决反射镜在重力作用、环境温度变化带来的精度问题，缩短组件装配和检测的时间。本发明包括同轴设置的柔性镜座和柔性转接件；柔性镜座至少包括一个环形的柔性环节，柔性环节由上端面向下端面开有内环柔性槽和外环柔性槽；柔性环节的内环面和反射镜背部的圆柱凸台外圆柱面固定连接；柔性转接件至少包括环形主体、在环形主体上端面边缘处圆周均布的多个弧形凸起以及圆周均布在环形主体上端面的多个固定体多个固定体和多个弧形凸起交错设置，柔性环节和柔性转接件同轴设置并通过固定体固定连接，柔性转接件的最大外圆周尺寸小于反射镜的外径。

Description

一种空间相机反射镜柔性支撑结构

技术领域

本发明属于空间光学遥感技术领域，具体涉及一种空间相机反射镜柔性支撑结构。

背景技术

空间遥感器中的反射镜，其安装精度与面形精度的好坏直接影响光学系统成像质量的高低。因此对反射镜的支撑结构提出了很高的要求。当反射镜口径较大时，在复杂的空间热环境下其热稳定性却并不理想。因此设计比刚度高、热适应性强的反射镜支撑机构是高分辨率空间遥感器的关键技术之一。

公开号为CN102262281A的中国专利公开了一种名称为一种空间遥感器反射镜的柔性支撑机构的技术方案，该柔性支撑机构包括内环、外环、柔性环节、内外环柔性槽、外环凸缘、外环柔性槽、内环凸垫、柔性镜框、柔性压片、紧固螺钉和反射镜等，三处互成120°均匀布置的柔性环节将内环与外环连接在一起，从而抵消外界环境温度变化引起的机构应力和径向变形；在保证轴向定位精度方面，令反射镜的凹面紧靠内环的法兰面上，凸面则通过柔性压片和紧固螺钉在轴向压紧，柔性压片上开出的柔性槽可抵消外界环境温度变化引起的机构应力和轴向变形，径向和轴向双柔性环节的设计共同保证反射镜的面形精度。这种柔性支撑结构的缺点是：a)操作繁琐，易变形、需要精细调整，装配时间长、生产效率低；b)径向尺寸过大，反射镜安装在支撑环内部，导致整个反射镜组件径向尺寸变大，且柔性支撑件的重量较大，降低组件轻量化率；c)组件轴向柔性差，导致在安装反射镜时对接口区域的平面度要求极高，而现有的加工水平又难以保证，造成反射镜组件在整机装配过程中发生变形，增大了安装不平度对反射镜面形精度的影响；d)柔性环节形式单一，反射镜组件抵御外部因素影响的能力有限。

发明内容

本发明的目的在于提出一种空间相机反射镜柔性支撑结构，解决现有技术中存在的问题，以改善现有结构热稳定性差、检测时面形重复性差的问题，从而适应商业遥感中的批量化生产需求。该结构在保证反射镜组件具有较高基频的前提下，可以有效减小反射镜在重力作用、环境温度变化以及安装面具有一定不平度时的变形量，大大缩短组件装配和检测的时间，使反射镜面形均方根值的变化满足可见光波段遥感器的设计要求。

为实现上述目的，本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构包括同轴设置的柔性镜座和柔性转接件；

所述柔性镜座至少包括一个环形的柔性环节，所述柔性环节由上端面向下端面开有内环柔性槽和外环柔性槽；所述柔性环节的内环面和反射镜背部的圆柱凸台外圆柱面固定连接；

所述柔性转接件至少包括环形主体、在环形主体上端面边缘处圆周均布的多个弧形凸起以及圆周均布在所述环形主体上端面的多个固定体；多个所述固定体和多个弧形凸起交错设置，所述柔性环节和所述柔性转接件同轴设置并通过固定体固定连接，所述柔性转接件的最大外圆周尺寸小于反射镜的外径。

多个所述内环柔性槽圆周均布，每个所述内环柔性槽为弧形槽，多个所述外环柔性槽圆周均布，每个所述外环柔性槽为弧形槽。

所述内环柔性槽的数量为六个，每个所述内环柔性槽的宽度为2mm，所对应的圆心角为40°。

所述外环柔性槽的数量为三个，每个所述外环柔性槽的宽度为2mm，所对应的圆心角为100°。

所述柔性镜座还包括圆周均布在所述柔性环节的外环面的多个连接耳，每个所述连接耳包括和所述柔性环节外环面固定连接的耳体；所述耳体上设置有沿耳体和柔性环节连接处切线方向的切槽；所述柔性镜座通过连接耳和所述柔性转接件的固定体固定连接。

所述固定体包括在环形主体上端面沿轴向延伸出的搭接固定体以及沿径向延伸的外接固定体；

所述搭接固定体从环形主体下端面所在平面沿轴向开有凹槽，所述凹槽底部设置有连接凸台；每个所述搭接固定体和所述柔性镜座的每个连接耳固定连接；

所述外接固定体包括：

一端和搭接固定体外壁固定连接的悬臂；

以及和所述悬臂另一端固定连接的固定本体，所述固定本体和所述悬臂构成山字形结构，所述固定本体和空间相机固定连接。

所述连接耳和所述搭接固定体固定连接具体为螺纹连接，每个所述连接耳上设置有轴向的第一螺纹孔，所述切槽位于第一螺纹孔和柔性环节圆心之间；每个连接耳位于一个搭接固定体的凹槽内，每个所述搭接固定体和所述第一螺纹孔对应位置设置有同通孔，所述第一螺纹孔和通孔通过螺钉固定连接。

所述搭接固定体上还设置有一个沿轴向的销钉孔。

所述外接固定体和空间相机固定连接具体为螺纹连接，所述固定本体上设置有第二螺纹孔。

所述连接耳的数量为三个，所述固定体的数量为三个。

本发明的有益效果为：本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构通过在柔性镜座和柔性转接件中引入多处柔性环节，内环柔性槽、外环柔性槽、“山”字形悬臂等，可以充分抵消装配过程中因安装面存在不平度而产生的结构应力，以及因环境温度变化引起的热变形，从而保证主镜具有稳定的面形精度。整个结构易于加工、装配方便，抵御外界因素影响的能力强、反射镜不易变形，适合进行批量化生产，可以满足商业遥感的发展需求。

附图说明

图1为本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构所支撑的反射镜结构示意图；

图2为本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构所支撑的反射镜结构剖视图；

图3为本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构整体结构示意图；

图4为本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构整体结构剖视图；

图5为图4的局部放大图；

图6为本发明的一种空间相机反射镜柔性支撑结构中柔性镜座结构主视图；

图7为图6的A-A剖视图；

图8为本发明的柔性转接件结构主视图；

图9为图8的局部放大图；

图10为图8的B-B剖视图；

图11为图10的局部放大图；

其中：1、柔性镜座，101、柔性环节，102、内环柔性槽，103、外环柔性槽，104、上端面，105、连接耳，106、耳体，107、切槽，108、第一螺纹孔，2、柔性转接件，201、环形主体，202、弧形凸起，203、搭接固定体，204、凹槽，205、连接凸台，206、通孔，207、销钉孔，208、外接固定体，209、悬臂，210、固定本体，211、第二螺纹孔，3、反射镜，301、镜体，302、平台，303、圆柱凸台，4、双组份光学环氧树脂胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本发明预支撑的反射镜3的镜体301的背部加工出一处平台302和一处圆柱凸台303，加工过程中保证平台302与反射镜3的光轴垂直、圆柱凸台303与主镜光轴同轴。

参见附图3-附图11，本发明的一种空间相机反射镜3柔性支撑结构包括同轴设置的柔性镜座1和柔性转接件2；

所述柔性镜座1至少包括一个环形的柔性环节101，所述柔性环节101由上端面104向下端面开有内环柔性槽102和外环柔性槽103；所述柔性环节101的内环面和反射镜3背部的圆柱凸台303外圆柱面固定连接；

所述柔性转接件2至少包括环形主体201、在环形主体201上端面边缘处圆周均布的多个弧形凸起202以及圆周均布在所述环形主体201上端面的多个固定体；多个所述固定体和多个弧形凸起202交错设置，所述柔性环节101和所述柔性转接件2同轴设置并通过固定体固定连接，所述柔性转接件2的最大外圆周尺寸小于反射镜3的外径。

根据圆柱凸台303的外径配作柔性环节101的内圆柱面直径，保证圆柱凸台303和柔性环节101两处圆柱面的圆柱度均在1道以内，同时圆柱凸台303刚好可以插入柔性环节101之中并自由转动，以此来保证径向定位精度；反射镜3的平台302与柔性环节101的上端面104接触，从而保证安装过程中的轴向定位精度。在圆柱凸台303与柔性环节101的内圆柱面之间涂双组份光学环氧树脂胶4，使二者紧密粘接在一起。该方法不仅可加工性强、装配方便，而且定位精度高。另外，与硅橡胶等质地较软的胶粘剂相比，光学环氧胶的使用可以显著提升结构刚度和光轴指向的稳定性。

多个所述内环柔性槽102圆周均布，每个所述内环柔性槽102为弧形槽，多个所述外环柔性槽103圆周均布，每个所述外环柔性槽103为弧形槽。

所述内环柔性槽102的数量为六个，每个所述内环柔性槽102的宽度为2mm，所对应的圆心角为40°。

所述外环柔性槽103的数量为三个，每个所述外环柔性槽103的宽度为2mm，所对应的圆心角为100°。

所述柔性镜座1还包括圆周均布在所述柔性环节101的外环面的多个连接耳105，每个所述连接耳105包括和所述柔性环节101外环面固定连接的耳体106；所述耳体106上设置有沿耳体106和柔性环节101连接处切线方向的切槽107；所述柔性镜座1通过连接耳105和所述柔性转接件2的固定体固定连接。

柔性环节101上，分布有6条内环柔性槽102，长度相同、互成60°均匀布置，每条内环柔性槽102的圆心角度40°，槽宽2mm；分布有3条外环柔性槽103，长度相同、互成120°均匀布置，每条外环柔性槽103的圆心角度100°，槽宽2mm；以上这些内环柔性槽102和外环柔性槽103构成了柔性镜座1的柔性结构，柔性环节101具有较低的径向刚度，类似于“弹簧”结构，可以通过内环柔性槽102和外环柔性槽103的变形吸收因温度变化引起的结构应变能，从而降低温度变化对反射镜3面形精度的影响。在柔性环节101的外环面上分布有3处互成120°均匀布置的连接耳105。每处连接耳105上分布有2处第一螺纹孔108，用来与柔性转接件2相连。在连接耳105的第一螺纹孔108的下方布置的切槽107，起到降低轴向刚度的作用，通过切槽107的变形吸收外部因素引起的结构应变能，从而提高反射镜3的镜面面形精度。

所述固定体包括在环形主体201上端面104沿轴向延伸出的搭接固定体203以及沿径向延伸的外接固定体208；

所述搭接固定体203从环形主体201下端面所在平面沿轴向开有凹槽204，所述凹槽204底部设置有连接凸台205；每个所述搭接固定体203和所述柔性镜座1的每个连接耳105固定连接；

所述外接固定体208包括：

一端和搭接固定体203外壁固定连接的悬臂209；

以及和所述悬臂209另一端固定连接的固定本体210，所述固定本体210和所述悬臂209构成山字形结构，所述固定本体210和空间相机固定连接。

所述连接耳105和所述搭接固定体203固定连接具体为螺纹连接，每个所述连接耳105上设置有轴向的第一螺纹孔108，所述切槽107位于第一螺纹孔108和柔性环节101圆心之间；每个连接耳105位于一个搭接固定体203的凹槽204内，每个所述搭接固定体203和所述第一螺纹孔108对应位置设置有同通孔206，所述第一螺纹孔108和通孔206通过螺钉固定连接。

所述搭接固定体203上还设置有一个沿轴向的销钉孔207。

所述外接固定体208和空间相机固定连接具体为螺纹连接，所述固定本体210上设置有第二螺纹孔211。

所述连接耳105的数量为三个，所述固定体的数量为三个。

柔性转接件2的环形主体201上延伸出3处互成120°均匀布置的搭接固定体203、外接固定体208，对外提供三点支撑。连接着弧形凸起202和搭接固定体203，起到加固结构的作用；悬臂209连接着外接固定体208。连接耳105落入柔性转接件2的凹之中，搭接固定体203含有两处通孔206及一处销钉孔207，螺钉穿过此处的通孔206旋入连接耳105中的第一螺纹孔108内，实现柔性镜座1与柔性转接件2间的紧密固连，销钉则起到轴向定位的作用。柔性转接件2上的凹槽204，可以使柔性镜座1沉入柔性转接件2中，令外接固定体208接近镜体301质心；搭接固定体203中，与连接耳105接触的位置上布置有连接凸台205，可以通过研磨保证平面度，从而避免装配应力的产生。外接固定体208上布置了两处M5的第二螺纹孔211，用来将反射镜3组件整体安装在空间相机主背板对应的接口位置上。外接固定体208通过悬臂209连接在柔性转接件2上，固定本体210和悬臂209构成“山”字形结构，该结构有效延伸了悬臂209的长度，降低结构的径向刚度，增加结构柔性，通过悬臂209的变形改善因温度变化及安装不平度对反射镜3面形的影响。

本发明加工过程采用精车的方法，根据圆柱凸台303的直径配作柔性镜座1的柔性环节101的内圆柱面直径，同时保证柔性环节101的上端面104与反射镜3的圆柱凸台303中心线垂直。将反射镜3的圆柱凸台303插入柔性镜座1的柔性环节101之中，柔性环节101的上端面104与反射镜3的平台302接触，可保证反射镜3光轴与机械安装面之间的垂直定位精度，经配作的柔性环节101的内环面与主镜圆柱凸台303间隙适中，可保证主镜光轴与结构机械件中心轴线基本重合；二者之间涂双组份光学环氧树脂胶4进行粘接，保持光轴朝上的状态放置，无需额外的加持固定装置，在室温下固化7天。

待反射镜3与柔性镜座1粘接固化以后，将二者放入柔性转接件2中，柔性镜座1的连接耳105互成120°落入柔性转接件2的凹槽204之中。每处连接耳105上分布有2处M5的第一螺纹孔108，而搭接固定体203的对应位置上则分布有2处

通孔206，螺钉穿过此处的通孔206、旋入连接耳105中的第一螺纹孔108内，实现柔性镜座1与柔性转接件2间的紧密固连。同时，在三处搭接固定体203中选择两处预留销钉孔207，在柔性镜座1与柔性转接件2间配打销钉，保证了装配过程中柔性镜座1与柔性转接件2之间的相对位置精度。作为整个结构的对外接口，每个外接固定体208上布置有两处M5的第二螺纹孔211，用来将反射镜3组件整体安装在空间相机主背板对应的接口位置上。

Claims (8)

1.一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，包括同轴设置的柔性镜座(1)和柔性转接件(2)；

所述柔性镜座(1)至少包括一个环形的柔性环节(101)，所述柔性环节(101)由上端面(104)向下端面开有内环柔性槽(102)和外环柔性槽(103)；所述柔性环节(101)的内环面和反射镜(3)背部的圆柱凸台(303)外圆柱面固定连接；

所述柔性转接件(2)至少包括环形主体(201)、在环形主体(201)上端面边缘处圆周均布的多个弧形凸起(202)以及圆周均布在所述环形主体(201)上端面的多个固定体；多个所述固定体和多个弧形凸起(202)交错设置，所述柔性环节(101)和所述柔性转接件(2)同轴设置并通过固定体固定连接，所述柔性转接件(2)的最大外圆周尺寸小于反射镜(3)的外径；

所述柔性镜座(1)还包括圆周均布在所述柔性环节(101)的外环面的多个连接耳(105)，每个所述连接耳(105)包括和所述柔性环节(101)外环面固定连接的耳体(106)；所述耳体(106)上设置有沿耳体(106)和柔性环节(101)连接处切线方向的切槽(107)；所述柔性镜座(1)通过连接耳(105)和所述柔性转接件(2)的固定体固定连接；

所述固定体包括在环形主体(201)上端面(104)沿轴向延伸出的搭接固定体(203)以及沿径向延伸的外接固定体(208)；

所述搭接固定体(203)从环形主体(201)下端面所在平面沿轴向开有凹槽(204)，所述凹槽(204)底部设置有连接凸台(205)；每个所述搭接固定体(203)和所述柔性镜座(1)的每个连接耳(105)固定连接；

所述外接固定体(208)包括：

一端和搭接固定体(203)外壁固定连接的悬臂(209)；

以及和所述悬臂(209)另一端固定连接的固定本体(210)，所述固定本体(210)和所述悬臂(209)构成山字形结构，所述固定本体(210)和空间相机固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，多个所述内环柔性槽(102)圆周均布，每个所述内环柔性槽(102)为弧形槽，多个所述外环柔性槽(103)圆周均布，每个所述外环柔性槽(103)为弧形槽。

3.根据权利要求2所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述内环柔性槽(102)的数量为六个，每个所述内环柔性槽(102)的宽度为2mm，所对应的圆心角为40°。

4.根据权利要求2所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述外环柔性槽(103)的数量为三个，每个所述外环柔性槽(103)的宽度为2mm，所对应的圆心角为100°。

5.根据权利要求1所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述连接耳(105)和所述搭接固定体(203)固定连接具体为螺纹连接，每个所述连接耳(105)上设置有轴向的第一螺纹孔(108)，所述切槽(107)位于第一螺纹孔(108)和柔性环节(101)圆心之间；每个连接耳(105)位于一个搭接固定体(203)的凹槽(204)内，每个所述搭接固定体(203)和所述第一螺纹孔(108)对应位置设置有同通孔(206)，所述第一螺纹孔(108)和通孔(206)通过螺钉固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述搭接固定体(203)上还设置有一个沿轴向的销钉孔(207)。

7.根据权利要求1所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述外接固定体(208)和空间相机固定连接具体为螺纹连接，所述固定本体(210)上设置有第二螺纹孔(211)。

8.根据权利要求1所述的一种空间相机反射镜柔性支撑结构，其特征在于，所述连接耳(105)的数量为三个，所述固定体的数量为三个。

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