CN110864875A - 一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装。该工装包括支撑筒、底座、定位板、中心轴、滑盘以及螺母；支撑筒、底座、定位板构成一个安装WolterⅠ型非球面反射镜的空腔，利用WolterⅠ型非球面反射镜面的两侧内壁反射面作为自定位基准，与底座和滑盘进行配合，解决了采用悬挂吊装方法进行WolterⅠ型非球面反射镜装调所带来的装调平台建设周期长，投入成本高，并且装调时会受吊绳的特性、镜片姿态、吊点的位置等诸多因素导致镜片变形的问题。与吊装方案相比该装置结构简单，可靠性高，生产周期短，成本低。

Description

一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装

技术领域

本发明涉及一种反射镜的装调工装，具体涉及一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装。

背景技术

进入空间时代,近地空间环境与人类的生活息息相关，而空间环境状态的改变直接受太阳活动的影响和调制。当今，各国相继在科研气象卫星上搭载太阳X射线成像仪对太阳活动进行实时监测。由于Wolter I型结构可获得较高的成像分辨率,目前的X射线成像仪均采用这种子镜结构，即利用二次旋转对称抛物面/双曲面共焦耦合，通过两次反射，实现对X射线的聚焦成像。为了增加集光面积，通常采用多层wolter反射镜嵌套的结构。

WolterⅠ型非球面反射镜为一薄壁筒体结构，如图1所示，筒体轴向方向分为两段，一段筒体的内壁为旋转抛物反射面A(图中下半部分)，另一段筒体的内壁为旋转双曲反射面B(图中上半部分)，反射镜面形质量直接决定能否获得高的反射率和光子通量,因此对非球面反射镜面形检测提出了很高的要求。WolterⅠ型非球面反射镜采用掠入射工作方式，单镜片的厚度一般在0.2～0.4mm之间，直径大约为200～500mm之间，长300左右，因为镜片超薄极易变形，对常规的装调与检测方法提出了挑战。

针对WolterⅠ型非球面反射镜的装调与检测，目前采用的方案如图2所示，WolterⅠ型非球面反射镜01通过多根圆周均布吊索02悬挂吊装以保证单镜不产生重力变形。吊索悬挂装调与检测方案的特点：一是需要搭建如图3所示的立式装调与检测平台，该平台包括：CCD相机03、光屏04、半透半反镜05、垂直装调架06、镜片位置调节装置07、镜片姿态调节装置08、镜片吊装装置09、轮毂010、反射镜及其姿态调整装置011以及平行光管012；通过对吊索的长度与横向位置进行精确控制，以实现镜片位置与姿态的精确调整；二是要严格控制振动、气流等环境因素对装配与检测的影响；因此，悬挂吊装装调与检测需要建设专用实验室并搭建专用装检平台，从而导致建设周期长，投入成本高。此外，镜片装检时是否会变形受诸多因素的影响，比如：吊绳的特性、镜片姿态、吊点的位置等，这涉及到设计、加工、工艺等诸多环节的精确控制。因此，WolterⅠ型非球面反射镜采用悬挂装调与检测方案仍存在较大的工程风险。

发明内容

为了克服背景技术中所提到的采用悬挂吊装方法进行WolterⅠ型非球面反射镜装调所带来的装调平台建设周期长，投入成本高，并且装调时会受诸多因素影响导致镜片变形的问题，本发明提出一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装。

本发明的具体技术方案是：

本发明提出了一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，包括支撑筒、底座、定位板、中心轴、滑盘以及螺母；

支撑筒上端安装定位板，支撑筒下端安装底座；

定位板中心开设有第一通孔；

滑盘包括中心筒体以及固定套设在中心筒体外壁上的定位盘；定位盘的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第一矩形齿；若干个第一矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第一矩形齿之间的位置开设有第一通光孔；滑盘通过若干螺钉与所述定位板固定连接；第一通孔的孔径大小满足所有经过第一通光孔的光通过；

底座的中心设有第二通孔；底座的上表面设有圆柱台，圆柱台的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第二矩形齿；若干个第二矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第二矩形齿之间的位置开设有第二通光孔；

中心轴位于支撑筒的中轴线上，中心轴的一端穿过所述中心筒体后与螺母螺纹连接，中心轴的另一端与所述第二通孔固定连接。

以上已对工装结构各个零件之间连接关系及位置关系进行了清晰的描述，需要再说明的一点是：当将WolterⅠ型非球面反射镜安装于上述工装时，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧通过若干个第二矩形齿进行定位，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧通过若干个第一矩形齿进行定位。

进一步地，为了消除装调过程中检测光路的杂光对检测结果的影响，所述底座的下表面设有内光阑与外光阑。

进一步地，为了减少WolterⅠ型非球面反射镜的加工、装配误差对后期检测带来的不利影响，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下端面与底座之间保持间隙，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上端面与定位板之间保持间隙。

进一步地，为了方便调整WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下缘与若干个第二矩形齿之间的配合预紧力；所述支撑筒与定位板之间可设置修切垫。通过设置不同厚度的修切垫可调整WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下缘内壁与若干个第二矩形齿之间的配合预紧力大小。

进一步地，为了方便调整WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上缘内壁与若干个第一矩形齿之间的配合预紧力；所述定位板与滑盘的定位板之间设置有预紧力调整螺钉。通过旋转预紧力调整螺钉可使滑盘在中心轴上滑动，可调整WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上缘内壁与若干个第一矩形齿之间的配合预紧力大小。

进一步地，为了方便观察支撑筒内WolterⅠ型非球面反射镜上、下两侧的装配情况，上述支撑筒靠近定位板的侧壁上开设至少一个上观察孔，支撑筒靠近底座的侧壁上开设至少一个下观察孔。

进一步地，上述中心轴为阶梯轴结构，沿着中心轴轴向依次设置有用于与螺母配合的螺纹段、与滑盘的中心筒体配合的第一轴段、带锥度导向的第二轴段、过渡轴段、法兰段及与底座上第二通孔配合的第三轴段。

进一步地，上述支撑筒的上、下两端均设置有法兰，支撑筒上端的法兰与定位板以螺钉固定连接，支撑筒上端的法兰与底座止口配合，并以螺钉固定连接。

本发明的优点如下：

1、本发明利用WolterⅠ型非球面反射镜面的两个内壁反射面作为自定位基准，采用由支撑筒、底座、定位板、中心轴、滑盘以及螺母构成的高精密机械装调工装，解决了采用悬挂吊装方法进行WolterⅠ型非球面反射镜装调所带来的装调平台建设周期长，投入成本高，并且装调时会受吊绳的特性、镜片姿态、吊点的位置等诸多因素导致镜片变形的问题。与吊装方案相比该装置结构简单，可靠性高，生产周期短，成本低。

2、本发明所提供的装调工装可应用在对WolterⅠ型非球面反射镜角分辨率、面形等多个方面的检测，检测过程几乎不受装配误差的影响，大大提升了检测精度。

3.采用本发明所提出的装调工装安装WolterⅠ型非球面反射镜，为采用WolterⅠ型非球面反射镜作为的X射线成像仪的一部分，提供了一种创新的、便于高效安装、稳定性高的设计与装配思路，即采用机械支撑定位思路进行镜片支撑结构的设计。

附图说明

图1为WolterⅠ型非球面反射镜模型图；

图2为现有WolterⅠ型非球面反射镜面形悬吊结构示意图；

图3为现有WolterⅠ型非球面反射镜面形悬吊检测系统示意图；

图4为安装有反射镜安装工装和反射镜的装配图；

图5为滑盘的立体结构示意图。

图6为底座的立体结构示意图；

图7为底座和中心轴装配后的结构示意图；

附图标记如下：

01-WolterⅠ型非球面反射镜、02-吊索、03-CCD相机、04-光屏、05-半透半反镜、06-垂直装调架、07-镜片位置调节装置、08-镜片姿态调节装置、09-镜片吊装装置、010-轮毂、011-反射镜及其姿态调整装置、012-平行光管；

1-反射镜安装工装、2-WolterⅠ型非球面反射镜、11-支撑筒、12-底座、13-定位板、14-中心轴、15-滑盘、16-螺母、17-第一通孔、18-中心筒体、19-定位盘、20-第一矩形齿、21-第一通光孔、22-螺钉、23-第二通孔、24-圆柱台、25-第二矩形齿、26-第二通光孔、27-螺纹段、28-第一轴段、29-第二轴段、30-过渡轴段、31-法兰段、32-第三轴段、33-内光阑、34-外光阑、35-预紧力调整螺钉、36-上观察孔、37-下观察孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

实施例

如图4所示，反射镜安装工装1包括支撑筒11、底座12、定位板13、中心轴14、滑盘15以及螺母16；

支撑筒11上端安装定位板13，支撑筒11下端安装底座12；

定位板13中心开设有第一通孔17；

参见图5，滑盘15包括中心筒体18以及固定套设在中心筒体18外壁上的定位盘19；定位盘19的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第一矩形齿20(本实施例中第一矩形齿20有16个，所有第一矩形齿20齿面以中心筒体18的中轴线为基准进行磨削加工，以保证齿面形成的圆柱面的圆柱度及与中心筒体的同轴度)；若干个第一矩形齿20的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜2中旋转双曲反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第一矩形齿20之间的位置开设有第一通光孔21；滑盘15通过若干螺钉22与所述定位板13固定连接；第一通孔17的孔径大小满足所有经过第一通光孔21的光通过；

参见图6，底座12为台阶状齿盘结构，具体结构是：底座12的中心设有第二通孔23；底座12的上表面设有圆柱台24，圆柱台24的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第二矩形齿25(本实施例中第二矩形齿25有16个，所有第二矩形齿25齿面采用磨削加工，且与中心轴14固定安装后组合加工，以保证齿面形成的圆柱面的圆柱度及与中心轴的同轴度)；若干个第二矩形齿25的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜2中旋转抛物反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第二矩形齿25之间的位置开设有第二通光孔26；

中心轴14位于支撑筒11的中轴线上，中心轴14的一端穿过所述中心筒体18后与螺母16连接，中心轴14的另一端与所述第二通孔23固定连接；(参见图7，本实施例中，中心轴14为阶梯轴结构，沿着中心轴15轴向依次设置有用于与螺母配合的螺纹段27、与滑盘的中心筒体18配合的第一轴段28、带锥度导向的第二轴段29、过渡轴段30、法兰段31及与底座上第二通孔23配合的第三轴段32。)根据以上的各零件的连接关系，构成一个反射镜安装工装，待检测WolterⅠ型非球面反射镜安装于反射镜安装工装的具体的装配关系如下：待检测WolterⅠ型非球面反射镜2中旋转抛物反射面一侧通过若干个第二矩形齿25进行定位，WolterⅠ型非球面反射镜2中旋转双曲反射面一侧通过若干个第一矩形齿20进行定位。

另外，为了减少WolterⅠ型非球面反射镜的加工、装配误差对后期检测带来的不利影响，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下端面与底座之间保持间隙，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上端面与定位板之间保持间隙(本实施例中待检测WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下端面与底座之间的间隙≥5mm，待检测WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上端面与定位板之间的间隙≥3mm，本实施中的加工精度要求是由产品的精度要求而定，随着产品精度的提高加工精度会进一步提高，附图中所标形位公差及尺寸也会根据产品的要求而提高)。

另外，本实施例中，还对反射镜安装工作作出了以下优化设计：

1、底座12的下表面设有内光阑33与外光阑34，消除了装调过程中检测光路的杂光对检测结果的影响，

2、支撑筒11与定位板12之间可设置修切垫(图中未示出)。通过设置不同厚度的修切垫可调整WolterⅠ型非球面反射镜2中旋转抛物反射面一侧下缘内壁与若干个第二矩形齿25之间的配合预紧力大小。

3、定位板13与滑盘的定位盘19之间设置有预紧力调整螺钉35。通过旋转预紧力调整螺钉35可使滑盘15在中心轴14上滑动，可调整WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上缘内壁与若干个第一矩形齿20之间的配合预紧力大小。

4、支撑筒11靠近定位板13的侧壁上开设至少一个上观察孔36，支撑筒11靠近底座12的侧壁上开设至少一个下观察孔37，通过上、下观察孔可方便操作人员观察支撑筒内待检测WolterⅠ型非球面反射镜上、下两侧的装配情况。

5、支撑筒11的上、下两端均设置有法兰，支撑筒上端的法兰与定位板以螺钉固定连接，支撑筒上端的法兰与底座止口配合，并以螺钉固定连接。

根据上述结构描述，现对与该装调工装安装反射镜的具体过程作出以下介绍：

由于中心轴14和底座12组合加工，因此装配前，中心轴14与底座12已经装配完成，装配时首先滑盘15须先安装至中心轴14上，并将滑盘15沉至中心轴14的过渡轴段30位置；然后再将WolterⅠ型非球面反射镜2的旋转抛物反射面一侧通过若干个第二矩形齿25定位在底座12上，此时距WolterⅠ型非球面反射镜的旋转抛物反射面一侧下端面距底座上表面有5mm间隙；之后将支撑筒11下端与底座12固定连接，接着将滑盘15沿中心轴提升至第一轴段28，此时WolterⅠ型非球面反射镜2的旋转双曲反射面一侧通过若干个第一矩形齿20定位；再将定位板13与支撑筒11上端固定连接，使用螺钉22将定位板13与滑盘15固定连接，从而完成装配过程。

Claims (10)

1.一种WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：包括支撑筒、底座、定位板、中心轴、滑盘以及螺母；

支撑筒上端安装定位板，支撑筒下端安装底座；

定位板中心开设有第一通孔；

滑盘包括中心筒体以及固定套设在中心筒体外壁上的定位盘；定位盘的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第一矩形齿；若干个第一矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第一矩形齿之间的位置开设有第一通光孔；滑盘通过若干螺钉与所述定位板固定连接，且滑盘上的定位盘与定位板相互平行；第一通孔的孔径大小满足所有经过第一通光孔的光通过；

底座的中心设有第二通孔；底座的上表面设有圆柱台，圆柱台的外圆表面沿周向均匀设置有若干个第二矩形齿；若干个第二矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆直径与WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧的内径相适配，且每相邻两个第二矩形齿之间的位置开设有第二通光孔；

中心轴位于支撑筒的中轴线上，中心轴的一端穿过所述中心筒体后与螺母连接，中心轴的另一端与所述第二通孔固定连接。

2.根据权利要求1所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述底座的下表面设有内光阑与外光阑。

3.根据权利要求1或2所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下端面与底座之间保持间隙，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上端面与定位板之间保持间隙。

4.根据权利要求3所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述支撑筒与定位板之间设置修切垫。

5.根据权利要求4所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述定位板与滑盘的定位盘之间设置有预紧力调整螺钉。

6.根据权利要求5所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述支撑筒靠近定位板的侧壁上开设至少一个上观察孔，支撑筒靠近底座的侧壁上开设至少一个下观察孔。

7.根据权利要求6所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述中心轴为阶梯轴结构，沿着中心轴轴向依次设置有用于与螺母配合的螺纹段、与滑盘的中心筒体配合的第一轴段、带锥度导向的第二轴段、过渡轴段、法兰段及与底座上第二通孔配合的第三轴段。

8.根据权利要求7所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：所述支撑筒的上、下两端均设置有法兰，支撑筒上端的法兰与定位板以螺钉固定连接，支撑筒下端的法兰与底座止口配合，并以螺钉固定连接。

9.根据权利要求3所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：WolterⅠ型非球面反射镜中旋转抛物反射面一侧下端面与底座之间的间隙≥5mm，WolterⅠ型非球面反射镜中旋转双曲反射面一侧上端面与定位板之间的间隙≥3mm。

10.根据权利要求7所述的WolterⅠ型非球面反射镜的装调工装，其特征在于：若干个第一矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆的圆柱度以及若干个第二矩形齿的齿顶所围成的齿顶圆的圆柱度均≤3μm、中心轴第一轴段圆柱度≤3μm、所述第一轴段和滑盘的中心筒体之间同轴度≤5μm、且滑盘的中心筒体与中心轴第一轴段之间为间隙配合，且间隙≤0.01mm。

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