CN110967798B - 一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，包括镜框主体、透镜粘接块以及安装点卸载块，镜框主体是环形支撑结构，红外透镜置于镜框主体中，通过透镜粘接块与镜框主体固定连接，安装点卸载块以三点圆周均布的形式固连在镜框主体上，通过安装点卸载块与外部支撑结构连接过程的装‑拆‑装处理，实现安装点卸载块的安装应力卸载能力，在温度变化下，通过透镜粘接块与安装点卸载块的柔性切槽卸载构型，在透镜径向及镜框径向上，实现红外透镜装置的热变形卸载。本发明通过径向胶斑粘接力的设计及注胶控制，可实现全径向直粘，无需透镜轴向限位及压紧，避免了透镜低温环境下的轴向应力造成的面形下降问题。

Description

一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置

技术领域

本发明涉及一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，属于空间光学遥感器光机结构领域。

背景技术

航天遥感技术中的红外光学成像技术主要是以测量目标物体表面红外辐射能量为手段。红外探测器通常需封装在配备有冷光阑的真空杜瓦内，通过辐射制冷或机械制冷的形式降温到其所需工作温度(通常≤80K)，实现其高灵敏度红外辐射探测能力。目前配套的红外光学镜头，常规情况下的工作温度为常温(293K左右)。红外镜头自身的红外热辐射便成为探测器的噪声源之一，影响红外通道的成像质量。镜头温度越低，其产生的红外背景辐射越小，如果将镜头温度降低到合理的低温区，可以有效提高红外通道的探测灵敏度，从而满足用户提出的mK级温度分辨率要求。

此外，为了满足用户的高分辨率、大幅宽要求，红外探测器的规模也越来越大，按照常规的真空杜瓦设计思路，为了实现冷光阑匹配，镜头和杜瓦的尺寸将非常大，并且需要配备超大冷量的制冷机，工程上很难实现。而通过将冷光阑调整到光学镜头之前，对整个后端光学和探测器分段制冷，其工程可实现性较好。因此，对红外镜头低温化设计，势在必行。

而红外镜头体积庞大，光学材料特性差异大，产品热容量大，非密封结构，热边界条件复杂，对其进行低温化控制存在较大难度。另外，地面研制、装调环境为常温环境，在轨工作却为低温环境。几十K乃至上百K的温度变化，对镜头光学性能、结构位置稳定性、自身刚度强度等均有巨大影响。

国外Euclid空间天文望远镜中的低温短波红外镜头采用了一体化板式切槽卸载的镜框结构形式，采用透镜侧面注胶直粘的形式安装红外透镜，其粘接用胶采用3M公司低温环氧胶，可承载293K～130K温度的变化而造成的结构热变形对镜头面形影响满足光学系统要求。但其一体化板式切槽的镜框卸载结构对镜框加工精度要求极高，成本代价大；且不同镜框需要采用不同的设计参数，设计难度大。

综上所述，实现大口径、高分辨率红外透镜系统的常温高精度装调、低温高稳定性支撑及高质量成像，需要对其镜头支撑结构进行创新新设计，以适应不同环境下的镜头需求，确保结构刚度、稳定性满足镜头不同温区的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，利用胶粘卸载结构与安装卸载结构的配合，有效卸载常温装调、低温使用所造成的热变形，解决红外透镜热变形造成面形下降的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，包括镜框主体、透镜粘接块以及安装点卸载块，

镜框主体是环形支撑结构，提供透镜装调的外基准以及与外部支撑结构的机械接口，红外透镜置于镜框主体中，通过透镜粘接块与镜框主体固定连接，安装点卸载块以三点圆周均布的形式固连在镜框主体上，外部支撑结构与安装点卸载块固定连接，通过安装点卸载块与外部支撑结构连接过程的装-拆-装处理，实现安装点卸载块的安装应力卸载能力，在温度变化下，通过透镜粘接块与安装点卸载块的柔性切槽卸载构型，在透镜径向及镜框径向上，实现红外透镜装置的热变形卸载。

进一步的，透镜粘接块是圆柱型单边矩形法兰一体成型结构，其中心设有注胶通道，注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，在其圆柱段设置有U型柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第一卸载槽，定义透镜粘接块圆柱段轴线为Z轴，透镜粘接块矩形法兰长边方向为X轴，短边方向为Y轴，以YZ面对称成型，沿Z轴旋转90°同时沿Z轴平移l，形成第二组第一卸载槽，以此类推，形成后续第～第n组第一卸载槽，第一卸载槽数量n为正整数，且n≥2。

进一步的，当透镜组件由常温T变至低温T时，镜框主体与红外透镜的径向热变形差X即为透镜粘接块中第一卸载槽的变形量，在此条件下，变形量X引起的应力不超过透镜粘接块的材料许用应力，且透镜粘接块引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，其中λ＝0.6328μm。

进一步的，每个透镜粘接块的圆柱段穿过镜框主体相应侧面圆柱孔，透镜粘接块法兰与镜框主体外表面接触，圆柱段末端透镜粘接面与红外透镜侧面留有胶粘间隙，间隙范围为μm±μm，透镜粘接块在镜框主体上沿镜框主体轴线圆周均布，数量为c，且c为3的整数倍。

进一步的，透镜粘接块圆柱段直径为d，注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，注胶引导孔直径为d，注胶孔直径为d，在其圆柱段设置有U型柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第一卸载槽，定义透镜粘接块圆柱段轴线为Z轴，透镜粘接块矩形法兰长边方向为X轴，短边方向为Y轴，每组第一卸载槽宽度为b，以YZ面对称成型，每组对称第一卸载槽根部之间留有金属的厚度h，沿Z轴旋转°同时沿Z轴平移l，形成第二组第一卸载槽，以此类推，形成后续第～第n组第一卸载槽，第一卸载槽数量n为正整数，且n≥2，通过第一卸载槽宽度b，两对称第一卸载槽根部之间厚度h，相邻第一卸载槽间距l，以及第一卸载槽数量n，设计透镜粘接块轴向卸载刚度，使其满足透镜热变形卸载要求。

进一步的，透镜粘接块轴向卸载刚度通过对第一卸载槽参数进行设计实现，设定透镜组件从常温T变至低温T，镜框主体热膨胀系数为ε，红外透镜的热膨胀系数为ε，镜框主体圆环内径为D，红外透镜直径为D，镜框主体与红外透镜的径向热变形差X引起的红外透镜与所有透镜粘接块之间的热应力为F₀，则每个透镜粘接块与红外透镜之间的热应力F₁＝F₀/c，透镜卸载块各参数设计参考以下公式：

每个透镜粘接块的轴向刚度k_s可由下式表示：

每组对称第一卸载槽刚度k_i可由下式表示：

其中，E代表透镜粘接块所选用金属材料的弹性模量。

进一步的，镜框主体与红外透镜的热变形差X可由下式表示：

进一步的，透镜粘接块从常温T₁变至低温T₂的变形协调方程由下式表示：

F₀＝k_sXc (4)

其中，公式(4)中有关热应力的限制条件为热应力F₀引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，λ＝0.6328μm。

进一步的，透镜粘接胶通过注胶通道进入胶粘间隙，形成直径为d₄的圆胶斑，胶斑直径不小于注胶孔直径d₃，且不大于透镜粘接块圆柱端直径d₁，设定红外透镜总质量为m₁，透镜轴向总过载加速度载荷为G₁，胶粘剂粘接强度为P₁，P₁可从胶粘剂材料说明书中查询获取，则胶斑直径确定公式如下：

其中，g为重力加速度。

进一步的，安装点卸载块是圆柱型单边法兰一体成型结构，法兰内外表面为弧形，与镜框主体圆环内外表面同轴心，在安装点卸载块圆柱段轴线方向设置有柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第二卸载槽，定义安装点卸载块圆柱段轴线为Z轴，每个第二卸载槽为同心扇形卸载结构，第二卸载槽外侧切槽为“几”字构型，“几”字构型根部指向安装点卸载块圆柱轴线方向定义为X轴，内侧切槽为倒“T”字构型，第二卸载槽扇形角为β，f个第二卸载槽沿Z轴圆周阵列，满足f×β＝360°关系。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)无轴向应力：本发明通过径向胶斑粘接力的设计及注胶控制，可实现全径向直粘，无需透镜轴向限位及压紧，避免了透镜低温环境下的轴向应力造成的面形下降问题。

(2)热卸载能力优异：本发明镜框主体采用透镜粘接块柔性切槽卸载形式避免了镜框材料与透镜材料热涨系数失配造成的面形下降问题；同时，透镜粘接块(3)正交板式切槽卸载接口模块可进一步对主支撑结构与镜框之间的热涨系数失配造成的热应力进行卸载，透镜粘接块直径、切槽宽度、切槽层数均可设计，柔性卸载适应性强；

(3)安装应力卸载能力优异：本发明安装点卸载块可在镜框主体结构上随意拆卸，降低了镜框主体的加工复杂性，同时避免了镜框主体与相机主结构连接时，由于安装螺钉拧紧造成的残余安装应力对面形的影响问题。

附图说明

图1是本发明基于径向柔性卸载的低温红外透镜组件图；

图2是本发明基于径向柔性卸载的低温红外透镜组件剖视图；

图3是本发明镜框主体结构示意图；

图4是本发明透镜粘接块结构示意图；

图5是本发明安装点卸载块结构示意图；

图6是本发明透镜柔性卸载块装配剖面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，如图1所示，包括镜框主体2、透镜粘接块3以及安装点卸载块4，镜框主体2是环形支撑结构，提供透镜装调的外基准以及与外部支撑结构的机械接口，红外透镜置于镜框主体2中，通过透镜粘接块3与镜框主体2固定连接，安装点卸载块4以三点圆周均布的形式固连在镜框主体2上，外部支撑结构与安装点卸载块4固定连接，通过安装点卸载块4与外部支撑结构连接过程的装-拆-装处理，实现安装点卸载块4的安装应力卸载能力，在常温293K至低温160K温度变化下，通过透镜粘接块3与安装点卸载块4的柔性切槽卸载构型，在透镜径向及镜框径向上，实现红外透镜装置的热变形卸载。

透镜粘接块3是圆柱型单边矩形法兰一体成型结构，其中心设有注胶通道，透镜粘接块3圆柱段直径为d₁，注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，注胶引导孔直径为d₂，注胶孔直径为d₃，在其圆柱段设置有U型柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第一卸载槽13，定义透镜粘接块3圆柱段轴线为Z轴，透镜粘接块3矩形法兰长边方向为X轴，短边方向为Y轴，每组第一卸载槽13宽度为b，以YZ面对称成型，每组对称第一卸载槽13根部之间留有金属的厚度h，沿Z轴旋转90°同时沿Z轴平移l，形成第二组第一卸载槽13，以此类推，形成后续第3～第n组第一卸载槽13，第一卸载槽13数量n为正整数，且n≥2。通过第一卸载槽13宽度b，两对称第一卸载槽13根部之间厚度h，相邻第一卸载槽13间距l，以及第一卸载槽13数量n，设计透镜粘接块3轴向卸载刚度，使其满足透镜热变形卸载要求。

当透镜组件由常温T₁变至低温T₂时，镜框主体2与红外透镜的径向热变形差X即为透镜粘接块3中第一卸载槽13的变形量，在此条件下，变形量X引起的应力不超过透镜粘接块3的材料许用应力,且透镜粘接块3引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，λ＝0.6328μm。

每个透镜粘接块3的圆柱段穿过镜框主体2相应侧面圆柱孔，透镜粘接块3法兰与镜框主体2外表面接触，圆柱段末端透镜粘接面与红外透镜侧面留有胶粘间隙，间隙范围为100μm±5μm，透镜粘接块3在镜框主体2上沿镜框主体2轴线圆周均布，数量为c，且c为3的整数倍。

透镜粘接块3轴向卸载刚度通过对第一卸载槽13参数进行设计实现，设定透镜组件从常温T₁变至低温T₂，镜框主体2热膨胀系数为ε₁，红外透镜的热膨胀系数为ε₂，镜框主体2圆环内径为D₁，红外透镜直径为D₂，镜框主体2与红外透镜的径向热变形差X引起的红外透镜与所有透镜粘接块3之间的热应力为F₀，则每个透镜粘接块3与红外透镜之间的热应力F₁＝F₀/c，透镜卸载块各参数设计参考以下公式：

每个透镜粘接块3的轴向刚度k_s可由下式表示：

每组对称第一卸载槽13刚度k_i可由下式表示：

公式(2)中，E代表透镜粘接块3所选用金属材料的弹性模量。

镜框主体2与红外透镜的热变形差X可由下式表示：

透镜粘接块3从常温T₁变至低温T₂的变形协调方程由下式表示：

F₀＝k_sXc (4)

其中，公式(4)中有关热应力的限制条件为热应力F₀引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，λ＝0.6328μm。

透镜粘接胶通过注胶通道进入胶粘间隙，形成直径为d₄的圆胶斑，胶斑直径不小于注胶孔直径d₃，且不大于透镜粘接块3圆柱端直径d₁。设定红外透镜总质量为m₁，透镜轴向总过载加速度载荷为G₁，胶粘剂粘接强度为P₁，P₁可从胶粘剂材料说明书中查询获取，则胶斑直径确定公式如下：

其中，g为重力加速度，取9.8m/s²。

安装点卸载块4是圆柱型单边法兰一体成型结构，法兰内外表面为弧形，与镜框主体2圆环内外表面同轴心，在安装点卸载块4圆柱段轴线方向设置有柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第二卸载槽14，定义安装点卸载块4圆柱段轴线为Z轴，每个第二卸载槽14为同心扇形卸载结构，第二卸载槽14外侧切槽为“几”字构型，“几”字构型根部指向安装点卸载块4圆柱轴线方向定义为X轴，内侧切槽为倒“T”字构型，第二卸载槽14扇形角为β，f个第二卸载槽14沿Z轴圆周阵列，满足f×β＝360°关系。

当透镜组件由常温T1变至低温T2时，镜框主体2与外部支撑结构的径向热变形差Y即为安装点卸载块4中第二卸载槽14的变形量，在此条件下，变形量Y引起的应力不超过安装点卸载块4的材料许用应力。且安装点卸载块4引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，λ＝0.6328μm。

在安装点卸载块4圆柱段中心设有通孔，用于提供红外透镜支撑装置与外部支撑结构的螺钉连接孔，在每个安装点卸载块4法兰四角位置共设有四个通孔，其作用是通过螺钉将安装点卸载块4法兰与镜框主体2上表面固定，对安装点卸载块4装配时，首先将安装点卸载块4法兰通过四个螺钉连接在镜框主体2上表面，然后通过螺钉穿过安装点卸载块4圆柱段中心通孔，将红外透镜装置与外部支撑结构连接，在安装点卸载块4法兰上表面设有六边形凸台，当红外透镜支撑装置与外部支撑结构的连接螺钉拧紧时，拧紧摩擦力矩会使安装点卸载块4柔性第二卸载槽14发生变形，产生安装应力，六边形凸台的作用是在对安装点卸载块4中心连接螺钉拧紧时，使用固定扳手固定六边形凸台，防止安装点卸载块4柔性第二卸载槽14在螺钉拧紧时产生变形，避免出现安装应力造成红外透镜面形下降，依此方法，同理对红外透镜支撑装置的其余两个安装点卸载块4实施与外部支撑结构的螺钉连接。

三个安装点卸载块4中心连接螺钉拧紧过程，被称为红外透镜支撑装置的第一次“装”过程。

当红外透镜装置三个安装点卸载块4第一次“装”过程完成后，无法保证三个安装点卸载块4拧紧的力矩完全一致，因此可能存在某些安装点卸载块4柔性第二卸载槽14仍然存在安装应力的风险，此时，需要通过对安装点卸载块4法兰四角螺钉进行一次“拆”的过程，使安装点卸载块4与镜框主体2接触固连，释放安装点卸载块4柔性第二卸载槽14的残余安装应力。

三个安装点卸载块4法兰四角螺钉拆的过程，被称为红外透镜支撑装置的第一次“拆”过程。

当三个安装点卸载块4应力得到完全释放后，再将安装点卸载块4法兰四角螺钉依次拧紧，重新将安装点卸载块4与镜框主体2固连。此过程，被称为红外透镜支撑装置的第二次“装”过程。

通过上述“装”-“拆”-“装”过程，实现安装点卸载块4安装应力的全部卸载。

实施例

镜框主体2实现流程，如图3所示：

a、采用TC4材料作为镜框主体2的基础材料；

b、与透镜粘接块3配合的安装面7与圆柱面6通过慢走丝线切割精加工成型，每个安装面7需与圆柱面6轴线垂直度精度优于5μm

c、与安装点卸载块4配合的安装面7与安装孔9通过慢走丝线切割精加工成型；

d、镜框主体2的轻量化区域5指的是镜框主体2内部除去安装卸载块接口圆柱以及透镜粘接块3接口圆柱占用部分的其余部分，可通过精密铸造或3D打印增材制造形式成型，如图2所示；

透镜粘接块3实现流程，如图4、图6所示：

a、透镜粘接块3的第一卸载槽13通过慢走丝线切割精加工成型，首先装卡透镜粘接块3，使其Z轴水平放置，Y轴竖直放置，通过对透镜粘接块3装载台面实施“-X—Z—+X”的U型移动，实现单个第一卸载槽13的切割，随后将透镜粘接块3沿Z轴旋转180°，在原切割完毕的U型第一卸载槽13YZ面对称位置，切割同样尺寸的U型槽，形成第一对第一卸载槽13，然后将透镜粘接块3沿Z向平移l，同时沿Z轴旋转90°，按照第一对第一卸载槽13的成型方式进行第二对第一卸载槽13的加工，形成以XZ面对称的第二对第一卸载槽13，以此类推，形成所需的第3至第n对第一卸载槽13，且第一卸载槽13的加工位置需根据镜框主体2的圆环内外径尺寸确定，尽量使第一卸载槽13位于镜框主体2配合圆柱面6的中间部位；

b、透镜粘接块3的圆柱配合段11通过精密车床与镜框主体2的圆柱面6实际尺寸配作而成，保证双边间隙2μm～4μm；

c、透镜粘接块3的平面配合面12通过精密车床加工，保证与镜框主体2的安装面7平面度均优于5μm，且平面配合面12与圆柱配合段11的轴线垂直度需优于5μm；

d、透镜粘接块3的注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，注胶过程中，注胶设备从注胶引导孔进入，通过注胶孔将胶粘剂注入注胶孔，经注胶孔流入透镜粘接块3与红外透镜之间的缝隙，透镜粘接块3的注胶孔10直径不大于Φ2mm，注胶引导孔18直径不小于4mm；

e、透镜粘接块3的圆柱配合段11总长度需根据镜框主体2与红外透镜1的实际间距进行修配，确保最终透镜粘接块3的注胶粘接面19与红外透镜1侧圆柱面6间距保持100μm±5μm；

安装点卸载块4实现流程，如图5所示：

a、安装点卸载块4的卸载槽14通过慢走丝线切割加工成型；第一步，将安装点卸载块4Z轴竖直放置，在安装点卸载块4圆柱端面第二卸载槽14“几”字型左下角根部起点钻穿丝孔，穿入线切割丝后，以安装点卸载块4Z轴为基准进行同心弧走向逆时针切割，切至“几”字型右下角，随即线切割丝沿X轴方向切割厚度t，再沿相反方向，从“几”字型右下角切割至左下角，随即线切割丝再沿X轴方向切割厚度t，形成闭环，切掉第二卸载槽14外部去除区域；第二步，在“几”字型左下角根部起点钻穿丝孔位置向Y轴方向移动距离t，钻第二个穿丝孔，从此孔开始在几”字型内部切割出倒“T”字型槽，去除倒“T”字型槽内金属部分，形成一组第二卸载槽14。以此类推，按照每组第二卸载槽14扇形角β参数，按照圆周均布方式对剩余f-1个第二卸载槽14进行线切割加工，最终实现安装点卸载块4f个第二卸载槽14的加工。

b、与相机主结构安装接口为第二圆柱通孔16，通孔上端面留有六边形凸台17，作为安装紧固点；

c、与镜框主体2安装接口为第一圆柱通孔15，通过螺钉与镜框主体2连接。

本发明低温红外透镜镜框装置由镜框主体2、若干透镜粘接块3以及若干安装点卸载块4组成。镜框主体2提供透镜装调的外基准以及与外部支撑结构的机械接口，透镜粘接块3先通过圆柱段配作，实现粘接块与镜框的连接，然后采用精密注胶设备通过透镜粘接块3中心注胶通道与透镜侧面直粘。安装点卸载块4先与镜框主体2通过螺钉预连接。低温红外透镜组件与相机主体连接时，先通过安装点卸载块4安装孔周圈的六边形定位夹持点将安装点卸载块4初定位，用螺钉穿过安装点卸载块4与相机主结构紧固连接，然后松开安装点卸载块4与镜框主体2的紧固螺钉，卸载残余安装应力，最后将安装点卸载块4与镜框主体2的紧固螺钉紧固，实现低温红外透镜组件与相机主体的无应力连接。

本发明透镜粘接块3粘接的局部结构采用正交板式切槽卸载形式实现一定程度的透镜径向变形柔性适应能力。切槽位置以及切槽形状参数可通过热膨胀系数匹配要求进行优化设计，确保常温装调状态以及低温工作状态，透镜与镜框支撑材料热膨胀系数不匹配造成的透镜面形变化在系统可接受范围内。

本发明透镜粘接块3粘接的圆柱段与镜框主体2的圆柱空采用精密配作方式，确保孔周双边间隙2μm～4μm。另外，透镜粘接块3的第一卸载槽13开槽部位需位于透镜粘接块3与镜框主体2配合圆柱段的中心部位，以此实现透镜粘接块3在透镜轴向的支撑刚度的同时，可以实现温度变化时，镜框与透镜收缩不匹配时透镜粘接块3的径向柔性卸载能力。

本发明采用圆周对称多环形切槽卸载安装接口模块，径向柔性可通过环形槽的厚度、圈数、最大直径等参数优化确定，轴向刚度可通过环形槽的高度优化确定。此接口模块易于优化、加工便捷，柔性卸载能力优异。降低了低温透镜镜框主体2的加工难度，同时避免了透镜镜框螺钉连接过程引入的安装残余应力。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，包括镜框主体(2)、透镜粘接块(3)以及安装点卸载块(4)，

镜框主体(2)是环形支撑结构，提供透镜装调的外基准以及与外部支撑结构的机械接口，红外透镜(1)置于镜框主体(2)中，通过透镜粘接块(3)与镜框主体(2)固定连接，安装点卸载块(4)以三点圆周均布的形式固连在镜框主体(2)上，外部支撑结构与安装点卸载块(4)固定连接，通过安装点卸载块(4)与外部支撑结构连接过程的装-拆-装处理，实现安装点卸载块(4)的安装应力卸载能力，在温度变化下，通过透镜粘接块(3)与安装点卸载块(4)的柔性切槽卸载构型，在透镜径向及镜框径向上，实现红外透镜装置的热变形卸载；

透镜粘接块(3)是圆柱型单边矩形法兰一体成型结构，其中心设有注胶通道，注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，在其圆柱段设置有U型柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第一卸载槽(13)，定义透镜粘接块(3)圆柱段轴线为Z轴，透镜粘接块(3)矩形法兰长边方向为X轴，短边方向为Y轴，以YZ面对称成型，沿Z轴旋转90°同时沿Z轴平移l，形成第二组第一卸载槽(13)，以此类推，形成后续第3～第n组第一卸载槽(13)，第一卸载槽(14)数量n为正整数，且n≥2；

每个透镜粘接块(3)的圆柱段穿过镜框主体(2)相应侧面圆柱孔，透镜粘接块(3)法兰与镜框主体(2)外表面接触，圆柱段末端透镜粘接面与红外透镜侧面留有胶粘间隙，间隙范围为100μm±5μm，透镜粘接块(3)在镜框主体(2)上沿镜框主体(2)轴线圆周均布，数量为c，且c为3的整数倍；

透镜粘接块(3)圆柱段直径为d₁，注胶通道包括注胶引导孔与注胶孔，注胶引导孔直径为d₂，注胶孔直径为d₃，在其圆柱段设置有U型柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第一卸载槽(13)，定义透镜粘接块(3)圆柱段轴线为Z轴，透镜粘接块(3)矩形法兰长边方向为X轴，短边方向为Y轴，每组第一卸载槽(13)宽度为b，以YZ面对称成型，每组对称第一卸载槽(13)根部之间留有金属的厚度h，沿Z轴旋转90°同时沿Z轴平移l，形成第二组第一卸载槽(13)，以此类推，形成后续第3～第n组第一卸载槽(13)，第一卸载槽(13)数量n为正整数，且n≥2，通过第一卸载槽(13)宽度b，两对称第一卸载槽(13)根部之间厚度h，相邻第一卸载槽(13)间距l，以及第一卸载槽(13)数量n，设计透镜粘接块(3)轴向卸载刚度，使其满足透镜热变形卸载要求；

安装点卸载块(4)是圆柱型单边法兰一体成型结构，法兰内外表面为弧形，与镜框主体(2)圆环内外表面同轴心，在安装点卸载块(4)圆柱段轴线方向设置有柔性切槽卸载结构，在柔性切槽卸载结构上沿圆柱轴线方向开有第二卸载槽(14)，定义安装点卸载块(4)圆柱段轴线为Z轴，每个第二卸载槽(14)为同心扇形卸载结构，第二卸载槽(14)外侧切槽为“几”字构型，“几”字构型根部指向安装点卸载块(4)圆柱轴线方向定义为X轴，内侧切槽为倒“T”字构型，第二卸载槽(14)扇形角为β，f个第二卸载槽(14)沿Z轴圆周阵列，满足f×β＝360°关系。

2.如权利要求1所述的一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，当透镜组件由常温T₁变至低温T₂时，镜框主体(2)与红外透镜(1)的径向热变形差X即为透镜粘接块(3)中第一卸载槽(13)的变形量，在此条件下，变形量X引起的应力不超过透镜粘接块(3)的材料许用应力，且透镜粘接块(3)引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，其中λ＝0.6328μm。

3.如权利要求1所述的一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，透镜粘接块(3)轴向卸载刚度通过对第一卸载槽(13)参数进行设计实现，设定透镜组件从常温T₁变至低温T₂，镜框主体(2)热膨胀系数为ε₁，红外透镜的热膨胀系数为ε₂，镜框主体(2)圆环内径为D₁，红外透镜直径为D₂，镜框主体(2)与红外透镜的径向热变形差X引起的红外透镜与所有透镜粘接块(3)之间的热应力为F₀，则每个透镜粘接块(3)与红外透镜之间的热应力F₁＝F₀/c，透镜卸载块各参数设计参考以下公式：

每个透镜粘接块(3)的轴向刚度k_s可由下式表示：

每组对称第一卸载槽(13)刚度k_i可由下式表示：

其中，E代表透镜粘接块(3)所选用金属材料的弹性模量。

4.如权利要求3所述的一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，镜框主体(2)与红外透镜的热变形差X可由下式表示：

。

5.如权利要求4所述的一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，透镜粘接块(3)从常温T₁变至低温T₂的变形协调方程由下式表示：

F₀＝k_sXc (4)

其中，公式(4)中有关热应力的限制条件为热应力F₀引起的红外透镜面形变化不超过1/100λ，λ＝0.6328μm。

6.如权利要求1所述的一种基于径向柔性卸载的低温红外透镜支撑装置，其特征在于，透镜粘接胶通过注胶通道进入胶粘间隙，形成直径为d₄的圆胶斑，胶斑直径不小于注胶孔直径d₃，且不大于透镜粘接块(3)圆柱端直径d₁，设定红外透镜总质量为m₁，透镜轴向总过载加速度载荷为G₁，胶粘剂粘接强度为P₁，P₁可从胶粘剂材料说明书中查询获取，则胶斑直径确定公式如下：

其中，g为重力加速度。

Images