CN111045176A - 一种用于大口径光学元件的拼接对准机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，目的是为了解决现有技术中存在的子镜调整效率低且调整精度低的问题。本发明包括安装在任意子镜安装框架上且用于将待调节子镜调整至理论位置的调整单元和压紧单元；调整单元包括设置于待调节子镜两侧且相互对应的主动调整组件和从动调整组件；主动调整组件和从动调整组件安装于子镜安装框架上；用于对待调节子镜平移调整；压紧单元安装于子镜安装框架上，用于自上而下给待调节子镜任意一点施加压紧力，并与调整单元共同作用实现对子镜的旋转调整。

Description

一种用于大口径光学元件的拼接对准机构

技术领域

本发明涉及拼接式的大口径光学元件，具体涉及一种用于大口径光学元件的拼接对准机构。

背景技术

近年来不论是天基望远镜还是地基望远镜，一个共同的发展趋势就是追求更高的观测分辨率，从而使得望远镜的口径不断增大。通光孔径一定程度上了反映望远镜观测能力，但是，光学元件尺寸不断增大，给设计、加工、制造、检测等带来了前所未有的挑战。拼接式的大口径光学元件是目前较为成熟的解决方案之一，它具有易于制造、便于运输、成本低等优势，已经应用于大型地基望远镜系统并取得了巨大的科技成就。

如图1所示，拼接式大口径光学元件由1个拼接基板和25块子镜01组成，拼接基板为所有子镜提供一个标准平台，拼接基板上分为25个子镜安装框架；子镜01设置于子镜安装框架上，子镜01的拼接过程在该子镜安装框架上完成，每个子镜01是一块单独的光学元件。如图2所示，所有子镜01的实际位置A需要与理论位置B高度重合，才能保证拼接式光学元件的整体质量。所有子镜的高度通常一致，只需在二维平面内将每个子镜01调整到理论位置B，便可保证整个元件的成像质量。每个子镜01上刻蚀有十字丝标记02，将子镜01上的十字丝标记02与理论位置对准即可完成单片子镜01的对准。

现有的大口径光学元件的拼接过程如下：将底板放置在三坐标测量机下，将理论模型和子镜的理论位置输入至系统，然后依次调整每个子镜，保证每个子镜的实际位置与理论位置高度重合，最终完成子镜的拼接。

然而该拼接过程中对待调节子镜的调整为纯手工操作，对于一些细微调节，仅凭手感调节，其调节幅度难以把控，导致调整效率降低，且调整精度较差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的子镜调整效率低且调整精度低的问题，而提供了一种用于大口径光学元件的拼接对准机构。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，所述大口径光学元件包括拼接基板和25块待调节子镜，拼接基板上分为25个子镜安装框架；其特殊之处在于：所述拼接对准机构包括安装在任意子镜安装框架上且用于将待调节子镜调整至理论位置的调整单元和压紧单元；

所述调整单元包括设置于待调节子镜两侧且相互对应的主动调整组件和从动调整组件；

所述主动调整组件包括主动固定基座、螺纹轴、调节旋钮、顶紧压块；

所述主动固定基座安装于子镜安装框架上；

所述顶紧压块放置在子镜安装框架上且与待调节子镜接触；

所述螺纹轴一端与所述顶紧压块螺纹连接，另一端穿过主动固定基座后固定插装于调节旋钮内；

所述螺纹轴上位于顶紧压块和主动固定基座之间的位置设置有环状凸起；

所述从动调整组件包括从动固定基座、弹簧调节螺钉、第一弹簧以及移动压块；

所述从动固定基座安装于子镜安装框架上；

所述弹簧调节螺钉垂直穿设于从动固定基座上且与其螺纹连接；

所述第一弹簧嵌于弹簧调节螺钉的螺杆部内；

所述移动压块一端与第一弹簧接触，另一端与待调节子镜接触；

所述压紧单元安装于子镜安装框架上，用于自上而下给待调节子镜任意一点施加压紧力。

进一步地，所述压紧单元包括压紧基座、压紧悬臂、压紧调整旋钮、第二弹簧以及压紧轴；

所述压紧基座安装于子镜安装框架上；

所述压紧悬臂与压紧基座可旋转连接；

所述压紧调整旋钮与压紧悬臂螺纹连接；

所述压紧调整旋钮中心贯穿设置有第一台阶孔；

所述压紧轴上端伸出第一台阶孔，中部设置有第一轴肩，下端压紧待调节子镜；

从而在第一台阶孔与压紧轴外壁之间形成第二弹簧安装腔；所述第二弹簧设置于第二弹簧安装腔内，且套装于压紧轴上。

进一步地，所述压紧单元还包括旋转轴；

所述压紧基座上设置有垂直于拼接基板的第二台阶孔，第二台阶孔的小孔位于大孔之上；

所述旋转轴下端穿过第二台阶孔的小孔后套接止动卡环；

所述止动卡环的上端面与第二台阶孔的台阶面紧贴；

所述旋转轴的中部设置有与压紧基座上端面紧贴的第二轴肩；

所述压紧悬臂与旋转轴上端垂直连接。

进一步地，所述调整单元至少有两组，一组用于沿拼接基板径向方向调节待调节子镜的位置，其余组调整单元用于沿拼接基板周向方向调节待调节子镜的位置。

进一步地，所述用于沿拼接基板周向方向调节待调节子镜的位置的调节单元为两组。

进一步地，所述调节旋钮通过固定顶丝固定安装于螺纹轴上。

进一步地，所述顶紧压块的下端侧面设置有向待调节子镜弯折的折边；

所述折边的端面与待调节子镜紧贴。

进一步地，所述移动压块上靠近子镜一端端面上垂直连接有推板；

所述推板的下侧与子镜紧贴。

进一步地，所述主动固定基座、从动固定基座及压紧基座均与子镜安装框架间采用螺钉连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明设置了用于大口径光学元件的拼接对准机构，包括安装在任意子镜安装框架上且用于将待调节子镜调整至理论位置的调整单元和压紧单元，调整单元实现对待调节子镜的平移调整，压紧单元可压紧待调节子镜一点，然后操作调整单元使得待调节子镜绕压紧点旋转，实现子镜的旋转调节，由此对待调节子镜的实际位置与理论位置进行精确对准，使得待调节子镜的两个十字丝标记与理论位置重合，实现大口径光学元件上的所有子镜的拼接；该拼接对准机构相对传统的纯手工操作对准，其调节精度与调节效率均得到了提高。

2.本发明的调整单元采用了弹簧式螺旋调整形式，只需旋转调节旋钮，便可以实现对子镜的平移调整；压紧单元采用了旋转轴与弹簧预紧结合的形式，压紧操作前，可先将压紧轴提起，将子镜先粗调至合适位置，再落下压紧轴，通过调整单元实现对子镜的旋转调整，整个调整过程简单便捷，高效可靠。

3.本发明的调整单元和压紧单元均内置有弹簧，弹簧预紧力可调，可以根据实际情况，调整弹簧压缩量，使其适用性更高。

4.本发明的主动固定基座、从动固定基座及压紧基座均与子镜安装框架采用螺钉连接，便于拆卸和组装，可以快速切换到下一个子镜安装框架以拼接下一个待调节子镜的位置，依次实现对所有子镜的对准调整。

附图说明

图1是现有技术的安装有子镜的拼接基板结构示意图；

图2是子镜的调节位置示意图；

图中，01-子镜，02-十字丝标记；

图3是本发明一种用于大口径光学元件的拼接对准机构的结构示意图；

图4是本发明中拼接基板上带有一个待调节子镜的一个模块，待调节子镜的周围设有三个调整单元和一个压紧单元；

图5是本发明中调整单元的截面示意图；

图6是本发明中压紧单元的截面示意图。

图中，1-拼接基板，11-子镜安装框架，2-子镜；

3-调整单元，31-主动调整组件；

311-主动固定基座，312-螺纹轴，313-调节旋钮，314-顶紧压块，315-环状凸起，316-固定顶丝；

32-从动调整组件；

321-从动固定基座，322-弹簧调节螺钉，323-第一弹簧，324-移动压块，325-推板；

4-压紧单元；

41-压紧基座，411-第二台阶孔，42-旋转轴，421-第二轴肩，43-压紧悬臂，44-压紧调整旋钮，441-第一台阶孔，45-第二弹簧，46-压紧轴，461-第一轴肩，47-止动卡环。

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用于大口径光学元件的拼接对准机构作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种用于子镜的调整机构，结合图3、图4和图5所示，包括安装于子镜安装框架上且用于同一待调节子镜的三组结构相同的调整单元3和一个压紧单元4；

其中一组调整单元3用于沿拼接基板周向方向调节待调节子镜2的位置，另外两组调整单元3用于沿拼接基板径向方向调节待调节子镜2的位置。

调整单元3包括相互对应的主动调整组件31和从动调整组件32；

主动调整组件31包括主动固定基座311、螺纹轴312、调节旋钮313、顶紧压块314；主动固定基座311采用螺钉安装于子镜安装框架11上；螺纹轴312穿设于主动固定基座311上且与其间隙配合，螺纹轴312的中部设置有环状凸起315；调节旋钮313通过固定顶丝316固定安装于螺纹轴312的一端，并使主动固定基座311位于环状凸起315和调节旋钮313之间；顶紧压块314放置于拼接基板上，其上端与螺纹轴312的另一端螺纹连接，下端侧面设置有向待调节子镜2弯折的折边；折边的端面与待调节子镜2紧贴。

从动调整组件32包括从动固定基座321、弹簧调节螺钉322、第一弹簧323以及移动压块324；从动固定基座321采用螺钉安装于子镜安装框架11上；弹簧调节螺钉322垂直穿设于从动固定基座321上且与其螺纹连接；第一弹簧323嵌于弹簧调节螺钉322的螺杆部内；移动压块324一端嵌于弹簧调节螺钉322的螺杆部内并与第一弹簧323紧贴，另一端端面上垂直连接有推板325；推板325的下侧与待调节子镜2紧贴。

由此，在进行待调节子镜2的平移调整时，正向旋转调节旋钮313，则螺纹轴312旋转，从而使得顶紧压块314沿着螺纹轴312的轴线平移，进而推动待调节子镜2平移，当反向旋转调节旋钮313时，则螺纹轴312反向旋转，进而使得顶紧压块314沿着螺纹轴312的轴线反向平移，此时弹簧调节螺钉322将推动移动压块324，进而推动待调节子镜2反向平移，实现子镜的反向平移调整。

结合图4和图6所示，压紧单元4安装于拼接基板1上，用于自上而下给待调节子镜2任意一点施加压紧力。压紧单元4包括压紧基座41、旋转轴42、压紧悬臂43、压紧调整旋钮44、第二弹簧45以及压紧轴46；压紧基座41采用螺钉安装于子镜安装框架11上，压紧基座41上设置有垂直于拼接基板1的第二台阶孔411，第二台阶孔411的小孔位于大孔之上；旋转轴42下端穿过第二台阶孔411的小孔后套接止动卡环47；止动卡环47的上端面与第二台阶孔411的台阶面紧贴；旋转轴42的中部设置有与压紧基座41上端面紧贴的第二轴肩421；旋转轴42上端垂直连接有压紧悬臂43；压紧悬臂43上设置有轴线与旋转轴42相互平行的压紧调整旋钮44；压紧调整旋钮44内沿其轴线贯穿设置有第一台阶孔441；第一台阶孔441的小孔位于大孔之上；压紧轴46上端伸出第一台阶孔441的小孔，压紧轴46中部设置有第一轴肩461，下端压紧待调节子镜2；第二弹簧45位于套装于压紧轴46上，其上端与第一台阶孔441的台阶面紧贴，下端与第一轴肩461紧贴。

由此，提起压紧轴46可将压紧悬臂43在一定范围内旋转，实现压紧点的多点选择，放开压紧轴46时，在第二弹簧45的作用下，压紧轴46下端再次压紧待调节子镜2。确定压紧点后，在旋转调整单元的调节旋钮313，正向或反向推动待调节子镜2，则待调节子镜2绕压紧点旋转调整。

工作过程：

第一，将拼接基板放置在三坐标测量机下，将理论模型和子镜的理论位置输入至系统，初步粗放子镜于子镜安装框架上，三坐标测量机可实时观察子镜的标记点与理论位置的对准情况。

第二，使用调整单元和压紧单元对单个待调节子镜进行调整，调整单元实现对子镜的平移调整，压紧单元和其中一组调整单元共同实现对子镜的旋转调整，最终保证子镜的标记点与理论位置重合。

第三，切换调整单元和压紧单元至下一个待调节子镜进行调整，如此逐一调整25块子镜的位置，并通过三坐标测量机检查对准情况，保证所有子镜实际位置与理论位置高度重合，最终完成所有子镜的拼接对准。

Claims (9)

1.一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，所述大口径光学元件包括拼接基板(1)和25块待调节子镜(2)，拼接基板(1)上分为25个子镜安装框架(11)；其特征在于：所述拼接对准机构包括安装在任意子镜安装框架上且用于将待调节子镜(2)调整至理论位置的调整单元(3)和压紧单元(4)；

所述调整单元(3)包括设置于待调节子镜(2)两侧且相互对应的主动调整组件(31)和从动调整组件(32)；

所述主动调整组件(31)包括主动固定基座(311)、螺纹轴(312)、调节旋钮(313)、顶紧压块(314)；

所述主动固定基座(311)安装于子镜安装框架(11)上；

所述顶紧压块(314)放置在子镜安装框架(11)上且与待调节子镜(2)接触；

所述螺纹轴(312)一端与所述顶紧压块(314)螺纹连接，另一端穿过主动固定基座(311)后固定插装于调节旋钮(313)内；

所述螺纹轴(312)上位于顶紧压块(314)和主动固定基座(311)之间的位置设置有环状凸起(315)；

所述从动调整组件(32)包括从动固定基座(321)、弹簧调节螺钉(322)、第一弹簧(323)以及移动压块(324)；

所述从动固定基座(321)安装于子镜安装框架(11)上；

所述弹簧调节螺钉(322)垂直穿设于从动固定基座(321)上且与其螺纹连接；

所述第一弹簧(323)嵌于弹簧调节螺钉(322)的螺杆部内；

所述移动压块(324)一端与第一弹簧(323)接触，另一端与待调节子镜接触；

所述压紧单元(4)安装于子镜安装框架(11)上，用于自上而下给待调节子镜(2)任意一点施加压紧力。

2.根据权利要求1所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：

所述压紧单元(4)包括压紧基座(41)、压紧悬臂(43)、压紧调整旋钮(44)、第二弹簧(45)以及压紧轴(46)；

所述压紧基座(41)安装于子镜安装框架(11)上；

所述压紧悬臂(43)与压紧基座(41)可旋转连接；

所述压紧调整旋钮(44)与压紧悬臂(43)螺纹连接；

所述压紧调整旋钮(44)中心贯穿设置有第一台阶孔(441)；

所述压紧轴(46)上端伸出第一台阶孔(441)，中部设置有第一轴肩(461)，下端压紧待调节子镜(2)；

从而在第一台阶孔(441)与压紧轴(46)外壁之间形成第二弹簧安装腔；所述第二弹簧(45)设置于第二弹簧安装腔内，且套装于压紧轴(46)上。

3.根据权利要求2所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：

所述压紧单元(4)还包括旋转轴(42)；

所述压紧基座(41)上设置有垂直于拼接基板(1)的第二台阶孔(411)，第二台阶孔(411)的小孔位于大孔之上；

所述旋转轴(42)下端穿过第二台阶孔(411)的小孔后套接止动卡环(47)；

所述止动卡环(47)的上端面与第二台阶孔(411)的台阶面紧贴；

所述旋转轴(42)的中部设置有与压紧基座(41)上端面紧贴的第二轴肩(421)；

所述压紧悬臂(43)与旋转轴(42)上端垂直连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：所述调整单元(3)至少有两组，一组用于沿拼接基板径向方向调节待调节子镜(2)的位置，其余组调整单元(3)用于沿拼接基板周向方向调节待调节子镜(2)的位置。

5.根据权利要求4所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：所述用于沿拼接基板周向方向调节待调节子镜(2)的位置的调节单元(3)为两组。

6.根据权利要求5所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：

所述调节旋钮(313)通过固定顶丝(316)固定安装于螺纹轴(312)上。

7.根据权利要求6所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：所述顶紧压块(314)的下端侧面设置有向待调节子镜(2)弯折的折边；

所述折边的端面与待调节子镜(2)紧贴。

8.根据权利要求7所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：所述移动压块(324)上靠近子镜(2)一端端面上垂直连接有推板(325)；

所述推板(325)的下侧与子镜(2)紧贴。

9.根据权利要求2所述的一种用于大口径光学元件的拼接对准机构，其特征在于：

所述主动固定基座(311)、从动固定基座(321)及压紧基座(41)均与子镜安装框架(11)间采用螺钉连接。

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