CN111660227A - 一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构 - Google Patents

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杨德华
肖心怡
张宗猛
吴常铖
费飞
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Abstract

本发明公开了一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，包括镜面和方形弹性机构，在镜面重心平面内沿周向均匀对称设置有至少三个方形弹性机构，实现对镜面的侧支撑。方形弹性机构具有良好的面内刚度和良好的面外柔度，配合侧支撑基座使用，对镜面进行侧支撑，结构简单紧凑，且整体重量轻，便于制作和维护。通过方形弹性机构对镜面进行侧支撑，允许镜面一个轴向平移自由度和绕面内两个正交轴线的两个转动自由度，并且约束其它3个自由度，可以满足变形镜在支撑连接点处除切向以外的变形，特别适用于作为需要变形的薄镜面主动光学的镜面支撑，同时，可以释放因镜面和基座的热胀冷缩差异引起的应力和变形，有利于放松镜面定位误差要求。

Description

一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构
技术领域
本发明涉及一种被动支撑装置，用于姿态和面形需要变化的光学镜面的精密支撑，具体为一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构。
背景技术
传统上，光学镜面的定位往往采用轴向支撑和侧向支撑分开实施的方式来完成，其中，侧支撑往往运用了杠杆原理，在镜子的重心平面内，在镜子的上下侧各设置数组杠杆平衡锤机构。杠杆的一端采用胶结工艺将金属连接件粘接于镜子侧面，而另一端设置一个平衡重锤，其作用臂长可调，便于精密调整平衡力的大小。这种基于杠杆平衡锤的侧支撑方案显然的缺点是，首先，因引入杠杆机构和平衡重锤，从而增加了系统的重量；其次，因在侧面设置杠杆平衡锤系统，增大了系统径向空间尺寸，这两点还将使系统的转动惯量显著增大。另外，实施工艺较复杂,零件加工的精度要求较高，维护要求高，如采用轴承来设计杠杆支点，则需要较好的维护和保养，如防尘和润滑。
发明内容
本发明提供一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，在镜面的重心平面内部均匀布设多个方形弹性机构，对其进行侧支撑，该结构简单紧凑，重量轻，且满足变形镜在支撑连接点处除切向外的变形，适用于需要变形的薄镜面主动光学的镜面支撑，同时，可以释放因镜面和基座的热胀冷缩差异引起的应力和变形，有利于放松镜面定位误差要求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，包括镜面和方形弹性机构，在镜面重心平面内沿周向均匀对称设置有至少三个方形弹性机构，实现对镜面进行侧支撑；
方形弹性机构包括两片相互贴合的弹性薄钢片，两片所述弹性薄钢片中线处均向外成对称的等腰直角三角形凸起，且两个三角形凸起拼接形成方形区，其中，定义垂直于方形截面的轴为X轴，镜面的轴向为Y轴，方形弹性机构一端相对于其另一端允许具有除X方向平移外的其它5个自由度。
优选的，所述镜面重心平面内安装有多个金属连接件，金属连接件位于弹性薄钢片和镜面之间，并通过金属连接件端部与所述弹性薄钢片端部相连；
侧支撑基座提供连接的边部位于镜面重心平面内中心，其边部与多个弹性薄钢片另一端相连。
优选的，所述金属连接件与弹性薄钢片端部之间和所述弹性薄钢片另一端与侧支撑基座之间均通过螺纹联接紧固。
优选的，所述镜面允许Y方向平移以及分别绕X和Z轴的两个转动自由度的微移动，并且约束其它3个自由度，同时允许镜面与方形弹性机构连接处允许除切向的自由度外的其它自由度运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中，通过两个弹性薄钢片贴合后的三角形凸起形成方形区域，具有良好的面内刚度和良好的面外柔度，且配合金属连接件和侧支撑基座使用，位于镜面的重心平面内，对镜面进行侧支撑，结构简单紧凑，且整体重量轻，便于制作和维护。
本发明中，通过方形弹性机构对镜面进行支撑，允许镜面一个轴向平移自由度和绕面内两个正交轴线的两个转动自由度，并且约束其它3个自由度，可以满足变形镜在支撑连接点处除切向的变形，有利于需要变形的薄镜面主动光学的镜面支撑，同时，可以释放因镜面和基座的热胀冷缩差异引起的应力和变形，有利于放松镜面定位误差要求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明现有的杠杆平衡锤机构的结构示意图；
图2是本发明弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构的结构示意图；
图3是本发明方形弹性机构的结构示意图；
图4是本发明弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构的正视图；
图5是本发明支撑机构局部的结构示意图；
图中标号：1、镜面；2、弹性薄钢片；3、三角形凸起；4、金属连接件；5、侧支撑基座；6、螺栓；7、压板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
对比例，如图1所示，在镜子的重心平面内，在镜子的上下侧各设置数组杠杆平衡锤机构，杠杆的一端采用胶结工艺将金属连接件粘接于镜子侧面，而另一端设置一个平衡重锤，其作用臂长可调，调整平衡力的大小。这种基于杠杆平衡锤的侧支撑方案，因引入杠杆机构和平衡重锤，从而增加了系统的重量；其次，因在侧面设置杠杆平衡锤系统，增大了系统径向空间尺寸，这两点还将使系统的转动惯量显著增大。另外，实施工艺较复杂,零件加工的精度要求较高，维护要求高，如采用轴承来设计杠杆支点，则需要较好的维护和保养，如防尘和润滑。
实施例：如图2-3所示，一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，包括镜面1和方形弹性机构，在镜面重心平面内沿周向均匀对称设置有至少三个方形弹性机构，实现对镜面的侧支撑。
方形弹性机构包括两片相互贴合的弹性薄钢片2，两片弹性薄钢片中线处均向外成对称的三角形凸起3，其中，三角形凸起3为一种等腰三角形凸起，且两个三角形凸起3拼接形成方形区，其中，定义垂直于方形截面的轴为X轴，镜面的轴向为Y轴，如图2所示，标记方形区的坐标轴，方形弹性机构一端相对与其另一端允许具有除X方向平移外的其它5个自由度。
如图3所示，所述镜面1重心平面内安装有多个金属连接件4，金属连接件4位于弹性薄钢片2和镜面1之间，并通过金属连接件4端部与弹性薄钢片2端部相连；侧支撑基座5位于镜面1的重心平面内中心，且其边部与多个弹性薄钢片2另一端相连其中，金属连接件4与弹性薄钢片2端部之间和弹性薄钢片2另一端与侧支撑基座5之间均通过螺栓6紧固。
如图4-5所示，本实施例中，镜面中心设有中孔，方形弹性机构的数量为6个，在被支撑镜面1中孔处并在镜面重心平面内选取均匀分布的六处，胶接金属连接件4，将6组弹性薄钢片2的一端与金属连接件4采用螺栓6和压板7相连，其另一端采用螺栓6和压板7与侧支撑基座5相连。
通过方形弹性机构与支撑基座组装对镜面1进行侧支撑，该结构简单紧凑，且镜面1允许Y方向平移以及分别绕X和Z轴的两个转动自由度的微移动，并且约束其它3个自由度，同时允许镜面1与方形弹性机构连接处允许除切向的自由度外的其它自由度运动，可以满足变形镜在支撑连接点处除切向的变形；可以释放因镜面和基座的热胀冷缩差异引起的应力和变形，有利于放松镜面定位误差要求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，其特征在于：包括镜面和方形弹性机构，在镜面重心平面内沿周向均匀对称设置有至少三个方形弹性机构，实现对镜面的侧支撑；
方形弹性机构包括两片相互贴合的弹性薄钢片，两片所述弹性薄钢片中线处均向外形成对称的等腰直角三角形凸起，且两个三角形凸起拼接形成方形区，其中，定义垂直于方形截面的轴为X轴，镜面的轴向为Y轴，方形弹性机构一端相对与其另一端允许具有除X方向平移外的其它5个自由度。
2.根据权利要求1所述的一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，其特征在于：所述镜面重心平面内安装有多个金属连接件，金属连接件位于弹性薄钢片和镜面之间，并通过金属连接件端部与所述弹性薄钢片端部相连；
侧支撑基座提供连接的边部位于镜面重心平面内中心，并与多个弹性薄钢片另一端相连。
3.根据权利要求2所述的一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，其特征在于：所述金属连接件与弹性薄钢片端部之间和所述弹性薄钢片另一端与侧支撑基座之间均通过螺纹联结紧固。
4.根据权利要求3所述的一种基于弹性元件的光学镜面被动侧支撑机构，其特征在于：所述镜面允许Y方向平移以及分别绕X和Z轴的两个转动自由度的微移动，并且约束其它3个自由度，同时允许镜面与方形弹性机构连接处允许除孔切向的自由度外的其它自由度运动。
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