CN112363296A - 一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置 - Google Patents

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武永见
周小华
孙欣
崔世程
孙德伟
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Abstract

本发明涉及一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置：包括分块镜背板、三个转接座和六个柔性支撑组件；分块镜背板上设有三个通孔，所述通孔的中心点均匀分布在同一个圆的圆周上，且圆周上相邻两个通孔的中心与圆心之间的连线的夹角呈120°；转接座一侧用于与反射镜固定连接，另一侧设有对称放置的两个支撑斜面，每个支撑斜面上设有一组安装孔，两个支撑斜面安装孔中心连线的中点为转接座的安装中心；三个转接座的安装中心均匀分布在以反射镜的中心为圆心的圆周上；三个转接座的安装中心的位置与分块镜背板上设有三个通孔的中心的位置一一对应；每个转接座通过的两个支撑斜面和相对的两个柔性支撑组件连接至分块镜背板。

Description

一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置
技术领域
本发明涉及一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，属于航天光学遥感技术领域。
背景技术
随着对空间相机地面分辨率需求的不断提高，空间相机的口径逐渐增大，甚至无法适应现有运载火箭的运载能力。将主反射镜分割成尺寸较小的分快镜，产品在地面研制阶段分块加工、检测和装配，入轨以后进行全口径的反射镜拼接成为主要技术方向之一。具备六自由度调整能力的同时，实现部组件高轻量化、高力热稳定性设计成为制约未来超大口径空间相机的瓶颈技术。
当前，六自由度调整技术在国外的军用侦查卫星上已有成熟应用，但是由于技术封锁等原因，相关技术难以获知，在国内的空间相机中尚未得到空间应用。同时，现有六自由度调整装置往往采用两自由度的胡克铰链，质量大、体积大、有间隙，距离高轻量化的需求相去甚远，难以适应分块镜的高轻量化支撑和调整需求。此外，应用于分块式反射镜、同时兼具反射镜支撑以及六自由度调整能力的柔性支撑装置在国内外尚未有成功在轨应用。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，基于六自由度调整原理，采用柔性支撑可以实现分块式反射镜高力、热稳定性支撑的同时，使分块镜具备空间六自由度调整的能力。
本发明解决技术的方案是：一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于包括分块镜背板、三个转接座和六个柔性支撑组件；
分块镜背板上设有三个通孔，所述通孔的中心点均匀分布在同一个圆的圆周上，且圆周上相邻两个通孔的中心与圆心之间的连线的夹角呈120°；
转接座，用于与反射镜固定连接；另一侧设有对称放置的两个支撑斜面，每个支撑斜面上设有一组安装孔，两个支撑斜面安装孔中心连线的中点为转接座的安装中心；
三个转接座的安装中心均匀分布在以反射镜的中心为圆心的圆周上，相邻两个三个转接座的安装中心与反射镜的中心之间的连线的夹角呈120°；
三个转接座的安装中心的位置与分块镜背板上设有三个通孔的中心的位置一一对应；每个转接座通过的两个支撑斜面和相对的两个柔性支撑组件连接至分块镜背板。
所述柔性支撑组件包括一个直线促动器、两个两自由度柔性接头、两个U 字型支架；
U字型支架的两条支腿跨接安装在分块镜背板通孔两侧，直线促动器的一端通过一个两自由度柔性接头与U字型支架的横梁连接，另一端穿过通孔，并通过另一个两自由度柔性接头与相应的转接座的支撑斜面安装。
所述转接座支撑斜面与平面之间的夹角与U字型支架在分块镜背板上的安装角度相同。
上述具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，还包括三个分块镜部件，用于连接转接座和反射镜。
所述两自由度柔性接头在相互正交的两个方向上设有切缝，留存的薄片使该零件具有一定柔性，切缝的宽度决定了柔性接头在两个正交方向上允许的最大变形，两个正交平面均垂直于安装面，其中一个正交平面穿过转接座的对称面。
所述切缝的宽度尺寸取决于六自由度调整范围要求，至少2mm。
所述两自由度柔性接头采用钛合金材料制成。
所述直线促动器具备1微米以下的调整分辨率，同时兼具大于正负5毫米的调整行程。
所述反射镜柔性支撑装置因地面重力造成的反射镜面型的下降不超过1％。
所述反射镜柔性支撑装置能够承载超过20个重力加速度的过载而不发生损坏或性能下降。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)、采用两自由度柔性支撑铰链代替传统胡克铰链，具有尺寸小、重量轻、零间隙，并且具有良好的力热卸载能力的优势；
(2)、本发明将分块镜的柔性支撑与六自由度调整装置组合设计，在实现分块镜部组件高力、热稳定支撑的同时，使反射镜部件同时具备六自由度调整能力；
(3)、本发明不仅可以应用于空间相机分块式反射镜的支撑和六自由度调整，而且可以推广应用于其他需要进行空间位置和姿态调整的光机结构中，特别是对力热稳定性较高的场合。
附图说明
图1为本发明实施例反射镜柔性支撑装置示意图；
图2为本发明实施例转接座示意图；
图3为本发明实施例两自由度柔性接头示意图；
图4为本发明实施例分块镜背板示意图；
图5为本发明实施例U型支撑架示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示，本发明提供的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置包括分块镜背板、三个转接座1和六个柔性支撑组件；
分块镜背板4上设有三个通孔，所述通孔的中心点均匀分布在同一个圆的圆周上，且圆周上相邻两个通孔的中心与圆心之间的连线的夹角呈120°；如图4所示，分块镜背板4上通孔为带有倒角的矩形柱状通孔，为了减轻重量，分块镜背板4采用镂空结构设计。
如图2所示，转接座1，用于与反射镜固定连接；另一侧设有对称放置的两个支撑斜面，每个支撑斜面上设有一组安装孔，两个支撑斜面安装孔中心连线的中点为转接座1的安装中心。
三个转接座1的安装中心均匀分布在以反射镜的中心为圆心的圆周上，相邻两个三个转接座1的安装中心与反射镜的中心之间的连线的夹角呈120°；
三个转接座1的安装中心的位置与分块镜背板上设有三个通孔的中心的位置一一对应；每个转接座1通过的两个支撑斜面和相对的两个柔性支撑组件连接至分块镜背板。
柔性支撑组件包括一个直线促动器3、两个两自由度柔性接头2、两个U 字型支架5。本装置共有高精度直线促动器36件，每两件组成一对，共3对，一般按照反射镜的几何轴线周向120°均匀分布。
U字型支架5的两条支腿跨接安装在分块镜背板4通孔两侧，通过，直线促动器3的一端通过一个两自由度柔性接头2与U字型支架5的横梁连接，另一端穿过通孔，并通过另一个两自由度柔性接头2与相应的转接座1的支撑斜面安装。两自由度柔性接头共有12件。本发明某一具体实施例中，3处U字型支架5通过螺钉固定在分块镜背板4上。
优选的，所述反射镜柔性支撑装置还可以包括三个分块镜部件，用于连接转接座1和反射镜。本发明某一具体实施例中，分块镜部件设计有螺纹孔，转接座通过螺钉固定在分块镜部件上，分块镜部件再与反射镜连接。
优选地，所述转接座1支撑斜面与平面之间的夹角取值范围取决于直线促动器3的尺寸包络、调整行程以及分块镜背板4的尺寸，一般夹角取60°。
如图5所示，所述转接座1支撑斜面与平面之间的夹角与U字型支架5在分块镜背板上的安装角度相同。
如图3所示，所述两自由度柔性接头2在相互正交的两个方向上设有切缝，留存的薄片使该零件具有一定柔性，切缝的宽度决定了柔性接头在两个正交方向上允许的最大变形，两个正交平面均垂直于安装面，其中一个正交平面穿过转接座1的对称面。
优选地，所述切缝的宽度尺寸取决于六自由度调整范围要求，至少2mm。
优选地，所述两自由度柔性接头2采用钛合金材料制成。
优选地，所述装置具备良好的重力适应性，因地面重力造成的反射镜面型的下降不超过1％。
优选地，该装置具备良好的动力学特性，能够承载超过20个重力加速度的过载而不发生损坏或性能下降。
附图1中的高精度直线促动器3仅为本发明某一具体实施例的示意，表面该处具备高精度的直线促动能力的机构，其结构形式没有严格限制，高精度直线促动器的分辨率、调整行程决定了六自由度调整装置整体的调整分辨率和调整范围，一般对于空间相机而言，优选地，所述直线促动器3具备1微米以下的调整分辨率，同时兼具大于正负5毫米的调整行程，同时能够抵抗发射阶段的力学振动、适应在轨应用时面临的真空环境。
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，在本发明揭露的技术范围内可以实现的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。
1、本发明所述的具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置以及相同原理的其他由本装置转化出的反射镜或者其他光机结构支撑、调节装置；
2、本发明所述的在高精度直线促动器的两端分别装配有两自由度的柔性铰链构建六自由度调整平台的方法，以及柔性铰链的结构样式。
本说明书未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于包括分块镜背板(4)、三个转接座(1)和六个柔性支撑组件；
分块镜背板(4)上设有三个通孔，所述通孔的中心点均匀分布在同一个圆的圆周上，且圆周上相邻两个通孔的中心与圆心之间的连线的夹角呈120°；
转接座(1)的一侧用于与反射镜固定连接，另一侧设有对称放置的两个支撑斜面，每个支撑斜面上设有一组安装孔，两个支撑斜面安装孔中心连线的中点为转接座(1)的安装中心；
三个转接座(1)的安装中心均匀分布在以反射镜的中心为圆心的圆周上，相邻两个三个转接座(1)的安装中心与反射镜的中心之间的连线的夹角呈120°；
三个转接座(1)的安装中心的位置与分块镜背板上设有三个通孔的中心的位置一一对应；每个转接座(1)通过的两个支撑斜面和相对的两个柔性支撑组件连接至分块镜背板。
2.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述柔性支撑组件包括一个直线促动器(3)、两个两自由度柔性接头(2)、两个U字型支架(5)；
U字型支架(5)的两条支腿跨接安装在分块镜背板通孔两侧，直线促动器(3)的一端通过一个两自由度柔性接头(2)与U字型支架(5)的横梁连接，另一端穿过通孔，并通过另一个两自由度柔性接头(2)与相应的转接座(1)的支撑斜面安装。
3.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述转接座(1)支撑斜面与平面之间的夹角与U字型支架(5)在分块镜背板上的安装角度相同。
4.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于还包括三个分块镜部件，用于连接转接座(1)和反射镜。
5.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述两自由度柔性接头(2)在相互正交的两个方向上设有切缝，留存的薄片使该零件具有一定柔性，切缝的宽度决定了柔性接头在两个正交方向上允许的最大变形，两个正交平面均垂直于安装面，其中一个正交平面穿过转接座(1)的对称面。
6.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述切缝的宽度尺寸取决于六自由度调整范围要求，至少2mm。
7.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述两自由度柔性接头(2)采用钛合金材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述直线促动器(3)具备1微米以下的调整分辨率，同时兼具大于正负5毫米的调整行程。
9.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述反射镜柔性支撑装置因地面重力造成的反射镜面型的下降不超过1％。
10.根据权利要求1所述的一种具有六自由度调整功能的反射镜柔性支撑装置，其特征在于所述反射镜柔性支撑装置能够承载超过20个重力加速度的过载而不发生损坏或性能下降。
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