CN112731612A - 用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构，其特征在于：包括内环和固定法兰；所述内环的内侧壁上均布胶结环节，外侧壁与所述固定法兰之间均布设置同时具有横向和纵向自由度释放能力的折臂梁环节；所述的折臂梁环节与所述胶结环节交错布置；通过所述的胶结环节实现光学透镜的径向定位，通过所述固定法兰实现光学透镜的轴向定位及连接。

Description

用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构

技术领域

本发明涉及空间极高精度指向测量技术、空间遥感以及星敏感器领域。特别涉及一种用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构。

背景技术

透镜是透射式光学系统的核心关键光学元件，其面形精度和稳定性决定了整个光学系统的性能指标能否满足设计指标。随着对光学系统分辨力、视场角及像差等指标的提高，光学透镜的口径越来越大，对单个透镜面形精度要求也越来越高，如何合理的设计大口径光学透镜支撑结构以保证光学系统整体性能至关重要。

传统的透射式光学系统多采用筒式结构，通过压圈和隔圈相结合的方式对透镜进行固定，以保证透镜的安装公差，从而保证光学系统性能，然而，这种固定方式并不能够满足毫角秒级精度大口径光学透镜的使用需求。为保证光学系统性能，在环境条件(例如：重力释放、热辐射、温度变化、装配误差等) 变化及经历大量级力学条件时，大口径透镜必须具有足够好的面形精度和稳定性。因此，大口径透镜固定结构作为连接透镜镜体与安装基座的主要部件，必须要具有良好的动、静态力学性能和热性能，以保证环境条件变化时透镜具有足够好的面形和稳定性。

与本发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所赵勇志等人于2018年10月提出的大口径透镜柔性支撑结构，如图1所示，该论文提出的柔性结构主要包括柔性环节101和外框架102，其中柔性环节101 内部具有6个均布的凸起结构，通过胶粘剂与透镜连接，柔性环节101外部同样具有6个均布的凸起结构，与外框架102连接，外框架102通过其上面的6 个螺钉孔与固定基座连接。该结构能够有效降低透镜与支撑结构间的温度应力，提高了大口径透镜的支撑性能。

该柔性结构的缺点在于：a)柔性环节能够有效降低横向(径向)方向的热应力，无法降低纵向(轴向)方向的热应力，不能运用于具有更高性能要求的大口径光学透镜支撑；b)与柔性环节相连的外框架过于笨重，降低了柔性环节质量使用率；c)柔性环节内部凸起结构没有纵向限位，需要单独设计纵向限位结构，不利于大口径透镜的超高位置精度安装；d)柔性环节内部凸起结构通过胶粘剂与透镜连接，没有设计胶粘剂的存贮位置，使得胶粘剂在实际操作过程中使用量难以控制；d)此种柔性结构没有提出力学性能的适应性，给大口径透镜的工程化应用带来困难。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术中的缺陷，提供一种用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构，适用于实际工程应用。

本发明原理：通过支撑结构内侧的胶结槽将大口径透镜与结构进行胶结；通过支撑结构外侧的柔性结构与光学组件的安装基础连接固定；通过内侧胶结槽的结构进行初步释放环境条件(例如：重力释放、热辐射、温度变化、装配误差等)变化时的应力、应变；通过外侧的柔性折臂梁进一步释放环境条件变化时的应力、应变，并与内侧胶结槽结构共同实现提供6个方向上自由度释放，实现消热减振功能。通过销钉结构与安装基础进行精准定位。

本发明的技术方案是：用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构，包括内环和固定法兰；所述内环的内侧壁上均布胶结环节，外侧壁与所述固定法兰之间均布设置同时具有横向和纵向自由度释放能力的折臂梁环节；所述的折臂梁环节与所述胶结环节交错布置；通过所述的胶结环节实现光学透镜的径向定位，通过所述固定法兰实现光学透镜的轴向定位及连接。

优选的，所述的胶结环节相对内环的外侧具有柔性槽，内侧为填胶槽凸台；所述的填胶槽凸台上设置填胶槽，上端面具有与填胶槽相互连通的注胶孔和出气孔；下端设置用于支撑光学透镜的轴向定位法兰。

优选的，多个轴向定位法兰，共面，平面度优于3um，与内环内壁轴线垂直度优于5um。

优选的，所有填胶槽凸台在同一圆周上，且与光学透镜同轴。

优选的，所述的胶结环节沿内环均布六个。

优选的，所述的内环外侧壁具有六个均布的折臂梁环节，内侧壁的胶结环节与外侧壁的折臂梁环节呈30°夹角交错布置。

优选的，所述的折臂梁环节包括六个薄壁梁，相邻两薄壁梁非直线连接，相互之间连接的折臂梁拐角处具有柔性回转中心；折臂梁环节的一端与内环外壁连接，另一端连接在固定法兰的底面。

优选的，所述的固定法兰上面具有销钉孔和螺钉安装孔，支撑结构经销钉定位后通过螺钉与外部结构连接。

优选的，所述的固定法兰平面度优于5nm。

优选的，所述的光学透镜的口径≥φ200mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

为解决大口径透镜在力学和热环境下透镜具有良好稳定性，提出一种用于毫角秒级大口径透镜的柔性消热减振支撑结构，可使得大口径透镜在具有良好温度适应性的同时，具备良好的力学特性。本发明方法提供了一种适用于毫角秒级精度的大口径光学透镜的柔性消热减振支撑结构，a)结构简单，透镜组件安装固定时数量少，无需压圈，即采用单一结构即可完成光学元件的按转固定； b)本发明提出的结构具有较轻的重量和较大刚度，能够满足毫角秒级精度光学仪器对光学元件的极高精度需求，满足φ200及以上的大口径透镜的高精度安装固定，透镜面形可达1/100λ(λ为光学波长)；c)一个零件实现光学元件的横向和纵向限位，方便光学元件安装；d)具有胶粘剂的存储空间，并且能够根据具体实施情况设计胶槽大小，对胶粘剂的使用能够量化；e)本发明提供的支撑结构能够同时提供6个方向上自由度释放，兼具消热和减振作用，在消除环境变化时引入的应力应变的同时，能够减低大量级力学的响应，保护透镜的光学性能和结构性能稳定，力学量级能够降低到1/3。

附图说明

图1是现有技术示意图；

图2是本发明柔性支撑结构正面视图；

图3是本发明柔性支撑结构底部视图；

图4是图2局部放大图；

图5是图3局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图2、图3和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构包括内环和固定法兰，内侧的内侧壁具有六个均布的胶结环节211，外侧壁具有六个均布的折臂梁环节213，上端面具有柔性结构固定法兰212，内侧壁的胶结环节211 与外侧壁的折臂梁213环节呈30°夹角交错布置。

所述的支撑结构固定法兰212上面具有销钉孔和螺钉安装孔，根据需要设计个数，支撑结构经销钉定位后通过螺钉与外部结构连接；

如图4所示，所述的内侧壁胶结环节211外侧具有柔性槽301，内侧具有填胶槽凸台303、填胶槽304，上端面具有与填胶槽304相互连同的注胶孔(出气孔)302，下端具有轴向定位法兰305；如图5所示，所述的外侧壁折臂梁环节213具有六个薄壁梁401，相互之间连接的折臂梁拐角处具有柔性回转中心403，折臂梁外形成对应的柔性槽402。

所述的大口径光学透镜通过轴向定位法兰305进行纵向定位，通过填胶槽凸台303、填胶槽304中的胶粘剂进行横向定位；所述的胶结环节从注胶孔302 注胶进入胶粘剂，从出气孔302出气并溢出多余胶粘剂；所述的轴向定位法兰 305须清根；

所述的六个轴向定位法兰305共面，平面度优于3um，与内壁轴线垂直度优于5um。

所述的六个填胶槽凸台303在同一圆周上，且与大口径光学透镜20同轴；

所述的大口径光学透镜20质心尽可能靠近柔性支撑结构21形心，纵向偏差范围±5mm；柔性结构固定法兰212平面度优于5nm；

所述相互之间连接的折臂梁拐角处的回转中心403圆角采用大弧度圆角，弧度应不小于1/2圆周。

本发明支撑结构能够使得光学透镜在20±5℃温度变化、5g重力场、不小于10grms的力学环境极其耦合物理场环境下具有1/50波长的面形精度

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.用于空间指向测量仪器光学透镜的柔性消热减振支撑结构，其特征在于：包括内环和固定法兰；所述内环的内侧壁上均布胶结环节，外侧壁与所述固定法兰之间均布设置同时具有横向和纵向自由度释放能力的折臂梁环节；所述的折臂梁环节与所述胶结环节交错布置；通过所述的胶结环节实现光学透镜的径向定位，通过所述固定法兰实现光学透镜的轴向定位及连接。

2.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述的胶结环节相对内环的外侧具有柔性槽，内侧为填胶槽凸台；所述的填胶槽凸台上设置填胶槽，上端面具有与填胶槽相互连通的注胶孔和出气孔；下端设置用于支撑光学透镜的轴向定位法兰。

3.根据权利要求2所述的支撑结构，其特征在于：多个轴向定位法兰，共面，平面度优于3um，与内环内壁轴线垂直度优于5um。

4.根据权利要求2所述的支撑结构，其特征在于：所有填胶槽凸台在同一圆周上，且与光学透镜同轴。

5.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述的胶结环节沿内环均布六个。

6.根据权利要求5所述的支撑结构，其特征在于：所述的内环外侧壁具有六个均布的折臂梁环节，内侧壁的胶结环节与外侧壁的折臂梁环节呈30°夹角交错布置。

7.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述的折臂梁环节包括六个薄壁梁，相邻两薄壁梁非直线连接，相互之间连接的折臂梁拐角处具有柔性回转中心；折臂梁环节的一端与内环外壁连接，另一端连接在固定法兰的底面。

8.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述的固定法兰上面具有销钉孔和螺钉安装孔，支撑结构经销钉定位后通过螺钉与外部结构连接。

9.根据权利要求1所述的支撑结构，其特征在于：所述的固定法兰平面度优于5nm。

10.根据权利要求1-9之一所述的支撑结构，其特征在于：所述的光学透镜的口径≥φ200mm。

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