CN114047593A - 光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构 - Google Patents

Abstract

一种光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构，包括第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件、第四支撑组件和拉紧组件，通过第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件、第四支撑组件和拉紧组件在支撑固定主镜的同时，限制了主镜在五个自由度的移动，对于车载光学测量设备，能够更稳定地对主镜进行支撑。

Description

光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构

技术领域

本发明涉及光学测量设备，具体涉及一种光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构。

背景技术

主镜是光学测量设备的重要组成部分，对光学测量设备的成像清晰度和视轴稳定性起着决定性作用，主镜作为光学测量设备中主要载荷与有效工作元件，它的面形精度决定了成像质量的高低。现在主镜口径逐渐向着大口径方向发展，随之带来的是重量的增加、主镜面形精度的下降，成像质量更易受到自重、承载和温差的影响，并且其面形精度和反射率的优劣直接影响系统的导光质量，对于固定站的光测系统来说，采用刚性强度好的材料及结构设计能够保证主镜面形精度。而随着技术需求的提高，对车载系统同样提出了大口径机动性要求。

车载经纬仪具有运输方便、机动灵活的特点，这对设备的设计提出更高要求，如装车后设备整体满足公路运输要求，铁路运输满足一级超限要求，运输过程中，设备需要保证道路通过性、结构稳定性、精度一致性等，因此对于主镜系统来说具有高刚度低重量要求。需要通过跟踪架及光学系统的合理设计，降低经纬仪整机重量及外型尺寸，同时保证面形精度。

为了使平面反射镜的重量尽可能轻，一方面要选择轻质的材料制作镜坯，另一方面要对平面反射镜进行结构轻量化设计。对主镜进行材料选择时，相比于传统的光学材料微晶玻璃，SiC 具有导热性好、比刚度大以及易于加工等优点，因此与微晶玻璃相比SiC 具有更好的性能以满足主镜轻量化设计的要求。目前，国内外关于SiC 反射镜的制备技术已日趋成熟，逐渐形成了较为完善的加工工艺，并且在固定站光学测量设备已经实现了大口径设计应用，而在车载移动系统的应用中无法满足高精度面形要求，尤其是米级及以上车载系统。

目前来说，车载光学测量设备没有完善的米级口径SiC制备主镜安装结构设计，能够同时满足轻量化和高面形精度的要求。为了实现米级口径SiC反射镜复杂的轻量化结构和较高的面形精度，对米级口径SiC平面反射镜的安装结构优化设计方法进行合理地选择十分必要。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何更稳定地对光学测量设备中的主镜进行支撑。

根据第一方面，一种实施例中提供一种光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构，所述光学测量设备包括连接筒、底板和主镜，所述底板设于所述连接筒中，所述主镜安装于所述底板上，其特征在于，所述主镜支撑机构用于将光学测量设备中的主镜支撑和固定在底板上；

所述主镜支撑机构包括：第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件和第四支撑组件；

所述第一支撑组件用于对所述主镜的中心位置进行固定，以对所述主镜进行中心定位；

所述第二支撑组件用于对所述主镜沿其轴向的移动进行限位；

所述第三支撑组件用于在所述主镜的径向上支撑所述主镜；

所述第四支撑组件用于在所述主镜的轴向上支撑所述主镜。

在一实施例中，还包括：拉紧组件；

所述拉紧组件用于对所述主镜沿其轴向的移动进行限位，以防止主镜在轴向上偏移量过大。

在一实施例中，所述第一支撑组件包括：第一轴座和第一轴套；

所述第一轴座的一端连接所述底板，所述第一轴套套设在第一轴座的另一端；所述主镜的中心位置处具有中心通孔，所述第一轴套穿过所述中心通孔以将主镜固定在第一轴座上。

在一实施例中，所述第一支撑组件还包括：第一钢球；

所述第一钢球设置于第一轴套和第一轴座之间的间隙，用于柔性连接第一轴套和第一轴座。

在一实施例中，所述第二支撑组件包括：支架、弹簧、连接杆和调节杆；

所述支架的中空处沿支架的轴向设有弹簧，所述弹簧的一端通过连接杆与所述主镜的外沿连接，所述弹簧的另一端通过调节杆与连接筒的内壁连接。

在一实施例中，所述第三支撑组件包括：支座、第二轴套、配重杆和配重箱；

所述支座的一端与所述底板连接，所述第二轴套套设在支座的另一端；所述主镜上设有固定孔，所述第二轴套与所述固定孔连接，以将所述主镜轴向固定在所述支座上；

所述配重杆轴向设于所述支座的中空处，所述配重杆的一端与主镜的固定孔连接，配重杆的另一端穿过底板与配重箱连接。

在一实施例中，所述第三支撑组件还包括：第二钢球、调心球轴承和保持架；

所述调心球轴承用于支撑所述配重杆，以使所述配重杆可在所述支座的中空处的预设范围内移动；

所述保持架设置在所述第二轴套和支座之间，所述第二钢球设置于所述支座、第二轴套和保持架之间的间隙，以柔性连接所述支座、第二轴套和保持架。

在一实施例中，所述第四支撑组件包括：三角支撑板和三个支撑盘；

三个所述支撑盘的一面分别与所述三角支撑板的三个角端点通过第三钢球连接，三个所述支撑盘的另一面分别与所述主镜接触连接，所述三角支撑板的中心通过球头支撑与所述底板连接；

三个所述支撑盘与所述三角支撑板的中心的距离相同。

在一实施例中，所述拉紧组件包括：拉杆、拉簧和拉钉；

所述拉杆的一端与所述底板连接，所述拉杆的另一端通过拉簧与拉钉的一端连接，拉钉的另一端与所述主镜连接。

在一实施例中，还包括：设置于底板和主镜之间的防转组件；

所述防转组件用于防止所述底板和主镜之间的相对旋转。

据上述实施例的光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构，通过第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件、第四支撑组件和拉紧组件在支撑固定主镜的同时，限制了主镜在五个自由度的移动，对于车载光学测量设备，能够更稳定地对主镜进行支撑。

附图说明

图1为一种实施例的光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构的结构示意图；

图2为第一支撑组件的结构示意图；

图3为第二支撑组件的结构示意图；

图4为第三支撑组件的结构示意图；

图5为第四支撑组件的结构示意图；

图6为拉紧组件的结构示意图；

图7为防转组件的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

请参考图1，图1为一种实施例的光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构的结构示意图，其中，光学测量设备包括连接筒10、底板20和主镜30，主镜30设于连接筒10中，底板20设于连接筒10的一端，主镜30安装于底板20上，主镜支撑机构用于将光学测量设备中的主镜30支撑和固定在底板20上。

本实施例中的主镜支撑机构包括：第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件、第四支撑组件和拉紧组件。

本实施例中主镜30包括底面和顶面，顶面用于光学测量，底面用于与连接筒10、底板20的连接。为了下面便于对各个组件与主镜30底面的安装位置进行说明，主镜30的底面包括：中心位置、第一圆环、第二圆环、第三圆环和第四圆环，其中，中心位置位于底面的中心点处，第一圆环、第二圆环、第三圆环和第四圆环分别为以中心位置为圆心，不同半径的圆环，其中第一圆环、第二圆环、第三圆环、第四圆环的半径依次递减。

第一支撑组件用于对主镜30的中心位置进行固定，以对主镜30进行中心定位。第一支撑组件的作用是对主镜30的中心进行定位，以防止主镜30的中心发生偏移。其中，主镜30的中心位置处设有中心通孔，第一支撑组件通过中心通孔与主镜30的中心位置相连接，以对其进行中心定位。

第二支撑组件用于对主镜30沿其轴向的移动进行限位。主镜30的底面设有多个第二安装孔，第二安装孔对称设置在主镜30底面的第一圆环上，第二支撑组件通过第二安装孔与主镜30连接，以防止其在轴向上的移动。主镜30在其轴向上的移动包括两个方向，一个方向是靠近底板20的方向，另一个方向是远离底板20的方向，由于靠近底板20的方向通过主镜支撑机构的支撑限制了其的移动，因此第二支撑组件主要作用是限制了主镜30往远离底板20的轴向方向的移动。在本实施例中，第二支撑组件包括6组，6组第二支撑组件等间隔设置在第一圆环处。

第三支撑组件用于在主镜30的径向上支撑主镜30。本实施例中的第三支撑组件包括三组，三组第三支撑组件等间隔设置在主镜30的底面的第三圆环上，其能够在径向上对主镜30进行支撑。

第四支撑组件用于在主镜30的轴向上支撑主镜30。本实施例中的第四支撑组件包括三组，三组第四支撑组件等间隔安装在主镜30的底面的第二圆环至第四圆环之间。

拉紧组件用于对主镜30沿其轴向的移动进行限位，以防止主镜在轴向上偏移量过大。

在一实施例中，请参考图2，第一支撑组件包括：第一轴座101、第一轴套102、第一钢球103、压圈104、压环105和锥套106。

第一轴座101的一端连接底板20，第一轴套102套设在第一轴座101的另一端；主镜30的中心位置处具有中心通孔，第一轴套102穿过中心通孔以将主镜30固定在第一轴座101上。第一轴套102和第一轴座101之前通过螺钉连接，螺钉外部套设有锥套106，螺钉连接处设有压圈104、压环105，第一钢球103设置于第一轴套102和第一轴座101之间的间隙，通过压圈104、压环105、锥套105和第一钢球103使得第一轴套102和第一轴座101为柔性连接。

在本实施例中，由于主镜的材料为SiC，线膨胀系数约为2.5×10^-6/摄氏度，因此第一支撑组件的结构设计时，与SiC主镜连接、配合的零件均选用殷钢（4J32）材料，第一支撑组件采用柔性材料组件式贴合设计，其中第一轴套、压环、螺钉螺母等材料均选用铁镍合金4J32。4J32在-60摄氏度～+100摄氏度温度范围内平均线膨胀系数小于1.2×10^-6/摄氏度。连接筒10和底板20的材料选用高强度、低应力的球墨铸铁QT450。经过铸态时效、精加工前时效等措施可以有效减小铸件的残余应力。在连接筒10外加轴向加强筋，底板20背面设置加强筋提高抗弯曲刚度，保障了结构的整体刚性和强度。

在一实施例中，请参考图3，第二支撑组件包括：支架201、弹簧202、连接杆203、调节杆204、螺钉205、第二轴座206和调节螺帽207。

支架201的中空处沿支架201的轴向设有弹簧202，弹簧202的一端通过连接杆203与主镜30连接，弹簧202的另一端通过调节杆204与连接筒10的内壁连接。其中，连接杆203通过螺钉205、第二轴座206与主镜30连接，调节杆204处设置有调节螺帽207，通过对调节螺帽207进行调节，使得与调节螺帽207匹配的调节螺钉能够对调节杆204的长度进行调节。由于弹簧202连接在连接杆203和调节杆204之间，使得主镜30和连接筒10的连接为柔性连接，并且连接杆203与第二轴座206的接触面为锥面，使得连接杆203与第二轴座206之间为锥面和球面接触，使第二轴座206能在小范围内自由调节角度，保证第二轴座206的端面与主镜30紧密贴紧。

在一实施例中，请参考图4，第三支撑组件包括：支座301、第二轴套302、配重杆303、配重箱304、第二钢球305、调心球轴承306和保持架307。

支座301的一端与底板20连接，第二轴套302套设在支座301的另一端；主镜30上设有固定孔，第二轴套302与固定孔连接，以将主镜30轴向固定在支座301上。配重杆303轴向设于支座301的中空处，配重杆303的一端与主镜的固定孔连接，配重杆303的另一端穿过底板20与配重箱304连接。调心球轴承306用于支撑配重杆303，以使配重杆可在支座301的中空处的预设范围内移动；保持架307设置在第二轴套302和支座301之间，第二钢球305设置于支座301、第二轴套302和保持架307之间的间隙，以柔性连接支座301、第二轴套302和保持架307。

本实施例通过调心球轴承306支撑配重杆303，使配重杆303可在小范围内转动，消除与主镜30的固定孔的不同轴误差。配重箱304通过配重杆303及调心球轴承306、第二钢球305和第二轴套302支撑主镜30。第二轴套302粘在主镜的固定孔内，固定孔为盲孔，可与主镜30通过保持架307内第二钢球305沿配重杆303的轴向移动，消除轴向安装误差。

在一实施例中，请参考图5，第四支撑组件为三组，第四支撑组件包括：三角支撑板401和三个支撑盘402；三个支撑盘402的一面分别与三角支撑板401的三个角端点通过第三钢球连接，三个支撑盘402的另一面分别与主镜30接触连接，三角支撑板401的中心通过球头支撑与底板20连接；三个支撑盘402与三角支撑板401的中心的距离相同。在本实施例中，三个支撑盘中的两个支撑盘设置在第二圆环上，另一个支撑盘设置在第四圆环上。此外，三角支撑板401与底板20之间都采用拉簧压紧，使支撑盘402和三角支承板402都能在小范围内自由调节角度，使三组共九个支撑盘402均能与主镜30紧密接触。

在一实施例中，请参考图6，拉紧组件包括：拉杆501、拉簧502和拉钉503；拉杆501的一端与底板20连接，拉杆501的另一端通过拉簧502与拉钉503的一端连接，拉钉503的另一端与主镜30连接。拉钉503通过垫片螺母固定在主镜30背面的盲孔内，其与拉杆501之间由拉簧502连接，拉杆501由螺母固定在底板20上。

上述实施例提供的第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件、第四支撑组件和拉紧组件虽然能够在五个自由度上支撑固定主镜，但主镜仍然可以绕第一支撑组件旋转，因此，本实施例还包括设置于底板20和主镜30之间的防转组件；防转组件用于防止底板20和主镜30之间的相对旋转。

在一实施例中，请参考图7，防转组件包括防转座601、防转块602、粘块603、滑杆604、第四钢球605、压簧606和调节螺帽607。防转座601与底板20连接，防转座601通过防转块602、粘块603与主镜30连接，其中，防转块602的两侧分别通过滑杆604与防转座601连接，滑杆604与压簧606连接，并且滑杆604与防转座601的连接间隙处设有第四钢球605，以使滑杆604与防转座601之间柔性连接，滑杆604上设有调节螺帽607，调节螺帽607用于调节滑杆604。

在本发明实施例中，在现有的米级轻量优化SIC材料制备主镜的方案基础上，大幅度减轻了光学测量设备的重量的同时，兼顾了高机动运输需求及宽温高精度面形保证，解决了如何保证大型光电测量设备车载高机动部署及野外工作环境适应性的主镜系统结构稳定度和面形精度一致性的难题。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种光学测量设备的轻量化SiC主镜支撑机构，所述光学测量设备包括连接筒、底板和主镜，所述底板设于所述连接筒中，所述主镜安装于所述底板上，其特征在于，所述主镜支撑机构用于将光学测量设备中的主镜支撑和固定在底板上；

所述主镜支撑机构包括：第一支撑组件、第二支撑组件、第三支撑组件和第四支撑组件；

所述第一支撑组件用于对所述主镜的中心位置进行固定，以对所述主镜进行中心定位；

所述第二支撑组件用于对所述主镜沿其轴向的移动进行限位；

所述第三支撑组件用于在所述主镜的径向上支撑所述主镜；

所述第四支撑组件用于在所述主镜的轴向上支撑所述主镜。

2.如权利要求1所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，还包括：拉紧组件；

所述拉紧组件用于对所述主镜沿其轴向的移动进行限位，以防止主镜在轴向上偏移量过大。

3.如权利要求1所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第一支撑组件包括：第一轴座和第一轴套；

所述第一轴座的一端连接所述底板，所述第一轴套套设在第一轴座的另一端；所述主镜的中心位置处具有中心通孔，所述第一轴套穿过所述中心通孔以将主镜固定在第一轴座上。

4.如权利要求3所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第一支撑组件还包括：第一钢球；

所述第一钢球设置于第一轴套和第一轴座之间的间隙，用于柔性连接第一轴套和第一轴座。

5.如权利要求1所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第二支撑组件包括：支架、弹簧、连接杆和调节杆；

所述支架的中空处沿支架的轴向设有弹簧，所述弹簧的一端通过连接杆与所述主镜的外沿连接，所述弹簧的另一端通过调节杆与连接筒的内壁连接。

6.如权利要求5所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第三支撑组件包括：支座、第二轴套、配重杆和配重箱；

所述支座的一端与所述底板连接，所述第二轴套套设在支座的另一端；所述主镜上设有固定孔，所述第二轴套与所述固定孔连接，以将所述主镜轴向固定在所述支座上；

所述配重杆轴向设于所述支座的中空处，所述配重杆的一端与主镜的固定孔连接，配重杆的另一端穿过底板与配重箱连接。

7.如权利要求6所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第三支撑组件还包括：第二钢球、调心球轴承和保持架；

所述调心球轴承用于支撑所述配重杆，以使所述配重杆可在所述支座的中空处的预设范围内移动；

所述保持架设置在所述第二轴套和支座之间，所述第二钢球设置于所述支座、第二轴套和保持架之间的间隙，以柔性连接所述支座、第二轴套和保持架。

8.如权利要求1所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述第四支撑组件包括：三角支撑板和三个支撑盘；

三个所述支撑盘的一面分别与所述三角支撑板的三个角端点通过第三钢球连接，三个所述支撑盘的另一面分别与所述主镜接触连接，所述三角支撑板的中心通过球头支撑与所述底板连接；

三个所述支撑盘与所述三角支撑板的中心的距离相同。

9.如权利要求2所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，所述拉紧组件包括：拉杆、拉簧和拉钉；

所述拉杆的一端与所述底板连接，所述拉杆的另一端通过拉簧与拉钉的一端连接，拉钉的另一端与所述主镜连接。

10.如权利要求1所述的轻量化SiC主镜支撑机构，其特征在于，还包括：设置于底板和主镜之间的防转组件；

所述防转组件用于防止所述底板和主镜之间的相对旋转。

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