CN114326067A - 一种新型光机前组结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于光学遥感技术领域，特别涉及一种光机前组结构，包括主镜组件、次镜组件、遮光筒，所述遮光筒连接所述主镜组件和所述次镜组件；所述主镜组件包括主镜基体、主镜背板，所述主镜背板和所述主镜基体一体化设计，所述主镜基体的一侧加工有所述主镜镜面，所述次镜组件包括次镜基体、次镜背板，所述次镜背板和所述次镜基体一体化设计，所述次镜基体的一侧加工有所述次镜镜面，所述次镜背板由多个支撑筋构成，所述支撑筋沿所述次镜基体周向间隔排列，各所述支撑筋分别绕所述次镜基体中心轴朝同一方向扭转设置，所述支撑筋的延伸端连接为一连接圆环。本申请的光机前组结构实现了超高轻量化率、高集成度、高性价比。

Description

一种新型光机前组结构
技术领域
本申请涉及光学遥感技术领域，特别是涉及一种新型光机前组结构。
背景技术
随着光学遥感领域的发展，超高轻量化、小型化、高集成度、高性价比要求越来越高。反射镜作为反射式、折返式光学系统关键部件之一，其重要性越来越明显，随着单点金刚石车削加工技术(SPDT)的日渐成熟，金属基反射镜凭借其良好的加工性能、加工周期、制造成本、力热性能等，在光学成像系统中得到越来越广泛的应用。
在反射镜集成装调过程中，传统的结构形式由于零件相对较多，常规设计形式是在连接位置留有调整垫结构，通过逐个修整调整垫倾斜和偏心，去补偿系统倾斜和偏心误差。这导致了集成环节较多，对系统装调带来一定困难。
为了方便光学系统集成，反射镜以组件形式体现，在结构设计形式上，主要分为两种：一种是反射镜及其背板分开设计，组装后形成反射镜组件；另一种是反射镜和背板一体设计，反射镜既作为光学元件，又做为连接背板使用。需强调的是，一体化设计的高集成度优点，更符合现代光学系统设计理念。但与此同时，受限于目前传统加工方法，基于传统加工手段的一体化设计很难做到超高轻量化，并难以确保因外力和热传递带来的光学面形变差问题。
发明内容
基于此，本申请提供一种新型光机前组结构，实现高集成化、极简化装调过程、超高轻量化和高稳定的光学面形。
为解决上述技术问题，本申请提供一种新型光机前组结构，包括主镜组件、次镜组件、遮光筒，所述遮光筒连接所述主镜组件和所述次镜组件；
所述主镜组件包括主镜、主镜基体、主镜背板，所述主镜背板和所述主镜基体一体化设计，所述主镜基体的一侧加工有所述主镜镜面，
所述次镜组件包括次镜、次镜基体、次镜背板，所述次镜背板和所述次镜基体一体化设计，所述次镜基体的一侧加工有所述次镜镜面，所述次镜背板由多个支撑筋构成，所述支撑筋沿所述次镜基体周向间隔排列，各所述支撑筋分别绕所述次镜基体中心轴朝同一方向扭转设置，所述支撑筋的延伸端连接为一连接圆环。
进一步的，所述主镜基体和所述主镜背板之间设置环形隔离槽。
进一步的，所述次镜基体的形状为正三角形，所述支撑筋为三个，三个所述支撑筋与所述次镜基体的三个角端相连接。
进一步的，三个所述支撑筋上分别设置三个轻量化孔。
进一步的，所述次镜基体上的三个角端附近分别设置一个轻量化孔。
进一步的，所述遮光筒包括中空的圆柱体结构，以及设置在所述中空圆柱体外部用于支撑所述中空圆柱体的遮光筒支撑骨架。
进一步的，所述光机前组结构材料为铝合金。
进一步的，所述主镜组件基于增材制造技术，运用拓扑优化方法，采用微尺寸点阵和桁架理念的镂空结构形式，实现主镜基体内部填充和次镜背板超轻结构设计。
进一步的，所述遮光筒基于增材制造技术，运用拓扑优化方法进行结构构型设计，对优化后的遮光筒支撑骨架进行内部镂空加支撑设计，实现遮光罩超轻结构设计。
本申请的有益效果：本申请的光机前组结构包括：主镜组件、次镜组件、遮光筒。整个系统基于拓扑优化方法和增材制造手段进行设计，同时省去了传统系统装调过程中多环节倾斜、光学间隔调整，解决现有系统装配带来的零件数量多、装调基准传递过程多、系统轻量化率不高等诸多问题，结合系列微尺寸结构、共基准技术、基于桁架理念的镂空结构形式等手段，真正实现系统超轻量化、高刚度、高集成度设计。
附图说明
图1为本申请实施例提供的光机前组结构示意图；
图2为本申请实施例提供的主镜组件示意图；
图3为本申请实施例提供的次镜组件示意图；
图4为本申请实施例提供的遮光筒示意图。
附图中各标号的含义为：
1、主镜组件；2、次镜组件；3、遮光筒；1-1、主镜镜面；1-2、主镜基体；1-3、主镜背板；1-4、主镜安装面；2-1、次镜镜面；2-2、次镜支撑筋；2-3、次镜安装面；3-1、遮光筒支撑骨架；3-2、遮光筒第一安装面1；3-3、遮光筒非承力区蒙皮结构；3-4、遮光筒第二安装面。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
实施例1：
为了解决现有传统设计方法难以实现超高轻量化率、高集成度、高性价比的问题，通过基于拓扑优化方法和增材制造技术，研究一种新型光机前组结构，该结构形式解决了传统方法局限性的同时，结合SPDT加工技术，采用共基准技术，提高了系统集成效率，为光学系统(尤其是同轴光学系统)全新设计探索新的道路。
参考图1-4，一种新型光机前组结构，包括主镜组件1、次镜组件2、遮光筒3，所述遮光筒3连接所述主镜组件1和所述次镜组件2；
所述主镜组件包括主镜、主镜基体1-2、主镜背板1-3，所述主镜背板1-3和所述主镜基体1-2一体化设计，所述主镜基体1-2的一侧加工有所述主镜镜面1-1，主镜口径D为60mm，曲率R＝106.3mm，中心开口d＝19mm，在主镜基体1-2和主镜背板1-3之间设置环形隔离槽，隔离槽宽度为H＝0.5mm，运用软件中拓扑优化功能，采用微尺寸点阵和基于桁架理念的镂空结构，对主镜基体1-2内部填充和主镜背板1-3超轻结构设计，以主镜镜面1-1为光学加工基准，通过SPDT一次加工主镜镜面1-1和主镜安装面1-4。
所述次镜组件包括次镜、次镜基体、次镜背板，所述次镜背板和所述次镜基体一体化设计，所述次镜基体的一侧加工有所述次镜镜面2-1，所述次镜背板由多个次镜支撑筋2-2构成，所述次镜支撑筋2-2沿所述次镜基体周向间隔排列，各所述次镜支撑筋2-2分别绕所述次镜基体中心轴朝同一方向扭转设置，所述次镜支撑筋2-2的延伸端连接为一连接圆环。次镜支撑筋厚度为h＝1.8mm，次镜基体和次镜支撑筋2-2横截面设有轻量化结构，每个次镜支撑筋2-2上设有三个轻量化孔。对次镜组件超轻结构设计，以次镜镜面2-1为光学加工基准，通过SPDT一次加工次镜镜面2-1和次镜安装面2-3。
更为具体的，所述次镜基体的形状为正三角形，所述次镜支撑筋2-2为三个，三个所述次镜支撑筋2-2与所述次镜基体的三个角端相连接。所述次镜基体上的三个角端附近分别设置一个轻量化孔。
所述遮光筒3包括遮光筒非承力区蒙皮结构3-3，所述遮光筒非承力区蒙皮结构3-3为中空圆柱体结构，以及设置在所述遮光筒非承力区蒙皮结构3-3外部用于支撑所述中空圆柱体的遮光筒支撑骨架3-1。
所述遮光筒基于增材制造技术，运用拓扑优化方法进行结构构型设计，如图3所示，对优化后支撑骨架进行内部镂空加支撑设计，为了满足系统成像要求，遮光筒壁不能漏光，对遮光筒非承力区域进行满足增材制造要求下的最小厚度设计，最小厚度为h’＝0.8mm，完成全新构型下遮光罩超轻结构设计，以遮光筒第一安装面3-2为加工基准，通过单点金刚石车削加工技术(SPDT)一次加工遮光筒第二安装面3-4。
所述光机前组结构的装调要点如下，采用以主镜为定心基准，通过单点金刚石车削加工技术(SPDT)，确保主镜光学基准面与其对外安装面、次镜光学基准面与其对外安装面、遮光筒前后安装面平行度要求，以满足这个系统倾斜要求，通过光学复算，确定光学加工量，以确保主镜、次镜光学间隔。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种新型光机前组结构，其特征在于，包括主镜组件、次镜组件、遮光筒，所述遮光筒连接所述主镜组件和所述次镜组件；
所述主镜组件包括主镜基体、主镜背板，所述主镜背板和所述主镜基体一体化设计，所述主镜基体的一侧加工有所述主镜镜面，
所述次镜组件包括次镜基体、次镜背板，所述次镜背板和所述次镜基体一体化设计，所述次镜基体的一侧加工有所述次镜镜面，所述次镜背板由多个支撑筋构成，所述支撑筋沿所述次镜基体周向间隔排列，各所述支撑筋分别绕所述次镜基体中心轴朝同一方向扭转设置，所述支撑筋的延伸端连接为一连接圆环。
2.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述主镜基体和所述主镜背板之间设置环形隔离槽。
3.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述次镜基体的形状为正三角形，所述支撑筋为三个，三个所述支撑筋与所述次镜基体的三个角端相连接。
4.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，三个所述支撑筋上分别设置三个轻量化孔。
5.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述次镜基体上的三个角端附近分别设置一个轻量化孔。
6.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述遮光筒包括中空的圆柱体结构，以及设置在所述中空圆柱体外部用于支撑所述中空圆柱体的遮光筒支撑骨架。
7.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述光机前组结构材料为铝合金。
8.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述主镜组件基于增材制造技术，运用拓扑优化方法，采用微尺寸点阵和桁架理念的镂空结构形式，实现主镜基体内部填充和次镜背板超轻结构设计。
9.根据权利要求1所述的一种新型光机前组结构，其特征在于，所述遮光筒基于增材制造技术，运用拓扑优化方法进行结构构型设计，对优化后的遮光筒支撑骨架进行内部镂空加支撑设计，实现遮光罩超轻结构设计。
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