CN115308918B - 大口径同轴平行光管的机身装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光机装调领域，具体提供一种大口径同轴平行光管的机身装置，包括：机身主体、尾罩、光管焦面转接件、基座、温度补偿机构、位移机构、主镜连接件、次镜连接件和基座导向组件，机身主体采用筒框结构，尾罩连接在机身主体上，基座通过转轴连接在机身主体的底部，光管焦面转接件连接在尾罩的外侧，温度补偿机构用于保证本装置不受温度影响；位移机构使本发明具有较好的移动性；基座导向组件的设计既保证了基座和机身主体的灵活性，又有效提高了本发明的抗干扰能力。本发明可用于常温常压下光学系统的检测，也可以用于真空环境下光学载荷的检测，具有良好的光学系统稳定性，而且可移动性好、温度适应性强。

Description

大口径同轴平行光管的机身装置

技术领域

本发明涉及光机装调技术领域，具体提供一种大口径同轴平行光管的机身装置。

背景技术

平行光管是光学载荷完成装调与集成检测的关键设备，为光机电系统的性能测试提供平行光信号，主要用于完成相机光学系统焦距和相机系统性能指标的测试。平行光管的机身装置主要有如下作用：

1、作为集成平行光管的光学元件，保证光学系统稳定工作；

2、保证系统在一定的温度范围内可以正常工作；

3、保证平行光管具有一定的可移动性；

4、起到消除杂散光的作用。

随着光学载荷有效口径与焦距的增加，平行光管也向着大口径长焦距的方向发展，透射式平行光管已经满足不了光学载荷的需要，但对于长焦距的光学系统机身占据空间巨大，可移动性差，目前常用于光学载荷检测的平行光管，如卡塞洛林双反光学系统、牛顿式单镜光学系统，均存在上述问题。

目前用于光学载荷检测的大口径长焦距平行光管多数没有机身结构或者只有底座，光学系统散摆在真空模拟装置中，此类平行光管不具有可移动性、自身不具有消除杂散光的能力，且光学载荷检测时必须占用真空模拟装置，资源利用率低；另一种常用的大口径长焦距平行光管机身设计为框架蒙皮与底座结构，但光轴中心偏高、空间占用率较大、整体质量偏重、可移动性差、温度适应范围小、杂散光系数较大，而且这种结构整体的比刚度差，在同样反射镜面形情况下系统的波像差较低。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种大口径同轴平行光管的机身装置，既可用于常温常压下光学系统的检测，也可以用于真空环境下光学载荷的检测，具有良好的光学系统稳定性，而且可移动性好、温度适应性强。

本发明提供的大口径同轴平行光管的机身装置，包括：机身主体、尾罩、光管焦面转接件、基座、温度补偿机构、位移机构、主镜连接件、次镜连接件和基座导向组件；

机身主体为筒框结构，其内部设有光阑和消光层；

尾罩连接在机身主体的一端，尾罩的内部设有消光层；

光管焦面转接件连接在尾罩的外侧，光管焦面转接件的内部设有光阑；

基座通过转轴连接在机身主体的底部；

基座导向组件包括两个螺纹连杆，螺纹连杆的一端分别连接在机身主体上，另一端对称连接在基座上；

温度补偿机构为N个膨胀系数为零的殷钢杆，N为大于或等于1的正整数，殷钢杆的一端与机身主体连接，另一端通过滑动结构与次镜连接件连接；

位移机构包括设置在机身主体上的行走轮；

主镜连接件包括：主镜背板和主镜安装垫，主镜背板通过主镜安装垫与机身主体连接；

次镜连接件包括：支撑架和安装筒，支撑架连接在机身主体的内侧，安装筒设置在支撑架的中心位置。

优选的，光管焦面转接件通过法兰口连接在尾罩的外侧。

优选的，行走轮包括设置在机身主体的底部的两个固定轮和设置在基座的底部的两个万向轮。

优选的，大口径同轴平行光管的机身装置还包括调平机构，用于调整平行光管的光轴的高度和姿态。

优选的，螺纹连杆为双头异旋螺纹杆，螺纹连杆的两端通过转动件分别与机身主体和基座连接，并设置有防松螺母。

优选的，支撑架采用辐板，辐板的一端通过拔叉结构与安装筒连接，辐板的另一端通过滑动结构与机身主体连接。

优选的，滑动结构包括滑块、交叉滚子导轨、球垫和螺纹拉杆，滑块的上表面与辐板连接，滑块的面向尾罩的侧面与温度补偿机构连接，滑块的下表面与交叉滚子导轨活动连接，球垫卡在滑块与螺纹拉杆的头部之间。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

1、本发明适用于在常温常压或真空环境条件下的光学载荷的装调与检测领域。

2、本发明适用于大口径长焦距的平行光管，且机械结构设计紧凑，机身主体比刚度大。

3、温度补偿机构的设计使本发明的温度适应范围大。

4、多处光阑和消光层的设计保证了本发明的光学系统稳定性，并对抑制和消除杂散光具有良好效果。

5、位移机构的设计使本发明具有可移动性且装调方便。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的外观示意图；

图2是根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的结构示意简图；

图3是根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的底部结构示意简图；

图4是根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的正视图；

图5是根据本发明实施例提供的支撑架与安装筒的连接方式的示意图；

图6是根据本发明实施例提供的滑动结构的示意图；

图7是根据本发明实施例提供的调平机构的示意图。

其中的附图标记包括：

机身主体1、尾罩2、光管焦面转接件3、基座4、温度补偿机构5、位移机构6、主镜连接件7、主镜背板71、主镜安装垫72、次镜连接件8、安装筒81、支撑架82、支撑架与安装筒的连接方式83、拨叉连接件831、辐板832、基座导向组件9、螺纹连杆91、关节轴承座92、关节轴承93、防松螺母94、滑动结构10、辐板连接块101、滑块102、交叉滚子导轨103、球垫104、螺纹拉杆105、转轴11、调平机构12。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

图1示出了根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的外观。

图2示出了根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的结构。

图3示出了根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的底部结构。

图4示出了根据本发明实施例提供的大口径同轴平行光管的机身装置的正面结构。

如图1~图4所示，本发明提供的大口径同轴平行光管的机身装置，包括：机身主体1、尾罩2、光管焦面转接件3、基座4、温度补偿机构5、位移机构6、主镜连接件7、主镜背板71、主镜安装垫72、次镜连接件8、基座导向组件9、滑动结构10、转轴11和调平机构12。

机身主体1采用筒框结构，其结构刚度高。机身主体1的内部安装有多组等距离的光阑，并在内部喷涂有消光涂层，用于抑制和消除杂散光。机身主体1用于固定平行光管和其他光学元件，并为其他器件的安装提供接口。

尾罩2连接在机身主体1的端面，尾罩2的内部喷涂有消光层，用于抑制和消除杂散光。

光管焦面转接件3通过法兰接口连接在尾罩2的中心位置，并预留有用于连接平行光管的焦面组件的接口。光管焦面转接件3的内部设置有光阑，进一步消除进入平行光管光学系统内部的杂散光。

基座4通过转轴11与机身主体1连接，保证基座4与机身主体1在转轴11的转动方向上有一定活动范围，并在其他方向上仍保持较好的刚性。

温度补偿机构5采用N个膨胀系数为零的殷钢杆，当温度发生变化时，殷钢杆的尺寸和形状不会发生改变，N为大于或等于1的正整数，殷钢杆的一端与机身主体1靠近尾罩2的一侧连接，另一端通过滑动结构10间接与次镜连接件8连接。殷钢杆又与机身主体1的内部的等距离光阑进行多点连接。

位移机构6包括两个固定轮和两个万向轮，固定轮对称设置在机身主体1靠近尾罩2侧的底部，万向轮对称设置在基座4的底部。位移机构6的设计使本发明的可移动性大大提高。

主镜连接件7包括主镜背板71和主镜安装垫72。主镜安装垫72通过三点支撑方式与机身主体1固定，主镜背板71通过主镜安装垫72与机身主体1连接。主镜连接件7用于与主镜组件连接。

次镜连接件8用于与次镜组件连接，次镜连接件8包括安装筒81和支撑架82，本实施例的支撑架82采用四块辐板832，四块辐板832为十字分布，安装筒81设置在四块辐板832的中心位置并于辐板832的一端连接，辐板832的另一端与滑动结构10连接。辐板832的厚度较薄，宽度方向尺寸较大，此设计使次镜连接件8有很好的刚性，次镜连接件8对光学系统的遮拦情况有效降低，同时也保证了安装筒81的稳定性，对外环境振动有很好的耐受效果。

除此之外，次镜连接件8可以采用三组圆环形辐板均匀均布，辐板结构可以采用类似泡沫铝板结构或板框结构，此设计的次镜连接件8在光轴方向的刚度更好，但光学系统的遮拦情况比会增大。安装筒81和支撑架82也可采用一体化，通过铸造、焊接或者3D打印技术等制作次镜连接件8。

基座导向组件9包括：螺纹连杆91、关节轴承座92、关节轴承93和防松螺母94。螺纹连杆91为双头异旋螺纹杆，即一侧为右旋螺纹，另一侧为左旋螺纹。螺纹连杆91的两端通过关节轴承座92和关节轴承93与基座4连接。通过旋动螺纹连杆91使自身产生一定的涨紧力后，旋动防松螺母94，使其与关节轴承93紧靠，用于防止螺纹连杆91防松。基座导向组件9与基座4构成一个三角形结构，既保证了基座4可以沿转轴11的转动方向进行转动，又有效增强了基座导向组件9与机身主体1在光轴方向的刚性，增强了本发明的抗干扰能力。

图5示出了根据本发明实施例提供的支撑架与安装筒的连接方式。

如图5所示，支撑架82采用四块辐板832进行十字分布，辐板832的一端通过拨叉连接件831与安装筒81连接，拨叉连接件831通过螺栓连接在安装筒81上，辐板832的另一端与滑动结构10连接。图6示出了根据本发明实施例提供的滑动结构。

如图6所示，滑动结构10包括：辐板连接块101、滑块102、交叉滚子导轨103、球垫104和螺纹拉杆105。辐板832的另一端与辐板连接块101连接，辐板连接块101与螺纹拉杆105通过柔性铰链结构连接，螺纹拉杆105的头部被球垫104卡住，滑块102通过交叉滚子导轨103与机身主体1连接，滑块102的侧面与殷钢杆的一端连接固定，交叉滚子导轨103固定在机身主体1的内壁。

当光学器件温度发生改变时，机身主体1的尺寸会发生变化，但膨胀系数为零的殷钢杆不会受热胀冷缩影响，此时殷钢杆会拉动滑块102与机身主体1产生相对位移，保证了主镜与次镜之间的距离，避免了因温度变化产生的不利影响，从而保证光学系统稳定性。

图7示出了根据本发明实施例提供的调平机构。

如图7所示，调平机构12包括升降螺杆和底座，在光学检测时，将平行光管装调在本发明内后，通过调整升降螺杆可以使位移机构6悬空，并实现平行光管的高度和姿态的改变。本发明采用四点式支撑方式，在位移机构6的两个定向轮和两个万向轮的附近，分别设置一组调平机构12。

本发明在整体结构上，通过四组调平机构12采用四点式支撑；对于机身主体1通过基座4和两组调平机构12进行三点式支撑。此设计在增强整体结构稳定性、安全性以及冗余性的同时，也保证了光学系统的稳定性。

转轴11既可以采用转轴结构也可以设计成带轴承或者带自润滑铜套的轴系。

本发明为满足更长焦距需求，可以在主镜背板71处增加折转镜，折转镜与光轴成45°角，将光束反射到光管的侧面，并在尾罩2的侧面开设用于连接平行光管的焦面组件或者焦面组角转接件的法兰口。此设计最大程度满足了长焦距需求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种大口径同轴平行光管的机身装置，其特征在于，包括：机身主体、尾罩、光管焦面转接件、基座、温度补偿机构、位移机构、主镜连接件、次镜连接件和基座导向组件；

所述机身主体为筒框结构，其内部设有光阑和消光层；

所述尾罩连接在所述机身主体的一端，所述尾罩的内部设有消光层；

所述光管焦面转接件连接在所述尾罩的外侧，所述光管焦面转接件的内部设有光阑；

所述基座通过转轴连接在所述机身主体的底部；

所述基座导向组件包括两个螺纹连杆，两个螺纹连杆的一端分别连接在所述机身主体上，两个螺纹连杆的另一端对称连接在所述基座上；

所述温度补偿机构为N个膨胀系数为零的殷钢杆，N为大于或等于1的正整数，所述殷钢杆的一端与所述机身主体连接，另一端通过滑动结构与所述次镜连接件连接；

所述位移机构包括安装在所述机身主体上的行走轮；

所述主镜连接件包括：主镜背板和主镜安装垫，所述主镜背板通过所述主镜安装垫与所述机身主体连接；

所述次镜连接件包括：支撑架和安装筒，所述支撑架连接在所述机身主体的内侧，所述安装筒设置在所述支撑架的中心位置；

所述支撑架采用辐板，所述辐板的一端通过拔叉结构与所述安装筒连接，所述辐板的另一端通过所述滑动结构与所述机身主体连接；

所述滑动结构包括滑块、交叉滚子导轨、球垫和螺纹拉杆，所述滑块的上表面与所述辐板连接，所述滑块的面向所述尾罩的侧面与所述温度补偿机构连接，所述滑块的下表面与交叉滚子导轨活动连接，所述球垫卡在所述滑块与所述螺纹拉杆的头部之间。

2.如权利要求1所述的大口径同轴平行光管的机身装置，其特征在于，所述光管焦面转接件通过法兰口连接在所述尾罩的外侧。

3.如权利要求1所述的大口径同轴平行光管的机身装置，其特征在于，所述行走轮包括设置在所述机身主体的底部的两个固定轮和设置在所述基座的底部的两个万向轮。

4.如权利要求1所述的大口径同轴平行光管的机身装置，其特征在于，所述大口径同轴平行光管的机身装置还包括调平机构，用于调整平行光管的光轴的高度和姿态。

5.如权利要求1所述的大口径同轴平行光管的机身装置，其特征在于，所述螺纹连杆为双头异旋螺纹杆，所述螺纹连杆的两端通过转动件分别与所述机身主体和所述基座连接，并设置有防松螺母。

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