本發(fā)明涉及一種平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)。

背景技術(shù)：

在大口徑地基光電望遠鏡的光路系統(tǒng)中，平面反射鏡是其中的關(guān)鍵部分，如三鏡系統(tǒng)、庫德光路系統(tǒng)中的平面反射鏡，其自身的支撐面型精度對系統(tǒng)的成像有很大影響；因此要求這些平面反射鏡能夠在重力以及溫度變化的影響下?lián)碛辛己玫拿嫘?，尤其是隨著平面反射鏡的尺寸增大，支撐的難度就越大。地基光電設(shè)備通常要求在較大的溫度范圍內(nèi)正常工作，因此需要平面反射鏡及其支撐機構(gòu)能夠在溫度變化時變形協(xié)調(diào)以減少溫度應(yīng)力；同時還要滿足重力影響下的面型要求，增加了支撐機構(gòu)的設(shè)計、制作難度。

傳統(tǒng)的平面反射鏡支撐方式，例如壓邊支撐，其過約束雖能令平面反射鏡在重力作用下的面型較好，但壓邊支撐占用徑向空間較大，其僅適合于小口徑平面反射鏡的支撐，對徑向空間大小有限制要求的平面反射鏡系統(tǒng)并不適用，同時當平面反射鏡尺寸較大時，采用壓邊方式并不有利于裝調(diào)，往往壓邊區(qū)域會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力集中而影響面型；Bipod支撐為一種采用柔性設(shè)計并且軸向徑向剛度均較大的新型支撐方式，但Bipod支撐軸向尺寸大，裝調(diào)工藝復(fù)雜需要嚴格的定位關(guān)系，并且其僅適用于圓形平面反射鏡的支撐，對于橢圓形的平面反射鏡等并不適用。

柔性支撐通常被用來減弱溫度效應(yīng)的影響，其關(guān)鍵在于通過柔性設(shè)計使不同的支撐機構(gòu)僅在某個方向上剛度大，其他方向上剛度小，以達到溫度變形時使支撐與鏡體能夠變形協(xié)調(diào)，不至于產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力集中。對于軸向支撐而言，通常設(shè)計是在支撐件上切割正交的若干組細槽來使某一方向上的柔性增大，釋放其在該方向上的小變形的能力；但是這種方式存在的問題也較為明顯，切割細槽工藝上難度較大，增加加工的難度，同時如果采用若干組軸向支撐配合，例如三點軸向支撐，無法做到每一組支撐的設(shè)計柔性值相同，存在加工偏差。同時裝調(diào)時，切割細槽的部件也不容易裝配，易出現(xiàn)塑性變形，從而使實際的軸向支撐達不到所設(shè)計的效果。

為此需要設(shè)計能夠完全約束所有自由度并且不過約束的，即滿足運動學(xué)平衡的支撐機構(gòu)，同時該支撐機構(gòu)采用合理的柔性設(shè)計，既便于加工裝調(diào)，柔性設(shè)計又穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，適用性要廣泛。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有反射鏡的柔性支撐機構(gòu)不能實現(xiàn)完全約束所有自由度并且不過約束支撐，同時存在支撐機構(gòu)加工裝調(diào)困難以及柔性不穩(wěn)定等問題，提供一種平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)。

平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)，包括中心徑向支撐組件和軸向支撐組件，所述中心徑向支撐組件置于平面反射鏡的中心處，所述軸向支撐組件均布與反射鏡的周向上；

所述中心徑向支撐組件包括中心粘接環(huán)、膜片和芯軸，所述芯軸的一端固定在鏡室基板上，芯軸的另一端固定膜片，所述中心粘接環(huán)與膜片連接，所述中心粘接環(huán)放置在鏡體中心孔內(nèi)；完成徑向支撐機構(gòu)的安裝；

所述軸向支撐組件為彈性夾持機構(gòu)，包括細鋼桿和兩組夾持機構(gòu)；每組夾持機構(gòu)包括鎖緊螺母、夾持基座和彈性夾頭，細鋼桿穿過彈性夾頭的中心孔，彈性夾頭置于夾持基座的錐孔內(nèi)，所述彈性夾頭上的錐面與夾持基座的錐孔滑動配合，當鎖緊螺母與夾持基座配合鎖緊時，鎖緊螺母旋轉(zhuǎn)軸向移動來推動彈性夾頭，同時配合錐面收緊彈性夾頭8，所述彈性夾頭夾緊細鋼桿，細鋼桿兩端的夾持基座分別與軸向支撐粘接座及鏡室基板過渡座連接，完成軸向支撐的連接。

本發(fā)明的有益效果：

一、本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)，以應(yīng)對重力及溫度效應(yīng)的影響，同時又便于裝調(diào)加工。軸向采用一種彈性夾持機構(gòu)配合細鋼桿的柔性支撐，徑向使用膜片配合芯軸、中心粘接環(huán)的柔性支撐，可運用于大口徑地基望遠鏡系統(tǒng)中的平面反射鏡的支撐。柔性支撐機構(gòu)中柔性的軸向支撐與徑向支撐配合，實現(xiàn)平面反射鏡的全約束，而且不過約束，達到運動學(xué)的平衡，使支撐解耦，減小重力以及溫度變化時因變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的集中應(yīng)力。

二、本發(fā)明中軸向支撐組件通過使用彈性夾頭的夾持機構(gòu)來緊固聯(lián)接細鋼桿，利用細鋼桿的徑向剛度遠比軸向剛度小的特點設(shè)計軸向支撐；使用膜片連接芯軸、中心粘接環(huán)的徑向支撐，利用膜片的軸向剛度遠小于徑向剛度的特點設(shè)計徑向支撐；軸向支撐與徑向支撐互相解耦，互不干擾，滿足運動學(xué)平衡的要求。同時所設(shè)計的支撐均考慮到裝調(diào)，整個支撐機構(gòu)緊湊，重量輕。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)的中心徑向支撐組件示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)中膜片的示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)的中心粘接環(huán)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)中軸向支撐組件剖視圖；

圖6為軸向支撐組件的示意圖。

1、鏡室基板，2、中心徑向支撐組件，3、軸向支撐組件，4、中心粘接環(huán)，5、膜片，6、芯軸，7、鎖緊螺母，8、彈性夾頭，9、鏡室基板過渡座，10、細鋼桿，11、夾持基座，12、軸向支撐粘接座，41、定位孔，42、注膠孔，43、柔槽，51、膜片與芯軸連接孔，52、膜片與中心粘接環(huán)連接孔。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1至圖6說明本實施方式，平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)，包括鏡室基板1、中心徑向支撐組件2以及三個軸向支撐組件3組成；所述中心徑向支撐組件2位于平面反射鏡的中心處，三個軸向支撐組件3與中心徑向支撐組件2的相對位置經(jīng)過有限元的優(yōu)化而定，所有支撐機構(gòu)最終通過安裝螺釘連接于鏡室基板1上；

所述的中心徑向支撐組件2包括中心粘接環(huán)4、膜片5、芯軸6和安裝螺釘組成；使用時，首先將中心粘接環(huán)4放置在鏡體中心孔內(nèi)，通過定位孔41將其安置在鏡體的重心平面處，對齊方向后，依次通過六個注膠孔42，穿過柔槽43，在接觸面上注入光學(xué)結(jié)構(gòu)膠，充分放置直到膠層完全固化。其次，將芯軸6用安裝螺釘固定在鏡室基板1上，并將膜片5用安裝螺釘通過膜片與芯軸連接孔51固定在芯軸6的另一端；同時將組裝完畢的三個軸向支撐組件3裝配固定到鏡室基板1上，以配合中心徑向支撐組件2完成定位，便于軸向支撐組件3部分與鏡體進行膠粘連接。最后，用安裝螺釘通過膜片與中心粘接環(huán)連接孔52，將中心粘接環(huán)4與膜片5連接，完成所有支撐機構(gòu)的安裝。

本實施方式所述的中心粘接環(huán)4為銦鋼材質(zhì)，其采用柔性設(shè)計，在六個接觸粘接部位設(shè)有柔槽43，柔槽43采用軸向貫通設(shè)計，并且根部為圓弧過渡，當溫度變化時此柔性設(shè)計可以減小因材料熱膨脹系數(shù)不一致而導(dǎo)致的集中應(yīng)力；同時粘接部位設(shè)計有貫通的注膠孔42，方便進行與反射鏡的粘接，底面上還設(shè)有三個定位孔，方便裝調(diào)時候進行定位；采用六點粘接能夠保證足夠的粘接強度，粘接層的厚度通過中心粘接環(huán)與鏡體中心孔的間隙配合來控制，配合公差為0.02mm～0.1mm。

本實施方式所述的中心粘接環(huán)4通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠六點膠合固定在平面反射鏡鏡體中心孔內(nèi)的重心平面處，其與膜片通過安裝螺釘緊固在一起，并且在交叉方向上，膜片再與芯軸相連，從而實現(xiàn)平面反射鏡的徑向聯(lián)接，完成兩個平移自由度以及繞光軸的轉(zhuǎn)動自由度的約束，利用膜片自身的特點來完成徑向支撐，徑向剛度遠大于軸向剛度，又不對軸向支撐產(chǎn)生干擾。

本實施方式所述的膜片5的軸向剛度很小而側(cè)向剛度很大，當固定在中心粘接環(huán)和芯軸6上時，可以保證放開軸向自由度，而約束住反射鏡徑向的兩個平移自由度及繞法線的轉(zhuǎn)動自由度。

所述的軸向支撐組件3采用一種彈性夾持機構(gòu)，該機構(gòu)包括鎖緊螺母7、夾持基座11與彈性夾頭8，細鋼桿10穿過彈性夾頭8中心孔，彈性夾頭8置于夾持基座11的錐孔處，彈性夾頭8上的錐面與夾持基座11的錐孔滑動配合，當鎖緊螺母7與夾持基座11配合鎖緊時，鎖緊螺母7旋轉(zhuǎn)軸向移動來推動彈性夾頭8，同時配合錐面收緊彈性夾頭，后者夾持住細鋼桿10，隨著鎖緊螺母7的行進夾持力逐步增大，直至夾緊細鋼桿10；每一個軸向支撐組件采用兩組夾持機構(gòu)，兩端的夾持基座11分別與軸向支撐粘接座及鏡室基板1過渡座相連接，從而完成軸向支撐的連接。采用細鋼桿10來作為軸向支撐一部分，利用細鋼桿10自身的特點，可以使軸向的剛度遠大于徑向的剛度，三組軸向支撐組件3配合完成平面反射鏡13的軸向連接，約束住軸向平移自由度以及平面反射鏡的俯仰自由度，同時徑向柔性大不對徑向支撐產(chǎn)生干擾。

本實施方式中軸向采用一種彈性夾持機構(gòu)配合細鋼桿來完成支撐的緊固聯(lián)接,同時利用細鋼桿軸向剛度遠大于徑向剛度的特性,來避免軸向支撐對徑向支撐的干擾；徑向則使用膜片配合芯軸及中心粘接環(huán)的支撐機構(gòu),利用膜片徑向剛度遠大于軸向剛度的特性,來避免徑向支撐對軸向支撐的干擾；三點軸向支撐與中心徑向支撐配合來實現(xiàn)所有自由度的約束，并且不過約束，使支撐解耦達到運動學(xué)平衡。本實施方式所述的支撐機構(gòu)適用于望遠鏡設(shè)備中的平面反射鏡的支撐。

本實施方式所述的彈性夾頭8可以徑向小幅度彈性變形，配合鎖緊螺母7與夾持基座11，利用錐面配合，將鎖緊螺母7的軸向移動轉(zhuǎn)化為彈性夾頭8的徑向收縮，來完成對細鋼桿的夾緊，同時軸向剛度遠大于徑向剛度，布置三點支撐，完成反射鏡的軸向支撐，約束住軸向平移自由度以及反射鏡俯仰旋轉(zhuǎn)自由度；每個軸向支撐采用兩組夾持機構(gòu)夾持細鋼桿，對向布置，便于裝調(diào)。

本實施方式所述的平面反射鏡柔性支撐機構(gòu)的工作過程為：中心徑向支撐組件2約束住徑向的兩個平移自由度外加繞光軸的轉(zhuǎn)動自由度，三點軸向支撐組件3能夠約束軸向的平移自由度外加兩個轉(zhuǎn)動自由度，二者配合完成全約束，并且不過約束，因此在發(fā)生溫度變化時，軸向支撐組件3與中心徑向支撐組件2能夠解耦，減小因變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的集中應(yīng)力。同時，中心粘接環(huán)4為銦鋼材質(zhì)，再加上與鏡子接觸的六個粘接部位均設(shè)有柔槽43，能夠減小溫度應(yīng)力。二者共同作用，使支撐機構(gòu)能夠很好的應(yīng)對溫度效應(yīng)的影響，保持良好的面型。

上述實施方式僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過實施例，該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。