基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，涉及一種反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，解決現(xiàn)有采用三點柔性支撐結(jié)構(gòu)存在軸向剛度大于徑向，導(dǎo)致反射鏡的基頻較低，且不適合在重力作用下的變方位運動的反射鏡的應(yīng)用及對反射鏡的形狀有所限制，包括底板、中心側(cè)支撐組件和柔性三點底支撐，中心側(cè)支撐組件位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐固定在底板上并配合中心側(cè)支撐組件完成定位；中心側(cè)支撐組件由中心粘接環(huán)、膜片和芯軸組成，中心粘接環(huán)通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠固定在反射鏡中心孔內(nèi)的重心平面處，芯軸的一端固定在底板上，芯軸的另一端通過膜片與芯軸連接孔固定膜片，膜片通過膜片與中心粘接環(huán)連接孔與中心粘接環(huán)連接。本發(fā)明運用于大口徑地基望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的反射鏡的支撐。
【專利說明】基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，它在通常軸向三點柔性支撐的基礎(chǔ)上，外加使 用膜片、芯軸及中心粘接環(huán)的側(cè)支撐來約束反射鏡的兩個平移自由度以及繞光軸的轉(zhuǎn)動自 由度，從而實現(xiàn)所有自由度的約束，并且不過約束，使支撐解耦，達(dá)到運動學(xué)平衡。可用于地 基大口徑光電望遠(yuǎn)鏡中的一些反射鏡的支撐。

【背景技術(shù)】
[0002] 在大口徑地基光電望遠(yuǎn)鏡的光路系統(tǒng)中，反射鏡是其中的關(guān)鍵部分，如次鏡系統(tǒng)、 三鏡系統(tǒng)、庫德光路系統(tǒng)中的反射鏡，其自身的面型對系統(tǒng)的成像有很大影響；因此要求這 些反射鏡能夠在重力以及溫度變化的影響下?lián)碛辛己玫拿嫘停渲袦囟鹊挠绊懜?，尤?是隨著望遠(yuǎn)鏡口徑的增加，反射鏡尺寸越大，溫度效應(yīng)越加明顯。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，因此需要反射鏡及其支撐機(jī)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(jī)構(gòu)的設(shè)計、制作難度。
[0003] 傳統(tǒng)的反射鏡經(jīng)常采用周邊支撐的方式，例如壓邊支撐，其過約束雖能令反射鏡 在重力作用下的面型較好，但壓邊支撐占用徑向空間較大，其適合于小口徑反射鏡的支撐， 對徑向空間大小有限制要求的反射鏡系統(tǒng)并不適用。柔性支撐通常被用來減弱溫度效應(yīng) 的影響，目前采用柔性桿來進(jìn)行背部三點支撐已經(jīng)被用于空間反射鏡上。但由于所采用的 三個桿為柔性設(shè)計，軸向剛度遠(yuǎn)大于徑向，因此使反射鏡支撐在徑向上剛度較弱，導(dǎo)致反射 鏡的基頻較低；此種支撐方式相當(dāng)于不完全約束，并不適合在重力作用下的變方位運動的 反射鏡，例如地基光電望遠(yuǎn)鏡中的三鏡系統(tǒng)。Biapod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Biapod支撐軸向尺寸大，并且其適用于圓形反射鏡的支 撐，對于橢圓形的反射鏡等并不適用。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(jī)構(gòu)，同時該支撐機(jī)構(gòu)緊湊，適用性要廣泛。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有采用三點柔性支撐結(jié)構(gòu)存在軸向剛度大于徑向，導(dǎo)致反射鏡的 基頻較低，且不適合在重力作用下的變方位運動的反射鏡的應(yīng)用，現(xiàn)有采用Biapod支撐結(jié) 構(gòu)存在支撐軸向尺寸大，對反射鏡的形狀有所限制等問題，提供一種基于運動學(xué)平衡的反 射鏡支撐機(jī)構(gòu)。
[0005] 基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，包括底板、中心側(cè)支撐組件和柔性三點底支 撐，中心側(cè)支撐組件位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐固定在底板上并配合中心側(cè) 支撐組件完成定位；所述中心側(cè)支撐組件由中心粘接環(huán)、膜片和芯軸組成，所述中心粘接環(huán) 通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠固定在反射鏡中心孔內(nèi)的重心平面處，芯軸的一端固定在底板上，芯軸的 另一端通過膜片與芯軸連接孔固定膜片，膜片通過膜片與中心粘接環(huán)連接孔與中心粘接環(huán) 連接。
[0006] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明設(shè)計一種基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，以應(yīng)對 重力及溫度效應(yīng)的影響。通過使用膜片連接芯軸、中心粘接環(huán)的側(cè)支撐，來約束住徑向的兩 個平移自由度外加繞光軸的轉(zhuǎn)動自由度，同時又不對軸向的自由度造成影響，配合三點柔 性底支撐，后者約束軸向平移自由度以及兩個轉(zhuǎn)動自由度，實現(xiàn)所有自由度約束的同時，又 不過約束，使支撐解耦，滿足運動學(xué)平衡的要求；另外，中心粘接環(huán)的柔性設(shè)計使其能夠降 低溫度應(yīng)力，注膠孔以及定位孔方便裝調(diào)；整個支撐機(jī)構(gòu)緊湊，重量輕。本發(fā)明可運用于大 口徑地基望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中的反射鏡的支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)示意圖；
[0008] 圖2為本發(fā)明所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)的中心側(cè)支撐組件剖視 圖；
[0009] 圖3為本發(fā)明所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)的中心側(cè)支撐組件主視 圖；
[0010] 圖4為本發(fā)明所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)的膜片示意圖；
[0011] 圖5為本發(fā)明所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)的中粘接環(huán)示意圖。
[0012] 圖中：1、底板，2、中心側(cè)支撐組件，3、柔性三點底支撐，4、中心粘接環(huán)，4-1、定位 孔，4-2、注膠孔，4-3、柔槽，5、膜片，5-1、膜片與芯軸連接孔，5-2、膜片與中心粘接環(huán)連接 孔，6、芯軸，7、鏡體中心孔。

【具體實施方式】

【具體實施方式】 [0013] 一、結(jié)合圖1至圖5說明本實施方式，基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐 機(jī)構(gòu)，主要由底板1、中心側(cè)支撐組件2以及柔性三點底支撐3組成；中心側(cè)支撐組件2位 于反射鏡的中心處，柔性三點底支撐3與中心側(cè)支撐組件2的相對位置經(jīng)過有限元的優(yōu)化 而定；
[0014] 所述中心側(cè)支撐組件2由膜片5、芯軸6外加中心粘接環(huán)4作為側(cè)支撐組件。中心 粘接環(huán)4通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠六點膠合固定在反射鏡鏡體中心孔7內(nèi)的重心平面處，中心粘接 環(huán)4與膜片5通過安裝螺釘緊穿過膜片與中心粘接環(huán)連接孔5-2固定，所述膜片5通過膜 片與芯軸連接孔與芯軸相連，從而實現(xiàn)反射鏡的側(cè)支撐，完成兩個平移自由度以及繞光軸 的轉(zhuǎn)動自由度的約束；配合柔性三點底支撐3,實現(xiàn)反射鏡的全約束，而且不過約束，達(dá)到 運動學(xué)的平衡，使支撐解耦，減小因變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的集中應(yīng)力。
[0015] 本實施方式中支撐膜片的軸向剛度很小而側(cè)向剛度很大，當(dāng)膜片5固定在中心粘 接環(huán)4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。
[0016] 本實施方式所述的芯軸6的采用鈦合金制作，以保證足夠剛度的同時減輕重量； 芯軸6 -端與膜片5通過緊固螺釘相連接，另一端由螺釘安裝固定在底板1上。
[0017] 本實施方式所述的中心粘接環(huán)4采用銦鋼制作，采用柔性設(shè)計，在六個粘接部位 設(shè)有柔槽4-3,柔槽4-3采用軸向貫通設(shè)計，并且根部為圓弧過渡，當(dāng)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4-2,方便進(jìn)行與反射鏡的粘接，底面上還設(shè)有三個定位孔4-1，方便裝調(diào)時候進(jìn)行定位； 采用六點粘接能夠保證足夠的粘接強(qiáng)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。
[0018] 本實施方式中所述的柔性三點底支撐3與中心側(cè)支撐組件2的相對位置經(jīng)過有限 元的優(yōu)化而定，優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型如下所示。

【權(quán)利要求】
1. 基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，包括底板（1)、中心側(cè)支撐組件（2)和柔性三點 底支撐（3)，中心側(cè)支撐組件（2)位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐（3)固定在底板 (1)上并配合中心側(cè)支撐組件（2)完成定位；其特征是， 所述中心側(cè)支撐組件（2)由中心粘接環(huán)（4)、膜片（5)和芯軸（6)組成，所述中心粘接 環(huán)（4)通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠固定在反射鏡中心孔（7)內(nèi)的重心平面處，芯軸（6)的一端固定在 底板⑴上，芯軸（6)的另一端通過膜片與芯軸連接孔（5-1)固定膜片（5)，膜片（5)通過 膜片與中心粘接環(huán)連接孔（5-2)與中心粘接環(huán)（4)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述中心 粘接環(huán)（4)上設(shè)有定位孔（4-1)、注膠孔（4-2)和柔槽（4-3)，通過定位孔（4-1)用光學(xué)結(jié) 構(gòu)膠將中心粘接環(huán)（4)固定在反射鏡中心孔（7)內(nèi)的重心平面處，依次通過注膠孔（4-2)， 穿過柔槽（4-3)在中心粘接環(huán)（4)與反射鏡中心孔（7)的接觸面上注入光學(xué)結(jié)構(gòu)膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于運動學(xué)平衡的反射鏡支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述柔性 三點底支撐（3)與中心側(cè)支撐組件（2)的相對位置經(jīng)過有限元的優(yōu)化設(shè)定。
【文檔編號】G02B7/192GK104516088SQ201410787553
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】徐偉, 王建立, 陳寶剛, 吳小霞, 明名 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所