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一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)的制作方法

文檔序號:12458001閱讀:535來源:國知局
一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)的制作方法與工藝

本發(fā)明屬于地面精密光學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)。



背景技術(shù):

地面的大型鏡體在試驗、檢測、裝調(diào)以及使用的過程中,由于檢測設(shè)備、實驗環(huán)境以及使用狀態(tài)的限制,傳統(tǒng)的大型反射鏡鏡體一般都是采用背部支撐來保證整個鏡體在使用過程中的面形精度,設(shè)計方案都采用光軸豎直的方式,這大大限制了鏡體的應(yīng)用范圍。因此,需要針對鏡體的偏擺或俯仰設(shè)計合理的側(cè)支撐結(jié)構(gòu)來減小整個鏡體的面形變化,保證大型鏡體的成像質(zhì)量。

目前,地面大型鏡體常針對單一角度的偏擺或俯仰設(shè)計剛性機構(gòu)來支撐鏡體,通過對反射鏡底面多點進行支撐來保證整個鏡體在試驗、檢測、裝調(diào)以及使用的過程中的面形精度。但是這種方法的適用范圍相對單一,若鏡體進行多角度偏擺,則無法保證整個鏡體的面形精度。若再根據(jù)這種原理設(shè)計相應(yīng)角度的支撐機構(gòu),勢必要增加整個側(cè)支撐結(jié)構(gòu)的重量以及復(fù)雜性。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提出一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu),解決現(xiàn)有技術(shù)存在的適用范圍相對單一、無法保證整個鏡體的面形精度、重量大以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)包括:

環(huán)形的支撐底板,所述支撐底板上圓周均布多個軸向連接孔,在支撐底板中間通孔位置均勻設(shè)置多組whiffletree結(jié)構(gòu)與鏡體底面接觸支撐;

圓周均布在鏡體側(cè)壁上的多個粘接塊,所述粘接塊和鏡體側(cè)壁粘接固定;

圓周均布的多個側(cè)支撐機構(gòu),每個側(cè)支撐機構(gòu)包括連接桿、杠桿結(jié)構(gòu)、杠桿底座、杠桿中心軸、側(cè)支撐底座和配重結(jié)構(gòu);所述連接桿的一端和所述杠桿結(jié)構(gòu)的一端連接,所述連接桿的另一端和一個粘接塊粘接固定,所述杠桿結(jié)構(gòu)的另一端和配重結(jié)構(gòu)連接,杠桿中心軸穿過杠桿結(jié)構(gòu),兩端和杠桿底座連接,杠桿中心軸終端安裝有軸端擋片,所述杠桿底座側(cè)壁通過固定螺栓固定在側(cè)支撐底座的側(cè)壁上,所述側(cè)支撐底座的設(shè)置在支撐底板上端面上,每個側(cè)支撐底座和支撐底板上的一個連接孔對應(yīng)。

所述側(cè)支撐機構(gòu)還包括高度調(diào)整結(jié)構(gòu),所述高度調(diào)整結(jié)構(gòu)為一個調(diào)整塊,所述側(cè)支撐底座的側(cè)壁豎直方向開有長條孔,所述調(diào)整塊穿過所述長條孔和杠桿底座固定連接。

所述側(cè)支撐機構(gòu)還包括平面調(diào)整結(jié)構(gòu),所述平面調(diào)整結(jié)構(gòu)包括分布在側(cè)支撐底座四個側(cè)壁處的四個調(diào)整單元,每個調(diào)整單元包括固定座以及與固定座螺紋連接的調(diào)整螺釘,所述固定座固定在支撐底板上端面上,所述調(diào)整螺釘和所述側(cè)支撐底座接觸。

所述連接桿為柔性桿,包括兩個對稱設(shè)置的柔性環(huán)節(jié)、連接兩個柔性環(huán)節(jié)的連接彈簧以及設(shè)置在連接彈簧和柔性環(huán)節(jié)外側(cè)的套筒;所述柔性環(huán)節(jié)為端部圓盤結(jié)構(gòu)的桿體,所述套筒側(cè)壁開有夾緊缺口,所述夾緊缺口的通過螺釘連接,調(diào)整螺釘實現(xiàn)對兩個柔性環(huán)節(jié)的桿體的夾緊或松開,一個柔性環(huán)節(jié)的圓盤結(jié)構(gòu)和杠桿結(jié)構(gòu)的上端固定連接,另一個柔性環(huán)節(jié)的圓盤結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的粘接塊粘接固定。

所述配重結(jié)構(gòu)包括杠桿配重連接軸、配重鎖緊螺母和配重塊;所述杠桿配重連接軸一端和杠桿結(jié)構(gòu)連接,另一端通過配重鎖緊螺母連接有配重塊,所述杠桿配重連接軸穿過側(cè)支撐底座以及支撐底板上對應(yīng)的連接孔。

每個粘接塊和柔性環(huán)節(jié)之間的實際粘接面積S的計算公式為:

Smin=nS=WaG fs/J

其中:Smin為粘膠總面積;

n為側(cè)支撐點個數(shù);

J為粘接部位的抗剪強度或抗拉強度;

W為鏡體的重量;

aG為最惡劣條件下的加速度因子;

fs為安全系數(shù),fs大于等于2小于等于4。

多個所述粘接塊位于鏡體的質(zhì)心面上。

本發(fā)明的工作原理為:本發(fā)明首先利用鏡體的結(jié)構(gòu)選擇側(cè)面支撐點位置;其次根據(jù)鏡體的使用要求確定支撐方向;再通過鏡體的重量、背部支撐方式以及外形尺寸設(shè)計合理的支撐點數(shù)量,進而計算出鏡體側(cè)面單個支撐點所需支撐力以及所需支撐面積,設(shè)計合理的粘接結(jié)構(gòu),保證側(cè)向支撐機構(gòu)可以與鏡體進行有效連接;根據(jù)支撐力、單個支撐點面積以及鏡體、粘接結(jié)構(gòu)和支撐底板之間的位置尺寸關(guān)系設(shè)計柔性環(huán)節(jié)、套筒、杠桿結(jié)構(gòu)、杠桿底座、杠桿中心軸、側(cè)支撐底座、固定螺栓、杠桿配重連接軸以及軸端擋片,配重塊安裝需要設(shè)計鎖緊螺母進行位置定位。還需要設(shè)計側(cè)支撐機構(gòu)的高度調(diào)整結(jié)構(gòu)以及平面調(diào)整結(jié)構(gòu),減少側(cè)支撐機構(gòu)安裝在鏡體與支撐底板之間所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。最后將多組側(cè)支撐機構(gòu)安裝到支撐底板上,完成對整個整體的側(cè)支撐。

隨著鏡體的偏擺或俯仰,側(cè)支撐機構(gòu)中的配重塊將垂直于杠桿方向的分力通過杠桿原理傳遞到柔性環(huán)節(jié)上,實現(xiàn)對鏡體側(cè)面的推拉,平衡鏡體因偏擺或俯仰而自重產(chǎn)生的分力(垂直于光軸)。這樣就可以減小鏡體的面形變化,保證鏡體的面形精度。

本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)由于采用了側(cè)支撐機構(gòu),解決了只有背部支撐的鏡體在地面重力環(huán)境試驗中因為鏡體偏離水平位置(即光軸與水平線不垂直)而導(dǎo)致面形精度劇烈下降的問題,有效的保證了鏡體沿任意角度擺放狀態(tài)下的面形精度,提高了鏡體的整體工作質(zhì)量和適應(yīng)性。本機構(gòu)本身不具有定位作用,需要額外設(shè)計定位點約束鏡體自由度。這種結(jié)構(gòu)在鏡體沿任意角度擺放進行試驗、檢測、裝調(diào)、使用等過程中都可以有效的應(yīng)用,具有極佳的工程可實施性,本發(fā)明可應(yīng)用于大型地基望遠(yuǎn)鏡支撐領(lǐng)域以及精密光學(xué)實驗領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)中支撐底板結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)中的側(cè)支撐機構(gòu)示意圖I;

圖4為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)中的側(cè)支撐機構(gòu)示意圖II;

圖5為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)中的連接桿結(jié)構(gòu)示意圖;

圖6為本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)應(yīng)用示意圖;

其中:1、鏡體,2、側(cè)支撐機構(gòu),3、支撐底板,4、柔性環(huán)節(jié),5、套筒,6、杠桿結(jié)構(gòu),7、杠桿底座,8、杠桿中心軸,9、側(cè)支撐底座,10、固定螺栓,11、高度調(diào)整結(jié)構(gòu),12、杠桿配重連接軸,13、平面調(diào)整結(jié)構(gòu),14、配重鎖緊螺母,15、配重塊,16、軸端擋片,17、粘接塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。

參見附圖1-附圖5,本發(fā)明的一種角度自適應(yīng)高精度鏡體側(cè)向支撐機構(gòu)包括:

環(huán)形的支撐底板3,所述支撐底板3上圓周均布多個軸向連接孔,在支撐底板3中間通孔位置均勻設(shè)置多組whiffletree結(jié)構(gòu)與鏡體1底面接觸支撐;

圓周均布在鏡體1側(cè)壁上的多個粘接塊17,所述粘接塊17和鏡體1側(cè)壁粘接固定;

圓周均布的多個側(cè)支撐機構(gòu)2,每個側(cè)支撐機構(gòu)2包括連接桿、杠桿結(jié)構(gòu)6、杠桿底座7、杠桿中心軸8、側(cè)支撐底座9和配重結(jié)構(gòu);所述連接桿的一端和所述杠桿結(jié)構(gòu)6的一端連接,所述連接桿的另一端和一個粘接塊17粘接固定,所述杠桿結(jié)構(gòu)6的另一端和配重結(jié)構(gòu)連接,杠桿中心軸8穿過杠桿結(jié)構(gòu)6,兩端和杠桿底座7連接,杠桿中心軸8終端安裝有軸端擋片16,所述杠桿底座7側(cè)壁通過固定螺栓10固定在側(cè)支撐底座9的側(cè)壁上,所述側(cè)支撐底座9的設(shè)置在支撐底板3上端面上,每個側(cè)支撐底座9和支撐底板3上的一個連接孔對應(yīng)。為了保證本結(jié)構(gòu)對鏡體1沿任意角度偏擺的適應(yīng)性,所有側(cè)支撐機構(gòu)2的支撐方向都朝向鏡體1質(zhì)心位置,即向心式排布。

所述側(cè)支撐機構(gòu)2還包括高度調(diào)整結(jié)構(gòu)11,所述高度調(diào)整結(jié)構(gòu)11為一個調(diào)整塊,所述側(cè)支撐底座9的側(cè)壁豎直方向開有長條孔,所述調(diào)整塊穿過所述長條孔和杠桿底座7固定連接。

所述側(cè)支撐機構(gòu)2還包括平面調(diào)整結(jié)構(gòu)13,所述平面調(diào)整結(jié)構(gòu)13包括分布在側(cè)支撐底座9四個側(cè)壁處的四個調(diào)整單元,每個調(diào)整單元包括固定座以及與固定座螺紋連接的調(diào)整螺釘,所述固定座固定在支撐底板3上端面上,所述調(diào)整螺釘和所述側(cè)支撐底座9接觸。

通過安裝高度調(diào)整結(jié)構(gòu)11以及平面調(diào)整結(jié)構(gòu)13調(diào)整整個側(cè)支撐結(jié)構(gòu)的位置,減少側(cè)向支撐機構(gòu)安裝在鏡體1與支撐底板3之間所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

所述連接桿為柔性桿,包括兩個對稱設(shè)置的柔性環(huán)節(jié)4、連接兩個柔性環(huán)節(jié)4的連接彈簧以及設(shè)置在連接彈簧和柔性環(huán)節(jié)4外側(cè)的套筒5;所述柔性環(huán)節(jié)4為端部圓盤結(jié)構(gòu)的桿體,所述套筒5側(cè)壁開有夾緊缺口,所述夾緊缺口的通過螺釘連接,調(diào)整螺釘實現(xiàn)對兩個柔性環(huán)節(jié)4的桿體的夾緊或松開,一個柔性環(huán)節(jié)4的圓盤結(jié)構(gòu)和杠桿結(jié)構(gòu)6的上端固定連接,另一個柔性環(huán)節(jié)4的圓盤結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的粘接塊17粘接固定。

所述配重結(jié)構(gòu)包括杠桿配重連接軸12、配重鎖緊螺母14和配重塊15;所述杠桿配重連接軸12一端和杠桿結(jié)構(gòu)6連接,另一端通過配重鎖緊螺母14連接有配重塊15,所述杠桿配重連接軸12穿過側(cè)支撐底座9以及支撐底板3上對應(yīng)的連接孔。

每個粘接塊17和柔性環(huán)節(jié)4之間的實際粘接面積S的計算公式為:Smin=nS=WaGfs/J(粘膠面積計算公式(P425,Optomechanical system design,3rd edition)),其中Smin為粘膠總面積,n為側(cè)支撐點個數(shù),J為粘接部位的抗剪強度或抗拉強度,W為鏡體1的重量;aG為最惡劣條件下的加速度因子;fs為安全系數(shù),至少取2,考慮到粘膠操作中一些不可控的因素,安全系數(shù)最大可取到4。

多個所述粘接塊17位于鏡體1的質(zhì)心面上,減少額外引入的彎矩對鏡體1面形的影響。

參見附圖6,針對一個φ1.4m口徑、鏡厚160mm、材料為ULE的大型鏡體1進行支撐時,通過反射鏡外形尺寸以及材料密度確定反射鏡的質(zhì)心位置,確定質(zhì)心面;選擇向心式排布方案,根據(jù)國內(nèi)外研究經(jīng)驗選擇支撐點數(shù)目為18和24兩種,結(jié)合側(cè)支撐結(jié)構(gòu)外形尺寸最終確定為18點側(cè)支撐;通過計算確定單個支撐點所需面積為554.4mm2,支撐力為108N。

本發(fā)明的安裝過程為:首先需要對側(cè)支撐機構(gòu)2進行組裝。首先將杠桿結(jié)構(gòu)6安裝到杠桿底座7上,中間穿入杠桿中心軸8,軸端安裝軸端擋片16實現(xiàn)固定,完成杠桿組件的安裝;接著將杠桿組件安裝到側(cè)支撐底座9上,通過固定螺栓10實現(xiàn)初步定位,不要完全固定,保證杠桿組件可以沿著側(cè)支撐底座9的調(diào)整螺孔進行滑動;在杠桿底座7上安裝高度調(diào)整結(jié)構(gòu)11,在支撐底板3上安裝平面調(diào)整結(jié)構(gòu)13,將杠桿底座7連同相關(guān)組件放置到支撐底板3相應(yīng)的位置上;將杠桿配重連接軸12穿過支撐底座以及杠桿底座7所設(shè)計的杠桿孔,旋入杠桿結(jié)構(gòu)6底部的螺紋孔中,在杠桿配重連接軸12上安裝配重鎖緊螺母14以及配重,調(diào)整配重到理論設(shè)計位置,通過配重鎖緊螺母14實現(xiàn)固定;將兩個柔性環(huán)節(jié)4安裝在套筒5兩端,同樣可以在套筒5內(nèi)滑動,其中一個柔性環(huán)節(jié)4與杠桿結(jié)構(gòu)6固定,另外一個與鏡體1側(cè)面的粘接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)固定;通過高度調(diào)整結(jié)構(gòu)11以及平面調(diào)整結(jié)構(gòu)13調(diào)整側(cè)支撐機構(gòu)2到理想位置,保證柔性環(huán)節(jié)4上不存在彎矩,然后鎖緊固定螺栓10實現(xiàn)高度固定,同時將杠桿底座7固定到支撐底板3上,完成單個側(cè)支撐機構(gòu)2的安裝,其余同理,最終完成鏡體1、側(cè)支撐機構(gòu)2以及支撐底板3之間的連接。

本發(fā)明的側(cè)支撐點數(shù)量和分布形式,并不局限于此實施例,可根據(jù)空間反射鏡尺寸大小和空間反射鏡支撐結(jié)構(gòu)形式進行具體分析。

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