一种主镜柔性支撑机构的制作方法

本发明涉及一种主镜柔性支撑机构。

背景技术：

在空间探测、天文观测等技术领域，为了提高分辨率需要增大光电探测设备的口径，而伴随着口径的增大，其主镜支撑面形容易受到外界温度变化以及安装精度的影响，这些作用会导致主镜面形发生畸变，进而影响整个光电设备的成像质量。

现有的主镜支撑装置虽然能够满足支撑精度的要求，但是对于外界温度变化以及装调引入的误差等带来的影响无法隔离，主镜和支撑座之间由于材料不同，热膨胀系数也不同，支撑座的刚度远远大于主镜，因而会拖拽主镜随之膨胀或者紧缩，更加恶劣的影响在于支撑座方位的不均匀，导致热变形对于主镜的影响不是轴向对称的，这对于系统成像像质具有极坏的干扰。

现有的主镜支撑装置通常具有过高的刚度，轴向支撑不可避免对径向支撑具有一定的干扰，而径向支撑随着观测设备俯仰角度的不同也会给轴向支撑组件引入一定的误差，如何完全解耦轴向支撑组件和径向支撑，使之各司其职，在限制好主镜所有自由度的前提下，不引入多余的约束，使观测设备具备较好的结构适应性也是本发明解决的重点。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的主镜支撑机构无法隔离外界温度变化，存在装调误差以及随俯仰角度不同轴向支撑组件机构和径向支撑机构存在相互干扰，进而对主镜面形存在影响等问题，提供了一种主镜柔性支撑机构。

一种主镜柔性支撑机构，包括支撑座、轴向支撑组件、拉伸组件和径向支撑组件，所述支撑座和主镜同心设置，所述轴向支撑组件与拉伸组件均布设置在主镜背部与支撑座之间；所述径向支撑组件粘接在主镜中孔内部，其特征是；

所述轴向支撑组件和拉伸组件各有三组，并且每组轴向支撑组件对应一组拉伸组件；

所述轴向支撑组件包括镶嵌在支撑座上的螺纹安装座、设置在螺纹安装座上的球头调整螺杆、镶嵌在球头调整螺杆上和主镜底部连接的螺杆球窝、安装在螺杆球窝下部的两片固定球窝和设置在球头调整螺杆底部的支撑锁紧螺母；

所述拉伸组件包括镶嵌在支撑座上的弹簧固定座、粘接在主镜背部的铟钢粘接垫、通过螺纹设置在铟钢粘接垫下的拉伸杆、设置在弹簧固定座下的压缩弹簧、设置在压缩弹簧下的固定圈和设置在固定圈下部和拉伸杆通过螺纹连接的拉伸锁紧螺母；

所述径向支撑组件包括镶嵌在支撑座中心的中心筒、粘接在主镜中孔内的柔性芯轴以及连接在中心筒和柔性芯轴之间的柔性膜片。

本发明的有益效果：

一、本发明将轴向支撑组件分为两个部分：轴向支撑组件和拉伸组件，其中轴向支撑组件用于实现主镜的轴向支撑，但二者并不粘接，因而避免了对径向支撑的干涉作用；而拉伸组件虽然和主镜底部进行了粘接，但由于其借助于弹簧其主要解决的是主镜和轴向支撑的拉紧力，其径向不具备刚度，支撑组件和拉伸组件的共同配合保证了主镜的支撑结构具有较高的轴向刚度和较低的径向刚度，实现了和径向支撑的自由度解耦，保证了主镜随俯仰角度变化的面形精度。

二、本发明实现径向支撑的柔性芯轴上开有六个对应于六个粘接腿的凹槽，六个柔性凹槽圆周对称，可以有效隔离支撑座的结构变形和温度变化对主镜面形的影响，并且具有较高的径向刚度，保证了面形的基础上，具备了良好的热适应性。

三、本发明由于径向支撑的柔性芯轴和主镜中孔进行粘接，因而不可避免具有一定的轴向刚度，可能会对主镜的轴向支撑引入不利影响，因此在柔性芯轴和中心筒之间设置了一个柔性膜片，柔性膜片的作用在于解放了轴向刚度，并且可以避免主镜的旋转，保证了轴向支撑和径向支撑的自由解耦。

四、本发明通过O型橡胶圈和防护圈用于主镜的防护作用，防止轴向支撑失效后主镜的倾覆可能造成主镜的破碎，防护装置同样保证了当主镜震动达到一定幅值下对主镜的保护。

附图说明

图1为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构的结构示意图；

图2为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构中拆去主镜后的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图1的侧向剖视图；

图5为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构中轴向支撑组件的结构示意图；

图6为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构中拉伸组件的结构示意图；

图7为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构中的径向支撑组件的结构示意图；

图8为本发明所述的一种主镜柔性支撑机构中柔性芯轴的结构示意图。

图中：1、主镜，2、支撑座，3、铟钢粘接垫，4、弹簧固定座，5、拉伸杆，6、压缩弹簧，7、固定圈，8、拉伸锁紧螺母，9、螺杆球窝，10、固定球窝，11、球头调整螺杆，12、支撑锁紧螺母，13、螺纹安装座，14、中心筒，15、柔性膜片，16、柔性芯轴、17、防护圈，18、O型橡胶圈。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图8说明本实施方式，一种主镜柔性支撑机构，包括主镜1、支承座2、轴向支撑组件和径向支撑组件以及防护组件。其中轴向支撑组件分为两部分：三组120度均布的负责提供支撑力的轴向支撑组件，如图5所示，包含以下组件：螺杆球窝9、固定球窝10、球头调整螺杆11、支撑锁紧螺母12和螺纹安装座13。三组120度均布的负责将主镜紧靠在轴向支撑组件的拉伸组件，如图6所示，包含以下组件：铟钢粘接垫3、弹簧固定座4、拉伸杆5、压缩弹簧6、固定圈7和拉伸锁紧螺母8，径向支撑组件则包含中心筒14、柔性芯轴16、柔性膜片15，设置在主镜中心孔内。防护装置包含O型橡胶圈18和防护圈17设置在主镜中心孔上表面处。

结合图4说明本实施方式，所述O型橡胶圈18和防护圈17设置在主镜中孔上部，防护圈17和中心筒14通过螺纹进行连接，所述O型橡胶圈18用于减少冲击震动；用于所述拉伸组件失效后的主镜防护。

结合图5说明本实施方式，所述的轴向支撑组件中的球头调整螺杆11通过螺纹和设置在支撑座2上的螺纹安装座13相连。通过旋转螺纹来控制球头调整螺杆11进行上下调节，保证三组支撑组件等高。当高度调整完成后，通过设置在球头调整螺杆11底部的支撑锁紧螺母12，将球头调整螺杆11锁紧，防止其高度继续变化。为了保证三个支撑点对主镜的施力均匀，球头调整螺杆11上部包含球头，用于和螺杆球窝9配合，通过释放旋转自由度来实现螺杆球窝和主镜背后的充分接触。螺杆球窝底部有两片固定球窝10，在两侧夹紧球头调整螺杆，并分别和螺杆球窝相连，防止螺杆球窝掉落。通过对支撑点进行优化，计算得出，最佳支撑点位于主镜直径的0.675处。

结合图6说明本实施方式，所述拉伸组件包含铟钢粘接垫3，通过调整铁镍合金的成分可以实现其膨胀系数和主镜类似，将其粘接在主镜背后，可以最大程度的减小支撑垫和主镜由于温度变化而产生的局部应力。铟钢粘接垫3上包含导胶槽，用于控制将多余的胶引出粘接垫，防止胶由于厚度不均匀对主镜的拉力不一致。拉伸杆5通过螺纹和铟钢粘接垫3进行连接。套在拉伸杆5外的压缩弹簧6通过固定在支撑座2上的弹簧固定座4对主镜施加轴向预紧力，用于提高主镜轴向支撑组件的自由谐振频率。固定圈7和拉伸锁紧螺母8则用于固定拉伸杆，进而实现压缩弹簧的高度控制，保证3个拉伸组件对主镜的拉伸力一致。

结合图7说明本实施方式，所述径向支撑组件包含中心筒14、柔性芯轴16、柔性膜片15，设置在主镜的中孔处。其中，所述中心筒14共包含四级台阶，第一级台阶通过圆周均布的螺钉和支撑座相连，中心筒14的底座上开有止口，通过和支撑座的间隙配合实现二者的同心控制。第二级台阶用于设置柔性膜片，第三级台阶用于和柔性芯轴进行间隙配合，第四级台阶上开有螺纹，用于和防护圈17相连。

所述的柔性膜片15上开有轴向的凹槽，用于降低所述柔性芯轴在轴向上的刚度，并且所述柔性膜片15上表面分别使用螺钉和柔性芯轴16进行连接，柔性膜片下表面和中心筒14进行连接，用于控制主镜绕中心轴向的旋转。柔性膜片15成功的解耦了径向支撑的轴向刚度，使其对轴向支撑组件的干扰减小对可接受的程度。

结合图8说明本实施方式，所述柔性芯轴的外圈通过六个圆周均布的粘接腿和主镜中心进行粘接，粘接前首先调整主镜中孔和六个粘接腿的间隙在0.08mm～0.11mm范围内，用于控制胶层的厚度。由于中心筒和主镜由于材料不同，热膨胀系数存在差异，故温度变化时可能导致引入局部应力，每个粘接腿内部对应一个柔性凹槽，由于凹槽圆周对称，因此可以用于释放该应力。柔性芯轴上还开有两个光孔，用于和柔性膜片相连，实现对于主镜旋转自由度的控制。所述柔性芯轴的轴向对称线和主镜的重心重合，用于减小由于侧向支撑力和重心不重合引入的倾覆力矩。