基于运动学平衡的反射镜支撑机构的制作方法
【专利摘要】基于运动学平衡的反射镜支撑机构，涉及一种反射镜支撑机构，解决现有采用三点柔性支撑结构存在轴向刚度大于径向，导致反射镜的基频较低，且不适合在重力作用下的变方位运动的反射镜的应用及对反射镜的形状有所限制，包括底板、中心侧支撑组件和柔性三点底支撑，中心侧支撑组件位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑固定在底板上并配合中心侧支撑组件完成定位；中心侧支撑组件由中心粘接环、膜片和芯轴组成，中心粘接环通过光学结构胶固定在反射镜中心孔内的重心平面处，芯轴的一端固定在底板上，芯轴的另一端通过膜片与芯轴连接孔固定膜片，膜片通过膜片与中心粘接环连接孔与中心粘接环连接。本发明运用于大口径地基望远镜系统中的反射镜的支撑。
【专利说明】基于运动学平衡的反射镜支撑机构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种反射镜支撑机构，它在通常轴向三点柔性支撑的基础上，外加使 用膜片、芯轴及中心粘接环的侧支撑来约束反射镜的两个平移自由度以及绕光轴的转动自 由度，从而实现所有自由度的约束，并且不过约束，使支撑解耦，达到运动学平衡。可用于地 基大口径光电望远镜中的一些反射镜的支撑。
【背景技术】
[0002] 在大口径地基光电望远镜的光路系统中，反射镜是其中的关键部分，如次镜系统、 三镜系统、库德光路系统中的反射镜，其自身的面型对系统的成像有很大影响；因此要求这 些反射镜能够在重力以及温度变化的影响下拥有良好的面型，其中温度的影响更大，尤其 是随着望远镜口径的增加，反射镜尺寸越大，温度效应越加明显。地基光电设备通常要求在 较大的温度范围内正常工作，因此需要反射镜及其支撑机构能够在温度变化时变形协调以 减少温度应力；同时还要满足重力影响下的面型要求，增加了支撑机构的设计、制作难度。
[0003] 传统的反射镜经常采用周边支撑的方式，例如压边支撑，其过约束虽能令反射镜 在重力作用下的面型较好，但压边支撑占用径向空间较大，其适合于小口径反射镜的支撑， 对径向空间大小有限制要求的反射镜系统并不适用。柔性支撑通常被用来减弱温度效应 的影响，目前采用柔性杆来进行背部三点支撑已经被用于空间反射镜上。但由于所采用的 三个杆为柔性设计，轴向刚度远大于径向，因此使反射镜支撑在径向上刚度较弱，导致反射 镜的基频较低；此种支撑方式相当于不完全约束，并不适合在重力作用下的变方位运动的 反射镜，例如地基光电望远镜中的三镜系统。Biapod支撑为一种采用柔性设计并且轴向径 向刚度均较大的新型支撑方式，但Biapod支撑轴向尺寸大，并且其适用于圆形反射镜的支 撑，对于椭圆形的反射镜等并不适用。为此需要设计能够完全约束所有自由度并且不过约 束的，即满足运动学平衡的支撑机构，同时该支撑机构紧凑，适用性要广泛。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有采用三点柔性支撑结构存在轴向刚度大于径向，导致反射镜的 基频较低，且不适合在重力作用下的变方位运动的反射镜的应用，现有采用Biapod支撑结 构存在支撑轴向尺寸大，对反射镜的形状有所限制等问题，提供一种基于运动学平衡的反 射镜支撑机构。
[0005] 基于运动学平衡的反射镜支撑机构，包括底板、中心侧支撑组件和柔性三点底支 撑，中心侧支撑组件位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑固定在底板上并配合中心侧 支撑组件完成定位；所述中心侧支撑组件由中心粘接环、膜片和芯轴组成，所述中心粘接环 通过光学结构胶固定在反射镜中心孔内的重心平面处，芯轴的一端固定在底板上，芯轴的 另一端通过膜片与芯轴连接孔固定膜片，膜片通过膜片与中心粘接环连接孔与中心粘接环 连接。
[0006] 本发明的有益效果：本发明设计一种基于运动学平衡的反射镜支撑机构，以应对 重力及温度效应的影响。通过使用膜片连接芯轴、中心粘接环的侧支撑，来约束住径向的两 个平移自由度外加绕光轴的转动自由度，同时又不对轴向的自由度造成影响，配合三点柔 性底支撑，后者约束轴向平移自由度以及两个转动自由度，实现所有自由度约束的同时，又 不过约束，使支撑解耦，满足运动学平衡的要求；另外，中心粘接环的柔性设计使其能够降 低温度应力，注胶孔以及定位孔方便装调；整个支撑机构紧凑，重量轻。本发明可运用于大 口径地基望远镜系统中的反射镜的支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构示意图；
[0008] 图2为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中心侧支撑组件剖视 图；
[0009] 图3为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中心侧支撑组件主视 图；
[0010] 图4为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的膜片示意图；
[0011] 图5为本发明所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构的中粘接环示意图。
[0012] 图中：1、底板，2、中心侧支撑组件，3、柔性三点底支撑，4、中心粘接环，4-1、定位 孔，4-2、注胶孔，4-3、柔槽，5、膜片，5-1、膜片与芯轴连接孔，5-2、膜片与中心粘接环连接 孔，6、芯轴，7、镜体中心孔。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0013] 一、结合图1至图5说明本实施方式，基于运动学平衡的反射镜支撑 机构，主要由底板1、中心侧支撑组件2以及柔性三点底支撑3组成；中心侧支撑组件2位 于反射镜的中心处，柔性三点底支撑3与中心侧支撑组件2的相对位置经过有限元的优化 而定；
[0014] 所述中心侧支撑组件2由膜片5、芯轴6外加中心粘接环4作为侧支撑组件。中心 粘接环4通过光学结构胶六点胶合固定在反射镜镜体中心孔7内的重心平面处，中心粘接 环4与膜片5通过安装螺钉紧穿过膜片与中心粘接环连接孔5-2固定，所述膜片5通过膜 片与芯轴连接孔与芯轴相连，从而实现反射镜的侧支撑，完成两个平移自由度以及绕光轴 的转动自由度的约束；配合柔性三点底支撑3,实现反射镜的全约束，而且不过约束，达到 运动学的平衡，使支撑解耦，减小因变形不协调产生的集中应力。
[0015] 本实施方式中支撑膜片的轴向刚度很小而侧向刚度很大，当膜片5固定在中心粘 接环4和芯轴6上时，可以保证放开轴向自由度，而约束住反射镜径向的两个平移自由度及 绕法线的转动自由度。
[0016] 本实施方式所述的芯轴6的采用钛合金制作，以保证足够刚度的同时减轻重量； 芯轴6 -端与膜片5通过紧固螺钉相连接，另一端由螺钉安装固定在底板1上。
[0017] 本实施方式所述的中心粘接环4采用铟钢制作，采用柔性设计，在六个粘接部位 设有柔槽4-3,柔槽4-3采用轴向贯通设计，并且根部为圆弧过渡，当温度变化时此柔性设 计可以减小因材料热膨胀系数不一致而导致的集中应力；同时粘接部位设计有贯通的注胶 孔4-2,方便进行与反射镜的粘接，底面上还设有三个定位孔4-1，方便装调时候进行定位； 采用六点粘接能够保证足够的粘接强度，粘接层的厚度通过中心粘接环与镜体中心孔的间 隙配合来控制，配合公差为0. 02mm?0. 1mm。
[0018] 本实施方式中所述的柔性三点底支撑3与中心侧支撑组件2的相对位置经过有限 元的优化而定，优化的数学模型如下所示。
【权利要求】
1. 基于运动学平衡的反射镜支撑机构，包括底板（1)、中心侧支撑组件（2)和柔性三点 底支撑（3)，中心侧支撑组件（2)位于反射镜的中心，所述柔性三点底支撑（3)固定在底板 (1)上并配合中心侧支撑组件（2)完成定位；其特征是， 所述中心侧支撑组件（2)由中心粘接环（4)、膜片（5)和芯轴（6)组成，所述中心粘接 环（4)通过光学结构胶固定在反射镜中心孔（7)内的重心平面处，芯轴（6)的一端固定在 底板⑴上，芯轴（6)的另一端通过膜片与芯轴连接孔（5-1)固定膜片（5)，膜片（5)通过 膜片与中心粘接环连接孔（5-2)与中心粘接环（4)连接。
2. 根据权利要求1所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构，其特征在于，所述中心 粘接环（4)上设有定位孔（4-1)、注胶孔（4-2)和柔槽（4-3)，通过定位孔（4-1)用光学结 构胶将中心粘接环（4)固定在反射镜中心孔（7)内的重心平面处，依次通过注胶孔（4-2)， 穿过柔槽（4-3)在中心粘接环（4)与反射镜中心孔（7)的接触面上注入光学结构胶。
3. 根据权利要求1所述的基于运动学平衡的反射镜支撑机构，其特征在于，所述柔性 三点底支撑（3)与中心侧支撑组件（2)的相对位置经过有限元的优化设定。
【文档编号】G02B7/192GK104516088SQ201410787553
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】徐伟, 王建立, 陈宝刚, 吴小霞, 明名 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所