一种小口径反射镜支撑结构的制作方法

本发明属于支撑结构技术领域，具体涉及一种小口径(300mm以下)反射镜支撑结构，尤其适用于支撑小口径弯月形轻量化反射镜。

背景技术：

随着人类空间活动的加剧，地球轨道空间分布了大量的空间目标(空间目标主要指卫星，包括工作的卫星和不工作的卫星，同时也包括空间碎片，如进入空间轨道的助推火箭、保护罩和其他物体，还包括进入地球外层空间的各种宇宙飞行物，如彗星和小行星)，这些空间目标严重影响了人类的空间活动。因此，我们需要清楚空间目标的数量、分布、轨道、状态等，以满足空间预警、信息对抗等需要。这些探测与识别空间目标、获取信息的行为活动，就是空间态势感知。现有技术中，空间目标探测与识别数据来源主要通过光电设备和无线电设备。其中，光学设备因波段短且利用目标的反射或辐射信息进行探测，具有成像分辨率高、灵敏度高、探测距离远的特点，在支撑空间态势感知中发挥了重要作用。

用于空间目标探测的光电设备主要分为地基和天基两种。地基探测设备与天基探测设备相比，具有便于安装、调试、维护、升级改造，在同样口径下造价相对较低等优点，因此应用更为广泛。地基探测设备中，具有大口径望远镜(主口径一般为0.6m～8m)和多个小口径的镜头(口径在300mm以下)，大口径望远镜结合各类终端获取数据，多个小口径镜头对不同背景下空中目标的各种特征进行监视和测量。由于大口径望远镜和多个小口径镜头在不同俯仰角度下镜面受自重变形，影响探测结果，因此需要采取支撑结构防止其镜面受自重变形。大口径望远镜多采用主动支撑结构对镜面面形进行实时矫正，如采用带有液压、气动等驱动单元。小口径镜头多以反射镜作为主镜(为减轻设备重量，在保持足够刚性的同时通常对主镜进行弯月形设计)，采用被动支撑结构，常用结构如图1-3所示，包括芯轴1、背板3、第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5。其中，芯轴1的前端面设有法兰11，外壁上从前至后依次设有第一环带12、第二环带13和第三环带14，第一环带12上设有粘接环带121和多个导胶槽122，导胶槽122圆周均布，且沿轴向设置贯穿第一环带12，胶液从导胶槽122流入粘接环带121内，反射镜2的通孔内壁通过胶液粘接固定在第一环带12上，背板3套装在第二环带13外，反射镜2的后环带与背板3的前表面接触，第三环带13上设有外螺纹，第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5旋紧在第三环带14上，将背板2压紧在轴肩15上。第一环带12的尺寸A比反射镜2的尺寸B长0.3mm，当第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5压紧背板3时，反射镜2仍可绕芯轴1旋转，防止芯轴1前端起保护作用的法兰11对反射镜2的镜面施加压力，进而影响面形精度。该支撑结构虽然能起到支撑反射镜的作用，但是依然存在以下缺点：一是由于芯轴1与反射镜2通孔内壁配合间隙很小(一般为几十微米)，因此很容易存在粘接强度不均匀的问题，二是由于胶液存在流动性，因此往往造成反射镜2的后表面与背板3之间粘胶，在反射镜支撑结构随温度变化时，会对镜面面形产生不利的影响；三是由于采用胶液固定，一旦失败需要很长的时间脱胶及重新粘胶，费时费力。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中反射镜支撑结构存在的胶粘接强度不均匀、对温度变化敏感、操作繁琐等技术问题，提供一种小口径反射镜支撑结构。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下。

小口径反射镜支撑结构，包括芯轴、背板和压紧机构；

所述芯轴的外壁上从前至后依次设有外径依次减小的第一环带、第二环带和第三环带，反射镜套装在第一环带外，背板套装在第二环带外，压紧机构设置在第三环带上；

还包括，压板、硅胶垫和垫环；

所述芯轴前端面的边缘圆周均布的设有多个凹槽，第一环带的外壁前端设有与反射镜的通孔内壁接触的剖面为圆弧形的环带；

所述压板为多个，每个压板固定在一个凹槽内；

所述硅胶垫为多个，每个硅胶垫固定在一个压板的后表面并压紧在反射镜的前环带上；

所述垫环的前表面圆周均布的设有多个与反射镜后环带接触的前凸台，任意相邻的两个前凸台之间设有与前凸台相连且等高的凸弧带，凸弧带与轴肩接触，且凸弧带的外圆直径小于轴肩的外圆直径；

垫环的后表面圆周均布的设有多个与背板前表面接触的后凸台；

多个前凸台、多个后凸台与多个压板在芯轴的周向上对应；

所述压紧机构将垫环和背板压紧在轴肩上。

进一步的，所述凹槽底部设有多个螺纹孔，压板通过螺钉固定在凹槽内。

进一步的，所述凹槽为三个，每个凹槽底部设有两个螺纹孔。

进一步的，所述反射镜的前环带为台阶形，且设置在反射镜的通孔前端，所述反射镜的后环带设置在反射镜的后表面。

进一步的，所述压板的外边缘为圆弧形且外边缘直径小于反射镜前环带的外圆直径。

进一步的，所述压板的后表面设有台阶，硅胶垫固定在台阶内。

进一步的，所述前凸台对应的圆心角为30°。

进一步的，所述第三环带的外壁上设有外螺纹，压紧机构由第一锁紧螺母和第二锁紧螺母组成，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母从前至后依次旋紧在第三环带上。

进一步的，所述芯轴、压板和垫环的材料均采用热膨胀系数为0.07E﹣6/℃的4J32殷钢。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的小口径反射镜支撑结构的芯轴上设有的高精度的剖面为圆弧形的环带，能够保证反射镜绕其进行二维摆动、轴向移动以及切向旋转；压紧机构通过压紧力将背板和垫环压紧在轴肩上，压紧力不会传递到反射镜，通过调节轴向尺寸间隙使硅胶垫产生预变形，反射镜前面的压板与反射镜后面的垫环上的前后凸台共同施加压紧力和静摩擦力，约束反射镜的二维摆动、轴向移动以及切向旋转，最终通过限制反射镜的六个自由度，实现对反射镜的精确定位，保证反射镜在不同俯仰角度下的面形不受影响，以及在运输工况下能够耐受轻微的冲击振动；

本发明的小口径反射镜支撑结构，芯轴、压板和垫环采用与反射镜热膨胀系数相近的4J32殷钢材料，降低支撑结构对温度的敏感性，保证支撑结构能够在较宽的温度变化范围内使用；

本发明的小口径反射镜支撑结构适用于各类反射镜的安装，尤其适用于小口径(300mm以下)弯月形轻量化反射镜的安装。

附图说明

图1为现有技术中小口径反射镜支撑结构的装配图；

图2为现有技术中小口径反射镜支撑结构的芯轴的半剖主视图；

图3为现有技术中小口径反射镜支撑结构的芯轴的左视图；

图4为本发明的小口径反射镜支撑结构的装配图；

图5为本发明的小口径反射镜支撑结构的芯轴的半剖主视图；

图6为本发明的小口径反射镜支撑结构的芯轴的左视图；

图7为本发明的小口径反射镜支撑结构的垫环的主视图；

图8为图7的A-A剖切图；

图9为本发明的小口径反射镜支撑结构的垫环的后视图；

图10为本发明的小口径反射镜支撑结构的芯轴、压板及垫环装配结构的左视图(不含反射镜)；

图11为本发明的小口径反射镜支撑结构的芯轴、压板及垫环装配结构的左视图(含反射镜)；

图中：1、芯轴，11、法兰，12、第一环带，121、粘接环带，122、导胶槽，123、凹槽，1231、螺纹孔，124、剖面为圆弧形的环带，13、第二环带，14、第三环带，15、轴肩，2、反射镜，3、背板，4、第一锁紧螺母，5、第二锁紧螺母，6、压板，7、硅胶垫，8、垫环，81、前凸台，82、凸弧带，83、后凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图4所示(图中省略对称结构)，本发明的小口径反射镜支撑结构，包括芯轴1、背板3、第一锁紧螺母4、第二锁紧螺母5、压板6、硅胶垫7和垫环8。

其中，如图5和图6所示，芯轴1的外壁上从前至后依次设有第一环带12、第二环带13和第三环带14，第一环带12、第二环带13和第三环带14的外径依次减小。

第一环带12的长度略小于反射镜2的通孔孔长；第一环带12的前端面的边缘圆周均布的设有多个凹槽123，一般为三个，凹槽123内设有螺纹孔1231；第一环带12的外壁前端设有剖面为圆弧形的环带124，该剖面为圆弧形的环带124采用高精度设计，弧度没有特殊限制，反射镜2可以绕该剖面为圆弧形的环带124进行二维摆动、轴向移动以及切向旋转。

第二环带13(含退刀槽)的长度略小于背板3的通孔孔长与垫环8的厚度之和。

第三环带14(含退刀槽)的长度略大于第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5的厚度之和，第三环带14的外壁上设有外螺纹。

反射镜2通过其通孔套装在第一环带12外。反射镜2的结构没有特殊限制，优选为弯月形反射镜。通常，反射镜2的前环带为台阶形，且设置在反射镜2的通孔前端，反射镜2的后环带设置在反射镜2的后表面，该反射镜2的前环带和后环带的结构为现有技术中反射镜环带的常用结构。

背板3通过其通孔套装在第二环带13外，背板3用于连接芯轴1和镜头外壳，结构没有特殊限制，现有技术中的背板皆适用本发明。

压板6的外边缘为圆弧形且外边缘直径小于反射镜2前环带的外圆直径，这样能够避免由于接触产生应力集中，影响反射镜2面形精度。压板6的后表面设有台阶。压板6的数量与凹槽123的数量相同，一个压板6通过螺钉固定在一个凹槽123内。

硅胶垫7的数量与压板6的数量相同，一个硅胶垫7固定在一个压板6的台阶内，并压紧在反射镜2的前环带上。硅胶垫7的形状优选与压板6的台阶形状匹配。

如图7-9所示，垫环8为圆环形垫片，垫环8的前表面圆周均布的设有多个与反射镜2后环带接触的前凸台81，优选前凸台81对应的圆心角为30°；任意相邻的两个前凸台81之间设有与前凸台81相连且等高的凸弧带82，凸弧带82与轴肩15接触，且凸弧带82的外圆直径小于轴肩15的外圆直径；

垫环8的后表面圆周均布的设有多个与背板2前表面接触的后凸台83。

第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5组成压紧机构，第一锁紧螺母4和第二锁紧螺母5从前至后依次旋紧在第三环带14上，将垫环8和背板3压紧固定在第一环带12和第二环带13的轴肩15上。

如图10-11所示，本发明中，为实现施加在反射镜2前后面的力作用点相同，多个前凸台81、多个后凸台83与多个压板6在芯轴1的周向上对应。

本发明中，反射镜2采用的微晶材料热膨胀系数一般为0.1E﹣6/℃，芯轴1、压板6和垫环8的材料优选采用热膨胀系数为0.07E﹣6/℃的4J32殷钢，这样通过合理调整径向配合间隙，能够保证在较宽的温度变化范围内，支撑结构不影响反射镜2的镜面形精度。

本发明的小口径反射镜支撑装置的装配过程为：将垫环8、背板3由芯轴1后部依次与芯轴1的轴肩15装配，将第一锁紧螺母4、第二锁紧螺母5依次由芯轴1后部旋紧在第三环带14上，将垫环8、背板3压紧在轴肩15上，然后将反射镜2由芯轴1前部套入，再将固定有硅胶垫7的压板6固定在芯轴1的螺纹孔1231处，通过硅胶垫7将反射镜2压紧在垫环8前表面上。