大口径反射镜的复合支撑结构、支撑和调节方法与流程

本发明属于光学技术领域，具体涉及一种大口径反射镜的复合支撑结构，以及利用该复合支撑结构支撑和调节大口径反射镜的方法。

背景技术：

杂光也称作杂散光，是指光学系统中的无用光线，杂光到达放置在光学系统焦面位置的探测器表面时会形成杂散辐射，降低图像的对比度和清晰度，严重时目标图像会被杂散辐射噪声湮没从而无法正确判读。

杂光测试系统中的离轴平行光管系统主要作用是对光源进行准直，产生平行光束来模拟无穷远杂光光源。主反射镜作为离轴平行光管的关键组件，贡献了平行光管系统中绝大部分的杂散光。

一般的，直径500mm以上的反射镜可称为大口径反射镜。随着反射镜口径的增加，为了确保反射镜面形精度能够满足光学要求，反射镜厚度必须随之增加，由于反射镜的质量与直径的平方和厚度成正比，这样其质量也随之大幅增加。在地面上离轴平行光管中大口径主反射镜使用时一般均为光轴水平状态，即主反射镜垂直放置，而现有支撑装置一般较为简单，无法实现在实验室内杂光测试系统中大口径主反射镜的稳定支撑，更无法保证反射镜的面形精度。

技术实现要素：

为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种大口径反射镜的复合支撑结构，通过对重力卸荷、水平轴向三顶三拉，使大口径反射镜在垂直放置时能够稳定保持其面形精度。本发明同时提供了一种利用该复合支撑结构对大口径反射镜进行支撑和调节的方法。

本发明的技术方案是:

一种大口径反射镜的复合支撑结构，包括装置部分；所述装置部分包括镜室；其特殊之处在于：

所述装置部分还包括与所述镜室固定连接的至少三个重力卸荷组件、三个第一支撑组件和三个第二支撑组件；

重力卸荷组件分别置于镜室下方和上方；位于镜室下方的重力卸荷组件的个数及其与重力方向的角度，根据有限元力学分析结果确定；位于镜室上方的重力卸荷组件有两个，在镜室左右对称位置各设置一个，其与重力方向的角度根据有限元力学分析结果确定；

重力卸荷组件包括卸荷盘、卸荷底盘、压板、卸荷螺杆和卸荷支座；卸荷盘一端嵌入卸荷底盘一端的安装槽内，卸荷盘另一端安装在被支撑大口径反射镜的外侧面；压板套设在卸荷螺杆的球头外，将卸荷螺杆的球头固定在卸荷底盘另一端的凹槽内；卸荷支座为l形支座，卸荷螺杆的尾部旋入卸荷支座其中一边的螺孔内；卸荷支座的另一边固定在镜室上；

第一支撑组件和第二支撑组件一一对应，构成三个顶拉支撑组件，三个顶拉支撑组件沿被支撑大口径反射镜圆周均匀分布设置，实现被支撑大口径反射镜的轴向定位，且其中一个顶拉支撑组件位于镜室的正上方；

第一支撑组件包括顶盘、底盘、螺母、滚珠和调节螺杆；底盘一个端面中部开设安装槽，另一个端面的中部开设有圆形凹槽，圆形凹槽内侧壁上设置有内螺纹，圆形凹槽底面中部开设有滚珠定位槽；顶盘的一端嵌入底盘的安装槽内，另一端与被支撑大口径反射镜的背部贴合；滚珠嵌入底盘的滚珠定位槽内；调节螺杆旋入镜室上的的螺孔内，其一端顶住所述滚珠；螺母的外侧壁上开设有外螺纹，螺母旋入底盘的圆形凹槽与其螺纹连接，将调节螺杆的一端和滚珠封装在底盘的圆形凹槽内；

第二支撑组件包括拉杆、垫块、底座和调节螺钉；底座固定在镜室上，拉杆伸入镜室上的通孔中，调节螺钉穿过底座上的螺钉孔，旋入拉杆中，并将垫块压在被支撑大口径反射镜的后背板上。

优选的，上述调节螺杆顶住滚珠的端面上具有与滚珠相适配的凹面。

优选的，上述调节螺杆为t形杆，其大端为头部，用于顶住所述滚珠。

优选的，上述底盘上的安装槽为由外圆槽和内圆槽构成的台阶形圆槽，顶盘的一端嵌入所述外圆槽内。

优选的，上述滚珠定位槽为v形凹槽、锥形凹槽或弧形凹槽。

优选的，上述卸荷盘、顶盘和垫块均采用阻尼性好的非金属材料制成。

优选的，上述卸荷盘、顶盘和垫块均采用聚四氟乙烯或聚酰亚胺制成。

优选的，上述复合支撑结构还包括结构部分，所述结构部分为开设在被支撑大口径反射镜外侧面的环形镜体凹槽，所述装置部分安装在所述镜体凹槽处，且隐藏于被支撑大口径反射镜镜面后；

所述镜体凹槽的深度和宽度，以及镜体凹槽处背离镜面一侧后背板的厚度，根据有限元力学分析结果确定；

所述重力卸荷组件设置在镜体凹槽处，其卸荷盘的另一端嵌入所述镜体凹槽内，与镜体凹槽的槽底接触；

所述第二支撑组件设置在镜体凹槽处，其垫块压在镜体凹槽靠近镜室的侧壁上。

本发明同时提供了一种利用上述大口径反射镜的复合支撑结构支撑和调整大口径反射镜的方法，包括以下步骤，

步骤1：将镜室置于水平位置，将重力卸荷组件、第一支撑组件和第二支撑组件各自装配完成后，再分别与镜室连接；

步骤2：将被支撑大口径反射镜吊装至镜室内，将第二支撑组件套到被支撑大口径反射镜的外侧面或者镜体凹槽侧面；

步骤3：将第二支撑组件装入镜室的通孔内，将被支撑大口径反射镜缓慢落入第一支撑组件的顶盘上；

步骤4：安装重力卸荷组件，使所有卸荷盘与反射镜外侧面或者镜体凹槽槽底接触；

步骤5：将三个调节螺钉旋入第二支撑组件，使被支撑大口径反射镜轴向固定；

步骤6：将被支撑大口径反射镜和复合支撑结构整体翻转，使被支撑大口径反射镜的光轴水平；

步骤7：用干涉仪监视被支撑大口径反射镜的面形，根据波像差形状和位置调整重力卸荷组件中的卸荷支座、第一支撑组件中的调节螺杆和第二支撑组件中的调节螺钉，直至被支撑大口径反射镜的面形精度满足设计和装配要求。

与现有大口径反射镜的支撑装置相比，本发明的有益效果是：

1、本发明解决了实验室内杂光测试系统中大口径离轴平行光管主反射镜的重力卸荷和支撑问题，通过重力卸荷组件抵消反射镜重力对面形的不利影响，利用三个呈圆周均布的顶拉支撑组件实现大口径反射镜的轴向定位，从而保证大口径反射镜的面形精度。

2、本发明的装置部分全部隐藏于反射镜后，避免了反射镜周边支撑装置突出而引入的新杂光源。

3、本发明装置部分与大口径反射镜直接接触的零件均选用阻尼性好的非金属材料，从而大大减小了接触应力。

附图说明

图1为本发明大口径反射镜的复合支撑结构实施例结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1隐藏镜室后的右视图；

图4为顶拉支撑组件的示意图；

图5为重力卸荷组件示意图。

附图标记如下：1-被支撑大口径反射镜，11-镜体凹槽，2-镜室，21-通孔，3-重力卸荷组件，31-卸荷盘，32-卸荷底盘，33-压板，34-卸荷螺杆，35-卸荷支座，36-球头，4-第一支撑组件，41-顶盘，42-底盘，43-螺母，44-滚珠，45-调节螺杆，46-滚珠定位槽，5-第二支撑组件，51-拉杆，52-垫块，53-底座，54-调节螺钉，6-顶拉支撑组件。

具体实施方式

以下结合附图1-5，对本发明大口径反射镜的复合支撑结构进行详述。

考虑到主反射镜周边支撑装置的材料表面辐射特性对整个杂光测试系统的测试精度影响较大，辐射特性中如果太阳吸收率不够高将引入新的杂光源，为了尽量消除该杂光源，本实施例将支撑装置设计为全部隐藏在反射镜面背后的形式。因此，本发明复合支撑结构包括装置部分和结构部分；结构部分为开设在反射镜外侧面的环形镜体凹槽11，镜体凹槽11的深度和宽度，及镜体凹槽11处留下来的后背板(远离镜面一侧的镜体)厚度需根据有限元力学分析结果确定(已知方法)，且应满足装置部分所需的安装空间，使装置部分全部隐藏于被支撑大口径反射镜1的镜面后。在其他不考虑杂光源影响的应用场合，不用考虑将装置部分全部隐藏安装，当然也就无需在反射镜侧面开设镜体凹槽了。

如图1至图5所示，本发明的装置部分主要包括镜室2(为法兰结构)和安装在镜室2上的重力卸荷组件3、三个第一支撑组件4和三个第二支撑组件5；重力卸荷组件3、第一支撑组件4和第二支撑组件5直接作用于被支撑大口径反射镜1；

第一支撑组件4和第二支撑组件5一一对应构成三个顶拉支撑组件6，三个顶拉支撑组件6沿被支撑大口径反射镜圆周均匀分布设置，利用三点支撑原理，对被支撑大口径反射镜1又顶又拉，实现反射镜的轴向定位，并且其中一个顶拉支撑组件位于镜室2的正上方。由于正上方是重力方向的反方向，在正上方设置一个顶拉支撑组件，反射镜不容易侧翻。

重力卸荷组件3包括卸荷盘31、卸荷底盘32、压板33、卸荷螺杆34和卸荷支座35；卸荷盘31一端嵌入卸荷底盘32一端的安装槽(圆槽)内，卸荷盘31另一端嵌入镜体凹槽11内与镜体凹槽11的底面接触；压板33将卸荷螺杆34的球头36固定在卸荷底盘32另一端的凹槽内；卸荷支座35为l形支座，卸荷螺杆34的尾部垂直旋入卸荷支座35的其中一边的螺孔内；重力卸荷组件3整体通过卸荷支座35的另一边固定在镜室2法兰面上。

重力卸荷组件3至少有三个，分别置于镜室2下方和上方，其中：镜室2下方的重力卸荷组件3个数及与重力方向角度，需根据有限元力学分析(已知方法)结果确定：先根据经验，初始设置重力卸荷组件的个数和角度，然后做有限元分析；再根据主反射镜的面形情况判断当前重力卸荷组件的个数和角度是否满足要求，如果主反射镜的面形满足设计要求，则说明当前重力卸荷组件的个数和角度可行；，如果主反射镜的面形不满足设计要求，则修改重力卸荷组件的个数和角度，再次进行有限元力学分析并判断，如此迭代，直至主反射镜面形满足设计要求为止。镜室2上方左右对称位置各设置一个，每个重力卸荷组件3与重力方向角度同样需根据有限元力学分析结果确定。本实施例中重力卸荷组件3与镜室的装配关系如图3所示(图3是为了体现重力卸荷组件3的位置，而在绘图软件中隐藏镜室后的视图)。

第一支撑组件4包括顶盘41、底盘42、螺母43、滚珠44和调节螺杆45；底盘42一个端面的中部开设有安装槽，顶盘41的一端嵌入底盘42的安装槽内，另一端与被支撑大口径反射镜1的背部贴合；本实施例中底盘42上的安装槽为由外圆槽和内圆槽构成的台阶形圆槽，顶盘41的一端嵌入底盘42的外圆槽内；当顶盘41与反射镜背部平面不共面时，由于顶盘41刚性比主反射镜差，顶盘41会先变形，设置内圆槽目的是为顶盘41的柔性变形预留空间，使顶盘41与反射镜背部不是刚性接触，从而减小顶盘41对反射镜面形的影响；

底盘42的另一个端面的中部开设有圆形凹槽，该圆形凹槽内侧壁上设置有内螺纹，该圆形凹槽底面中部开设有滚珠定位槽46，滚珠定位槽46可以为v形凹槽、锥形凹槽或弧形凹槽；滚珠44嵌入底盘42的滚珠定位槽46内；

调节螺杆45旋入镜室2法兰面对应的螺孔内，其一端顶住滚珠44；优选的，调节螺杆45呈t形，其大端为头部，头部端面具有与滚珠44相适配的凹面，该凹面顶住滚珠44，以提高稳定性和可靠性；螺母43的外侧壁上开设有外螺纹，螺母旋入底盘42的圆形凹槽与其螺纹配合连接，将调节螺杆45的头部和滚珠44封装在底盘42的圆形凹槽内；调节螺杆45的轴线与底盘42的端面垂直。

第二支撑组件5包括拉杆51、垫块52、底座53和调节螺钉54；底座53固定在镜室2上，拉杆51伸入镜室2上的通孔21(可以为矩形孔)中，调节螺钉54穿过底座53上的螺钉孔，旋入拉杆51中，并将垫块52压在镜体凹槽11靠近镜室2的侧壁上。

以下结合图1、图4和图5，说明上述大口径反射镜复合支撑结构的调整方法：

步骤1：将镜室2置于水平位置，将重力卸荷组件3、第一支撑组件4和第二支撑组件5各自装配完成后，分别与镜室2连接；

步骤2：将被支撑大口径反射镜1吊装至镜室2内，将第二支撑组件5套到镜体凹槽11侧面；

步骤3：将第二支撑组件5装入镜室2的通孔21内，将被支撑大口径反射镜2缓慢落入第一支撑组件4的顶盘42上；

步骤4：安装重力卸荷组件3，使所有卸荷盘31与镜体凹槽11底面接触；

步骤5：将三个调节螺钉54旋入第二支撑组件5，将被支撑大口径反射镜1轴向固定；

步骤6：将被支撑大口径反射镜和复合支撑结构整体翻转，使被支撑大口径反射镜光轴水平；

步骤7：用干涉仪监视被支撑大口径反射镜1的面形，根据波像差形状和位置调整重力卸荷组件3中的卸荷支座35、第一支撑组件4中的调节螺杆45和第二支撑组件5中的调节螺钉54，直至被支撑大口径反射镜的面形精度满足设计和装配要求为止。

为了减小重力卸荷组件3、第一支撑组件4和第二支撑组件5在调整过程中与被支撑大口径反射镜1间的接触应力，卸荷盘31、顶盘41和垫块52均采用聚四氟乙烯、聚酰亚胺等阻尼性好的非金属材料制备。