一种反射镜调节与固定装置的制作方法

本发明涉及一种反射镜的调节与固定装置，特别涉及一种集连续可调与可靠固定的反射镜调节与固定结构，它用于精密光路中反射镜的调节与固定。

背景技术：
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高精度的反射式光机组件是星载高分辨率的主/被动光电遥感设备的核心部件。其可实现的光学分辨率与环境稳定性直接决定整个遥感设备的最终性能。能够实现多维连续调节并可靠固定的反射镜支撑单元，是高精度反射式光机组件的关键所在。

由于高精度反射式光机组件由多个光学元件组成，各光学元件有着非常高的位置精度要求，所以反射镜的支撑装置需要具备多维、独立、连续可调的能力。调节维度应包含刚体平动与刚度旋转的五个自由度，每一维度的调节应独立、连续。

由于星载设备需要经受卫星发射阶段剧烈地冲击和振动环境，所以用于高精度反射镜支撑的装置需要可靠的固定，在经历剧烈的冲击与振动后，仍能保持其原有的位置精度。

星上设备的重量受到严格的限制，反射镜的支撑装置应具备极轻的质量。用于位置调节的零部件需要在反射镜位置调节后拆除，并在保证反射镜相对位置不变的情况下，将反射镜固定在指定位置。

技术实现要素：
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本发明目的是提供一种高精度的反射镜调节与固定装置。以解决高精度反射光路中反射镜的连续调节与可靠固定。

本发明利用反射镜五维调节装置对反射镜的位置进行多自由度连续、精密调节，通过旋转反射镜五维调节装置中的调焦螺母实现反射镜沿Z向的连续移动；通过使反射镜五维调节装置中的内、外凸轮相对转动实现反射镜沿X向和Y向的连续移动，通过反射镜五维调节装置中的内、外球面实现反射镜绕X向和Y向的连续转动。调节完成后，通过螺旋测微器准确测量反射镜安装座三个安装点处的反射镜自适应固定装置中的球面垫片下表面到反射镜支撑框架安装面的距离，根据测量值分别修配三个倾斜调整垫片的厚度，将修配好的调整垫片放入球面垫片下面，用螺钉将反射镜可靠固定，固定后将调节装置拆除。本发明特别适用于星载高精度离轴三反或主望远镜系统中次镜位置的调节与固定，可以同时满足微米级分辨率的位置调节和振动环境中极高地稳定性。

具体装置如附图1～4所示。

1、一种高精度反射镜的调节与固定装置由调节机构支架1、反射镜五维调节装置2、反射镜安装座3以及反射镜自适应固定装置4组成。其特征在于：所述的高精度反射镜的调节与固定装置安装于反射镜支撑框架5内环端面处；所述的调节机构支架1固定在反射镜支撑框架5内环端面，反射镜五维调节装置2安装于调节机构支架1内孔中；所述的反射镜安装座3一端安装反射镜6，另一端安装在反射镜五维调节装置2下端面；所述的反射镜自适应固定装置4的一端与反射镜支撑框架5内环端面接触，另一端与反射镜安装座3的底面的内球面接触。

2、在进行反射镜6位置调节时，通过旋转反射镜五维调节装置2中的调焦螺母实现反射镜沿Z向的连续移动；通过使反射镜五维调节装置2中的内、外凸轮相对转动实现反射镜6沿X向和Y向的连续移动；通过反射镜五维调节装置2中的内、外球面实现反射镜6绕X向和Y向的连续转动。反射镜五维调节装置2可以实现反射镜6的位置和角度在五个自由度的独立、连续调节；

3、完成调节后，通过反射镜自适应固定装置4中的倾斜调整垫片和球面自适应垫片将反射镜可靠固定，固定后将调节装置拆除。

本发明的优点在于：

1)本发明通过结合精密调焦螺纹筒、球面副、凸轮副对反射镜位置进行精密调节，此装置可以对反射镜的五个空间自由度进行高分辨率的独立、连续调节；

2)本发明将反射镜调节与固定进行一体化设计，通过固定装置中的三点球面副可以实现反射镜空间角度的自适应安装。反射镜由调节装置过度到固定装置后，调节装置可以拆除，没有附加重量和多余的结构，特别适用于对重量与稳定性要求极高地星载光学应用；

3)本发明反射镜调节完成后通过固定装置三点球面接触固定，利用三点球面的自锁性能，可以将反射镜非常稳固的固定，并且在振动环境中可以保证反射镜的极高地位置稳定性。

附图说明：

图1是本发明高精度反射镜调节与固定结构示意图；

图中：1——调节机构支架；

2——反射镜五维调节装置；

3——反射镜安装座；

4——反射镜自适应固定装置。

图2是本发明装置反射镜固定状态图。

图3是反射镜五维调节装置2的结构组成示意图；

图中：2-1——调焦螺母；

2-2——倾斜调节座；

2-3——调焦螺纹筒；

2-4——预压螺母；

2-5——内球面调谐垫片；

2-6——外球面调谐垫片；

2-7——内凸轮；

2-8——外凸轮；

2-9——调节手柄；

2-10——预紧弹簧。

图4是反射镜自适应固定装置4的结构组成示意图；

图中：4-1——内球面垫片；

4-2——外球面垫片

4-3——球面自适应垫片；

4-4——倾斜调整垫片。

具体实施方式：

下面根据图1至图4给出本发明一个较好实施例，用以说明本发明的结构特征和实施方法，而非用来限定本发明的范围。

本实施例中反射镜调节与固定装置包括如下几个部分：调节机构支架1、反射镜五维调节装置2、反射镜安装座3、反射镜自适应固定装置4、反射镜支撑框架5以及反射镜6。

调节机构支架1：采用铝合金材料，经轻量化设计后整体加工成型。其底部为三个柱体结构，用于安装，通过三个M4螺钉固定在反射镜支撑框架5上端面；顶部中心开孔用于安装反射镜五维调节装置2。本实施例中调节机构支架用于支撑反射镜五维调节装置2。调节前，先将其与反射镜五维调节装置2组装，再一起安装在反射镜支撑框架5上；调节完成，反射镜6固定在反射镜自适应固定装置4后，拆除安装螺钉后连同反射镜五维调节装置2一起取下；

反射镜五维调节装置2：用于实现对反射镜6在空间五个自由度的独立、连续调节。

首先，对反射镜6的轴向位置进行调节，通过旋转调焦螺母2-1使调焦螺纹筒2-3带动反射镜6沿Z向的连续移动，为了消除螺纹传动的间隙，通过预紧弹簧2-10实现螺纹传动副的预紧；为了实现微米级的调焦分辨率，本实施例中将调焦螺纹的螺距设计成0.25mm的细牙螺纹，调节完成后锁定调焦螺母2-1，从而锁定反射镜6的轴向位置，避免进行其它维度调节时轴向位置变动；

然后，对反射镜6的径向位置进行调节，将调节手柄2-9前端螺纹段旋入内凸轮2-7和外凸轮2-8，通过交替转动内凸轮2-7和外凸轮2-8，使其相对转动，以此实现反射镜6沿X向和Y向的连续移动。本实施例中内凸轮2-7、外凸轮2-8均设计成偏心圆环形式，即凸轮的外圆与内孔圆心偏离1mm，从而实现2mm的最大调节量。其中内凸轮2-7内孔与调焦螺纹筒2-3外圆段配合，外圆与外凸轮2-8内孔配合；其中外凸轮2-8内孔与内凸轮2-7外圆段配合，外圆与调节机构支架1顶端内孔配合。为了避免调节时的位置窜动，所述有配合均为小间隙配合，配合间隙0.005mm；为了减小转动时的摩擦阻力，在所述接触面涂覆固体润滑填料。调节完成后锁定调节手柄2-9位置；

最后，对反射镜6的两维倾斜角度进行调节，将M3球头螺钉旋入调节机构支架1的对应螺纹孔中，推动倾斜调节座2-2，通过内、外球面实现反射镜6绕X向和Y向的连续转动。为实现在球面副相对转动过程中，始终保持可靠接触，通过内球面调谐垫片2-5和外球面调谐垫片2-6调节预压力角度与反射镜6调节角度相适应，通过预压螺母2-4实现球面副的弹性定压预紧。在所述各球面副接触面涂覆固体润滑填料，调节完成后锁定预压螺母2-4；

反射镜安装座3：采用钛合金一体加工成型，其-Z面用于固定反射镜6，+Z面连接在反射镜五维调节机构2的下端面，带动反射镜6进行位置调节。其外侧沿圆周均布的三个安装角用于反射镜6调节后的安装固定，安装脚下表面加工成内球面，与反射镜自适应固定装置4顶端外球面精密配合，用于适应调节后的空间角度位置；

反射镜自适应固定装置4：用于反射镜6调节后的安装固定。通过反射镜五维调节机构2对反射镜6位置调节完成后，将三个球面自适应垫片4-3放置在反射镜安装座3内球面固定点下方，通过带有平行板测量头的螺旋测微器分别测量三个球面自适应垫片4-3下表面到反射镜支撑框架5上端面的距离B1、B2、B3，测量精度0.001mm。将对应的三个倾斜调整垫片4-4按测量值精密加工，厚度值误差优于0.001mm，平行度优于0.002mm，本实施例中通过研磨保证最终精度。最后将三个倾斜调整垫片4-4依次放在对应的球面自适应垫片4-3下方，通过M4的螺钉将反射镜安装座3紧固在反射镜支撑框架5上。内球面垫片4-1和外球面垫片4-2垫在M4螺钉头下方，用于调谐螺钉下压面与螺纹孔垂直，提高固定的稳定性。紧固后，首先拆除反射镜五维调节机构2与反射镜安装座3的连接螺钉；然后拆除反射镜五维调节机构2与反射镜支撑框架5的连接螺钉，将其从组件上拆除。

如上所述，反射镜调节与固定装置可以对反射镜的五个空间自由度进行高分辨率的独立、连续调节。并且将反射镜调节与固定进行一体化设计，通过固定装置中的三点球面副可以实现反射镜空间角度的自适应安装。反射镜由调节装置过度到固定装置后，调节装置可以拆除，没有附加重量和多余的结构，特别适用于对重量与稳定性要求极高地星载光学应用。本发明反射镜调节完成后通过固定装置三点球面接触固定，利用三点球面的自锁性能，可以将反射镜非常稳固的固定，并且在振动环境中可以保证反射镜的极高地位置稳定性。