大口径反射镜的加工装调装置及方法与流程

本发明涉及光学设备技术领域，特别涉及一种大口径反射镜的加工装调装置及方法。

背景技术：

大口径反射镜由于自身重量较大，在加工过程中面形易受到多种因素的影响，其中自重和支撑的预紧载荷对于大口径反射镜的面形具有较大的影响。在大口径反射镜镀膜前后，由于大口径反射镜的约束状态的不一致，需要进行多次支撑调整，并借助于干涉面形检测手段以保证面形精度在设计容许范围之内。但大口径反射镜的装调工艺的参数调整需要借助于成熟工艺人员的经验，且不宜形成标准化的工艺装调方案。这一流程耗时较长，是大中口径光学设备制造过程中影响工期的一个主要因素之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出了一种大口径反射镜的加工装调装置及方法，以解决大口径反射镜的装调工艺需要借助人工经验的问题。

本发明提供的大口径反射镜的加工装调装置，包括：背向柔性支撑结构，其沿大口径反射镜的圆周方向均布设置，用于对大口径反射镜的背面进行柔性支撑；背向刚性支撑结构，其数量与背向柔性支撑结构的数量相同，用于对背向柔性支撑结构进行刚性支撑；侧向柔性支撑结构，其数量为至少两个，用于对大口径反射镜的侧面进行柔性支撑；侧向刚性支撑结构，其数量与侧向柔性支撑结构的数量相同，用于对侧向柔性支撑结构进行刚性支撑；应力状态测试传感器，分别安装在大口径反射镜上位于各背向柔性支撑结构两侧和各侧向柔性支撑结构两侧的应力状态监测点处，用于监测大口径反射镜背面和侧面的应力状态；应变测量仪，用于记录各应力状态测试传感器的监测数据。

优选地，背向柔性支撑结构的数量为三个、六个或九个。

优选地，侧向柔性支撑结构的数量为三个。

优选地，应力状态测试传感器为粘贴预埋式应变片或压电式应变传感器。

优选地，粘贴预埋式应变片为三向应变片。

本发明提供的大口径反射镜的加工装调方法，包括如下步骤：

s1、将各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构分别支撑在待加工的大口径反射镜的背面和侧面，以及将应力状态测试传感器分别安装在大口径反射镜的各应力状态监测点处；

s2、通过各应力状态测试传感器及应变测量仪监测记录大口径反射镜在研磨抛光后各应力状态监测点的应力状态，记为第一测量值；

s3、通过各应力状态测试传感器及应变测量仪监测记录经过研磨抛光的大口径反射镜在镀膜后各应力状态监测点的应力状态，记为第二测量值；其中，在镀膜前拆除各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构，在镀膜后重新安装各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构；

s4、调整各背向柔性支撑结构及各侧向柔性支撑结构的预紧载荷，使第二测量值与第一测量值保持一致。

优选地，在步骤s4中，结合光学干涉法对大口径反射镜的面形进行检测，在大口径反射镜的面形未达到预设精度时，重新调整各背向柔性支撑结构及各侧向柔性支撑结构的预紧载荷，直到大口径反射镜的面形达到预设精度为止。

优选地，在步骤s4之后还包括如下步骤：s5、将大口径反射镜安装于镜筒内，通过各应力状态测试传感器及应变测量仪再次监测记录大口径反射镜各应力状态监测点的应力状态。

本发明能够取得以下技术效果：

1、大口径反射镜通过带柔性支撑的研磨抛光可以最大程度的保证加工的面形接近使用情况下的面形；

2、通过调整镀膜后的柔性支撑结构的预紧载荷，使其与镀膜前的预紧载荷相同，避免镀膜前后装调参数的不一致，降低拆除柔性支撑结构镀膜对于装调引入的额外影响；

3、实现参数化装调过程，为批量化装调大口径反射镜提供参数指导。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的大口径反射镜的加工装调装置的立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是根据本发明一个实施例的大口径反射镜的加工装调方法的流程示意图。

其中的附图标记包括：大口径反射镜1、背向柔性支撑结构2、背向刚性支撑结构3、侧向柔性支撑结构4、侧向刚性支撑结构5、应力状态测试传感器6、背向应力状态监测点7、侧向应力状态监测点8。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

为了避免在大口径反射镜加工过程中的自重以及工装约束对面形的影响，本发明利用柔性支撑结构以及应力状态测试传感器实现大口径反射镜镀膜前后的应力状态监测，通过大口径反射镜镀膜前后应力状态的改变以调整柔性支撑结构对大口径反射镜的预紧载荷，降低柔性支撑结构的拆装对于大口径反射镜面形的影响，为大口径反射镜在安装调试环节的面形可靠性提供技术保证。由于通过应力状态测试传感器来实现应力状态的监测，可以不必依赖于成熟工艺人员的经验，宜形成标准化的工艺装调方案，还能缩短装调的时间。

下面结合具体实施例对本发明提供的大口径反射镜的加工装调装置的具体方案进行说明。

参考图1和图2所示，本发明实施例提供的大口径反射镜的加工装调装置，包括：背向柔性支撑结构2、背向刚性支撑结构3、侧向柔性支撑结构4、侧向刚性支撑结构5、应力状态测试传感器6和应变测量仪(图未示出)，背向柔性支撑结构2用于对大口径反射镜1的背面进行柔性支撑；背向刚性支撑结构3用于对背向柔性支撑结构2进行刚性支撑；侧向柔性支撑结构4用于对大口径反射镜1的侧面进行柔性支撑；侧向刚性支撑结构5用于对侧向柔性支撑结构4进行刚性支撑；应力状态测试传感器6用于监测大口径反射镜1背面和侧面的应力状态；应变测量仪用于记录应力状态测试传感器6的监测数据。

需要说明的是，大口径反射镜1的背面是指大口径反射镜1不需要镀膜的一面，大口径反射镜1的正面是指大口径反射镜1待镀膜的一面。

背向柔性支撑结构2的数量为至少一个。当背向柔性支撑结构2为一个时，对大口径反射镜1背面的圆心处进行柔性支撑；当背向柔性支撑结构2为多个时，沿大口径反射镜1的圆周方向均匀布置，对大口径反射镜1的背面进行柔性支撑。

通常大口径反射镜1背面的支撑方式为三、六或九点支撑，根据大口径反射镜1的口径进行选择。本发明实施例以六点背面支撑为例进行说明。

背向刚性支撑结构3的数量与背向柔性支撑结构2的数量相同，且位置一一对应，每个背向柔性支撑结构2的顶端支撑在大口径反射镜1的背面，每个背向柔性支撑结构2的底端支撑在对应的背向刚性支撑结构3上，背向刚性支撑结构3用于实现大口径反射镜1背面的刚性支撑。

大口径反射镜1位于每个背向柔性支撑结构2的两侧位置均为背向应力状态监测点7。

侧向柔性支撑结构4的数量为至少两个。当侧向柔性支撑结构4为两个时，沿大口径反射镜1的径向对称设置，对大口径反射镜1的侧壁进行柔性支撑；当侧向柔性支撑结构4为三个以上时，均匀布置在大口径反射镜1的侧壁上，对大口径反射镜1的侧壁进行柔性支撑。

通常情形下，大口径反射镜1的侧面为三点支撑，本发明实施例以三点侧面支撑为例进行说明。

侧向刚性支撑结构5的数量与侧向柔性支撑结构4的数量相同，且位置一一对应，侧向柔性支撑结构4的一端对大口径反射镜1的侧壁进行柔性支撑，另一端支撑在侧向刚性支撑结构5上，通过侧向刚性支撑结构5实现大口径反射镜1侧面的刚性支撑。

大口径反射镜1位于每个侧向柔性支撑结构2的两侧位置均为侧向应力状态监测点8。

应力状态测试传感器6的数量为侧向应力状态监测点8数量与背向应力状态监测点7数量的总和。应力状态测试传感器6可以为粘贴预埋式应变片或压电式应变传感器，用于监测每个背向应力状态监测点7和每个侧向应力状态监测点8的应力状态。

应变测量仪的数量为一个，用于接收记录每个应力状态测试传感器6的监测数据。

在大口径反射镜1上支撑背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4，其目的是为了保证大口径反射镜1在进行研磨抛光时受到的约束状态接近于实际使用的约束状态，最大程度上保证大口径反射镜1研磨抛光后的面形接近实际使用状态的面形。

因受镀膜工艺的影响，需要在大口径反射镜1镀膜前拆掉背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4，以保证镀膜的均匀性和可行性。

为了保证镀膜前后大口径反射镜1面形的一致性，在大口径反射镜1镀膜后再按照原位置重新安装背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4。

安装应力状态测试传感器6的目的就是为了对各侧向应力状态监测点8数量和各背向应力状态监测点7的应力状态进行监测，当镀膜后重新安装的背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4的应力值与拆装前的背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4的应力值相差较大时，调整背向柔性支撑结构2和侧向柔性支撑结构4的预紧载荷，使得重新安装后的应力值最大程度的接近拆装前的应力值，降低因拆装柔性支撑结构引入新的面形误差，使得镀膜前后的面形不受影响。

上述内容详细说明了本发明实施例提供的大口径反射镜的加工装调装置，与该测试装置相对应，本发明还提供一种大口径反射镜的加工装调方法。

参考图3所示，本发明实施例提供的大口径反射镜的加工装调方法，包括如下步骤：

s1、将各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构分别支撑在待加工的大口径反射镜的背面和侧面，以及将应力状态测试传感器分别安装在大口径反射镜的各应力状态监测点处。

将背向柔性支撑结构与侧向柔性支撑结构以等间距的形式安装在大口径反射镜的背面和侧面，以对大口径反射镜的背面和侧面进行柔性支撑。

每个背向柔性支撑结构各自对应一个背向刚性支撑结构，以对背向柔性支撑结构进行刚性支撑。

每个侧向柔性支撑结构各自对应一个侧向刚性支撑结构，以对侧向柔性支撑结构进行刚性支撑。

每个背向柔性支撑结构和每个侧向柔性支撑结构的两侧分别具有一个应力状态监测点，在每个应力状态监测点处分别安装一个应力状态测试传感器。

s2、对大口径反射镜进行研磨抛光，并通过各应力状态测试传感器及应变测量仪监测记录各应力状态监测点的应力状态，记为第一测量值。

大口径反射镜带着背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构进行研磨抛光，其目的是为了保证大口径反射镜在进行研磨抛光时受到的约束状态接近于实际使用的约束状态，最大程度上保证大口径反射镜研磨抛光后的面形接近实际使用状态的面形。

记录第一测量值的目的是为了与镀膜后再次监测记录的第二测量值进行对比，如果第二测量值与第一测量值相差较大，说明镀膜后的面形与镀膜前的面形精度不一致。

s3、将各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构拆除，对大口径反射镜进行镀膜。

因受镀膜工艺的影响，需要在大口径反射镜镀膜前拆掉背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构，以保证镀膜的均匀性和可行性。

s4、在大口径反射镜的原位置重新安装各背向柔性支撑结构和各侧向柔性支撑结构，通过各应力状态测试传感器及应变测量仪监测记录大口径反射镜在镀膜后各应力状态监测点的应力状态，记为第二测量值。

为了保证镀膜前后大口径反射镜面形的一致性，在大口径反射镜镀膜后再按照原位置重新安装背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构，通过各应力状态测试传感器及应变测量仪监测记录重新安装背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构后大口径反射镜各应力状态监测点的应力状态，通过对比拆除背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构前的大口径反射镜的应力状态(即第一测量值)与重新安装背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构后的大口径反射镜的应力状态(即第二测量值)，如果第二测量值与第一测量值相差较大，说明背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构的拆装对大口径反射镜的面形造成了较大的影响。

s5、调整各背向柔性支撑结构及各侧向柔性支撑结构的预紧载荷，使第二测量值与第一测量值保持一致。

在第二测量值与第一测量值相差较大时，调节背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构的预紧载荷，使第二测量值最大程度的接近第一测量值，保证大口径反射镜镀膜前后的面形不受到柔性支撑结构拆装的影响。

本发明通过不断地调整背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构的预紧载荷，将每次调整后监测记录的第二测量值与第一测量值进行对比，直到第二测量值与第一测量值相同或者第二测量值无限接近第一测量值为止。

调整背向柔性支撑结构和侧向柔性支撑结构的预紧载荷实际上是调整大口径反射镜的面形精度。在本发明的一个优选实施例中，结合光学干涉法对大口径反射镜的面形进行检测，在大口径反射镜的面形未达到预设精度时，重新调整各背向柔性支撑结构及各侧向柔性支撑结构的预紧载荷，直到大口径反射镜的面形达到预设精度为止。

本发明通过安装应力状态测试传感器的应力监测发与光学干涉法相结合，使大口径反射镜镀膜前后的面形保持一致，并达到高精度面形的设计要求。

s6、将大口径反射镜安装于镜筒内，通过各应力状态测试传感器及应变测量仪再次监测记录大口径反射镜各应力状态监测点的应力状态。

本步骤为可选步骤，目的是为了进一步保证大口径反射镜在安装镜筒内的面形精度。

由于安装于大口径反射镜背面和侧面的应力状态测试传感器不会影响大口径反射镜的安装，因此不必将其拆除，在将大口径反射镜安装到镜筒内时，通过应力状态测试传感器对大口径反射镜的背向应力状态监测点和侧向应力状态监测点再进行一次监测，判断应力状态是否与之前的应力状态相同，如果不同，调整对大口径反射镜的预紧载荷，以保证面形精度。

本发明还可以应用于设备的维修检测。例如：当设备在运行状态下精度出现问题，比如经纬仪的精度在校核过程中出现下降或者成像质量变差。本发明根据应力状态测试传感器的读数就能对大口径反射镜的应力状态进行预判。而传统的做法是先将镜筒拆卸下来，然后判断大口径反射镜是否出现松动或其他问题。本发明无需拆卸镜筒，通过应力状态测试传感器的读数直接能判断出大口径反射镜的应力状态是否正常，从而判断出大口径反射镜是否异常。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。