一种双胶层热匹配反射镜支撑结构的制作方法

1.本发明属于光机结构设计领域，涉及一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，特别涉及一种宽温度范围高稳定性反射镜支撑结构。


背景技术：

2.为保证高精度光电跟瞄相机在严酷的自然环境下保持urad量级的跟踪精度，其反射镜组件需要在-40℃～+60℃的温度变化范围，以及最高100
°
/s旋转速度下维持稳定的反射镜面形和自身位置。为保证旋转时反射镜面形与位置的稳定性，反射镜一般采用侧面环氧胶粘接的支撑方案，但是反射镜与支撑结构粘接用的胶层在宽温度范围内会产生较大变形，从而挤压、拉扯反射镜，造成反射镜面形大幅退化，反射镜位置、指向变化，导致跟踪精度退化。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，解决了现有反射镜支撑结构在宽温度范围内会导致反射镜面跟踪精度退化的技术问题。本发明能够实现宽温度范围下反射镜面形与空间位置的高稳定支撑。
4.为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，包括双胶层转接块、支撑法兰和环氧胶层；
6.反射镜设于支撑法兰内部；
7.双胶层转接块包括小段和大段，小段的第二端与大段的第一端连接，小段的第一端面为第一粘接面，大段的第一端面为第二粘接面；
8.环氧胶层为两层，分别记为第一环氧胶层和第二环氧胶层；
9.双胶层转接块的小段穿过支撑法兰，第一粘接面通过第一环氧胶层与反射镜粘接，第二粘接面通过第二环氧胶层与支撑法兰外壁粘接。
10.进一步的，第一环氧胶层和第二环氧胶层的厚度相等。
11.进一步的，任意工作温度下，反射镜的几何中心到反射镜与第一环氧胶层的粘接面的距离l1、第一环氧胶层或第二环氧胶层的厚度l2、第一粘接面和第二粘接面之间的距离l3、反射镜的几何中心到支撑法兰与第二环氧胶层的粘接面的距离l4满足如下关系式：
12.l4+l2＝l3+l1+l2。
13.进一步的，记双胶层转接块中第一粘接面和第二粘接面之间的距离为l3，l3满足如下关系式：
14.l3＝(l4
·
α4-l1
·
α1)/α3
15.其中，l4为反射镜的几何中心到支撑法兰与第二环氧胶层的粘接面的距离，α4为支撑法兰的热膨胀系数，l1为反射镜的几何中心到反射镜与第一环氧胶层的粘接面的距离，α1为反射镜的热膨胀系数，α3为双胶层转接块的热膨胀系数。
16.进一步的，上述双胶层热匹配反射镜支撑结构，还包括安装定位组件；安装定位组
件用于在环氧胶层固化完成前定位并保持双胶层转接块与支撑法兰的相对位置，并在环氧胶层固化完成后拆除。
17.进一步的，安装定位组件包括调整垫片和定位螺钉；
18.调整垫片设于双胶层转接块的第二粘接面与支撑法兰外壁之间，调整垫片的厚度d1等于双胶层转接块的第二粘接面与支撑法兰外壁之间的距离d2等于双胶层转接块的第一粘接面与反射镜之间的距离d3；
19.定位螺钉用于在环氧胶层固化完成前固定连接双胶层转接块和支撑法兰。
20.进一步的，上述双胶层热匹配反射镜支撑结构，还包括导热带；
21.导热带两端分别粘接于反射镜和支撑法兰，用于将热量由反射镜传递至支撑法兰。
22.进一步的，导热带采用石墨材料；
23.导热带的个数＞1，各导热带与支撑法兰的粘接点沿支撑法兰均匀分布。
24.进一步的，若干组双胶层热匹配反射镜支撑结构沿反射镜边缘分布。
25.进一步的，双胶层转接块的小段的端面尺寸小于大段的端面尺寸。
26.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
27.(1)本发明创造性的提供一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，利用双胶层转接块，为支撑法兰与反射镜提供了一种可靠的连接形式，实现两个环氧胶层变形互相补偿，有效减小因环氧胶变形导致的镜面变形；
28.(2)本发明通过对各部件尺寸的设计，大幅降低了宽温度范围内胶层热变形对反射镜的影响，实现宽温度范围下反射镜面形与空间位置的高稳定支撑；
29.(3)本发明给出了双胶层转接块中两个粘接面之间距离的计算公式，具有普适性，能够灵活的应用于多种结构和尺寸的支撑结构的设计，有利于提高生产效率；
30.(4)本发明设计了安装定位组件，最大限度的提高了安装精度，且结构简单，拆卸方便；
31.(5)本发明利用导热带减小了反射镜与支撑法兰的温差，延长了反射镜在高热环境下的工作时长。
附图说明
32.图1为本发明双胶层热匹配反射镜支撑结构示意图；
33.图2为本发明双胶层热匹配反射镜支撑结构中各尺寸关系示意图；
34.图3为本发明固化过程中定位螺钉、调整垫片位置示意图，其中(a)为侧视图，(b)为剖视图；
35.图4为本发明导热带示意图；
36.图中：1-反射镜，2-双胶层转接块，3-支撑法兰，4-环氧胶层，5-调整垫片，6-定位螺钉，7-导热带。
具体实施方式
37.下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
38.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
39.本发明提供一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，实现大温度范围内扩束镜头反射镜面形与相对位置的高度稳定。本发明支撑结构用于支撑反射镜，包括双胶层转接块、支撑法兰、环氧胶层，还可以进一步包括调整垫片、定位螺钉、导热带。反射镜与支撑法兰通过双胶层转接块进行连接，双胶层转接块两端分别通过环氧胶层与反射镜、支撑法兰粘接，两处环氧胶层厚度一致；支撑法兰支撑反射镜，提供与外部框架之间的机械接口；调整垫片用于在胶固化过程中控制双胶层转接块与支撑法兰、反射镜之间的间距一致；定位螺钉用于在胶固化过程中固定双胶层转接块与支撑法兰、反射镜之间相对位置；导热带两端分别粘接于反射镜与支撑法兰，用于将反射镜吸收的能量传递到支撑法兰，减少反射镜与支撑法兰之间的温差。
40.更加具体的，本发明一种双胶层热匹配反射镜支撑结构包括双胶层转接块、支撑法兰、环氧胶层，可选的，还包括调整垫片、定位螺钉、导热带。
41.支撑法兰用于支撑反射镜，提供与外部框架的机械接口。
42.反射镜与支撑法兰之间通过双胶层转接块连接，双胶层转接块一端与反射镜通过环氧胶层粘接，另一端与支撑法兰通过环氧胶层粘接。
43.可选的，两处环氧胶层厚度一致。
44.结构在温度变化δt时，沿反射镜径向的尺寸变化量为：
45.δli＝li
·
αi
·
δt i＝1,2,3,4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
46.式中l1表示反射镜几何中心到其边缘注胶处的长度，l2表示环氧胶层的厚度，l3表示双胶层转接块两个粘接面之间的距离，l4表示反射镜几何中心到支撑法兰粘接面处的距离；δl1～δl4分别表示温度变化δt时l1～l4的热变形；α1～α4分别表示反射镜、环氧胶层、双胶层转接块、支撑法兰的热膨胀系数。
47.l1、l2、l3、l4满足如下关系：
48.l4+l2＝l3+l1+l2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
49.温度变化δt时，上述热变形的匹配关系如下：
50.l4+δl4+l2+δl2＝l3+δl3+l1+δl1+l2+δl2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
51.联立式(2)、式(3)，得到结构热变形相匹配时，l1、l2、l3、l4关系如下：
52.l3＝(l4
·
α4-l1
·
α1)/α3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
53.可以通过调整l4、l1尺寸，或更换材料改变α1、α4避免双胶层转接块无法穿透法兰。
54.调整垫片用于将双胶层转接块与反射镜、支撑法兰之间的间距调整一致。
55.定位螺钉用于环氧胶层固化过程中保持双胶层转接块的空间位置。
56.调整垫片、定位螺钉在环氧胶层固化后从支撑结构上拆除。
57.导热带将反射镜的热量转移到支撑法兰，降低反射镜升温速率，减小反射镜与支撑法兰的温差。
58.实施例：
59.本实施例将结合附图1～4进行详细说明。
60.如图1，一种双胶层热匹配反射镜支撑结构，用于支撑反射镜1，包括双胶层转接块2、支撑法兰3、环氧胶层4、调整垫片5、定位螺钉6、导热带7。
61.本实施例中，反射镜1选用热膨胀系数为0.5e-6的光学石英玻璃。
62.支撑法兰3用于支撑反射镜1，提供与外部框架的机械接口。
63.反射镜1与支撑法兰3之间通过双胶层转接块2连接，双胶层转接块2一端与反射镜1通过环氧胶层4粘接，另一端与支撑法兰3通过环氧胶层4粘接。
64.双胶层转接块2、支撑法兰3选用热膨胀系数为0.5e-6的殷钢材料。
65.两层环氧胶层4厚度一致。
66.双胶层热匹配反射镜支撑结构在温度变化δt时，沿反射镜1径向的热变形为：
67.δli＝li
·
αi
·
δt i＝1,2,3,4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
68.如图2，式中l1表示反射镜1几何中心到其边缘注胶处的长度，l2表示环氧胶层4的厚度，l3表示双胶层转接块2两个粘接面之间的距离，l4表示反射镜1几何中心到支撑法兰3粘接面处的距离；δl1～δl4分别表示温度变化δt时l1～l4的热变形；α1～α4分别表示反射镜1、环氧胶层4、双胶层转接块2、支撑法兰3的热膨胀系数。
69.l1、l2、l3、l4满足如下关系：
70.l4+l2＝l3+l1+l2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
71.温度变化δt时，上述热变形的匹配关系如下：
72.l4+δl4+l2+δl2＝l3+δl3+l1+δl1+l2+δl2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
73.联立式(2)、式(3)，得到结构热变形相匹配时，l1、l2、l3、l4关系如下：
74.l3＝(l4
·
α4-l1
·
α1)/
·
α3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
75.如图3，调整垫片5用于将双胶层转接块2与反射镜1、支撑法兰3之间的间距调整一致。在图3所示双胶层转接块四个顶点处的注胶孔周围涂胶。
76.定位螺钉6用于环氧胶层4固化过程中保持双胶层转接块2的空间位置。
77.调整垫片5、定位螺钉6在环氧胶层4固化后从支撑结构上拆除。
78.如图4，导热带7将反射镜1的热量转移到支撑法兰3，减小反射镜1与支撑法兰3的温差。
79.本实施例中，导热带7选用石墨材料。
80.仿真结果表明，在温度变化30℃时，相对常规的框式支撑形式，本发明反射镜的面形变化由124nm下降至21nm，本发明能够有效减小镜面变形。
81.以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
82.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。