一种金属反射镜组结构和加工方法与流程

本发明涉及反射镜，具体为一种金属反射镜组结构和加工方法。

背景技术：

1、随着现代技术的发展，光电载荷向着高分辨率、长焦距、低成本、轻小型发展，航空相机作为机载光电平台的有效载荷，其组件所处的工作环境较为严苛，受到振动、冲击和热载荷影响。航空相机在复杂的环境下，其温度变化将引起光学元件折射率变化，面形发生改变，机械结构的变形将导致光学元件产生离轴、离焦和相对倾斜等问题降低成像质量，如何使光学元件保持高的定位精度和面形精度来获取清晰的图像信息，成为设计关键。

2、反射式、折反式光学系统广泛应用于可见光、红外及复合式系统成像领域，其反射镜作为反射式光学系统的重要部件，是成像质量优劣的关键元件，随着单点金刚石车削技术(spdt)的不断提高，金属反射镜以快速低成本制造等优点已成功应用于光学成像领域。其中以铝合金为代表的金属材料得到广泛应用，铝合金材料具有良好的可加工性，往往航空相机支撑框架均采用航空铝合金材料，可与反射镜材料特性一致，使光学系统具备良好的环境适应性。且可通过车削的方式直接加工到满足红外系统成像使用要求，也可通过抛光等处理达到更高的面形精度满足可见光系统成像使用要求。

3、现有技术中公开有一种可拆卸的柔性支撑组件，该结构包括反射镜10，柔性支撑件20，所述的柔性支撑件20通过螺钉与所述的反射镜10固定连接。柔性支撑件20设有柔性槽，可以卸载一定的安装应力和环境热应力，且两者材料一致，但也存在一定的缺点：

4、反射镜10和柔性支撑件20采用独立加工，然后再组装。反射镜10加工时，加工工装直接与反射镜10背部法兰连接，紧固螺钉后容易引入安装应力，在拆除螺钉后，将会导致反射镜面形发生改变；

5、柔性支撑件20加工完成与反射镜10安装过程中，即使二者安装面面度优于0.003mm，但二者误差累计易引入安装应力，同时紧固螺钉也容易引入安装应力，都将引起反射镜10面形发生改变；

6、柔性支撑件20对外安装面与反射镜10加工基准面，基准不统一，将导致反射镜10光轴与柔性支撑件20安装面不垂直，引入倾斜误差，不利于整机装调；

7、柔性支撑件20与发射镜10装配后，因柔性支撑件20为三块独立结构，其柔性支撑件20对外安装面本身存在高度差，装配后高度误差发生累计，容易引起额外的安装应力，柔性支撑件20虽有柔性结构，但柔性结构距离镜面较近，容易将应力传递至镜面，将导致面形发生改变；

8、柔性支撑件20与反射镜10安装接口在反射镜背部，距离反射镜10质心较远，由于反射镜口径大，质量重，当反射镜发生旋转使用时，其自身重力将引入额外力矩，产生机械应力，将导致面形发生改变。

9、综上所述，为此，我们提出一种实用性更高的金属反射镜组结构和加工方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种金属反射镜组结构和加工方法，解决了现有的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种金属反射镜组结构.一种金属反射镜组结构，包括反射镜、支撑背板和螺钉，反射镜形状可为圆形、矩形或椭圆形的金属反射镜，通过螺钉将支撑背板与反射镜进行固连，采用组合加工方式，加工反射镜镜面，反射镜采用半嵌入式安装到支撑背板上，结构紧凑，安装螺钉采用清根处理，较小安装应力；

3、所述反射镜包括三个柔性支撑环，每个所述柔性支撑环设有两个螺纹孔，一个安装面，两组柔性槽，半封闭式轻量化结构，扇形轻量化结构，内孔面，镜面，其中，每组所述柔性槽包括第一柔性槽、第二柔性槽；

4、所述支撑背板包括三个对外安装接口，三个反射镜安装平面，扇形轻量化结构，外环面，反射镜与支撑背板每组安装接口应用两个螺钉进行固连，螺钉帽涂d或gd进行防松处理；

5、所述反射镜通过三个安装面分别与支撑背板的三个安装面进行接触，所述内孔面与外环面同轴进行装配，每组接口通过两个螺钉进行固连，加工工装与支撑背板对外接口进行固连，可保证光学加工基准面与实际安装基准面基准一致，可保证光轴与背板对外安装接口基准面垂直，同时加工工装与支撑背板外环面同轴装配，可保证加工过程中光轴与支撑背板外环面同轴，减小整机装调难度，利于整机装调；加工工装需与反射镜进行辅助支撑，可在工装和反射镜之间填充光学胶或着石蜡等，已减小加工过程中离心力对加工精度的影响。

6、优选的，每个所述柔性支撑环呈把手形状，120°均布布置，其中心连线交于镜体中心，径向位于反射镜外侧，轴向位于反射镜质心位置。

7、优选的，每个所述柔性环上设有两组第一柔性槽、第二柔性槽，且贯穿柔性支撑环，所述第一柔性槽开口朝向安装面，所述第二柔性槽开口朝向镜面，两组所述柔性槽相互平行，所述柔性槽深度方向与安装面垂直，两组所述柔性槽设有圆角，可采用慢走丝加工，靠近安装面一侧的柔性槽开口方向朝向安装面，另一个柔性槽开口方向朝向镜面，可延长应力传递到镜面的路径，两组柔性槽相互平行，垂直于安装面，其柔性槽数量、开口宽度和深度可根据反射镜动态刚度性能及面形精度要求进行调整。

8、优选的，所述半封闭式轻量化结构，由内孔和外孔组成，所述内孔直径大于外孔，所述内孔设有圆角，此结构可采用t型刀进行加工，圆角有利于减小应力集中，此结构有助于提高反射镜镜体刚度，搭配扇形轻量化结构，轻量化率高，镜体刚度高。

9、优选的，所述反射镜和支撑背板材料属性一致，可采用铝合金、铍铝合金、硅铝合金中的任意一种材料，所述螺钉采用不锈钢材料。

10、优选的，采用组合加工形式加工镜面。

11、优选的，三组所述安装面可通过机加和研磨处理满足平面度不大于0.003mm要求，安装面平面度不大于0.003mm，且每组安装接口共面。

12、优选的，所述第一柔性槽、第二柔性槽均采用慢走丝加工。

13、优选的，所述半封闭式轻量化结构采用t型刀进行加工。

14、优选的，所述螺钉采用车削清根处理。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、本发明设置的反射镜与支撑背板采用同种金属材料，材料属性一致，材料导热系数高，可快速达到热平衡，使反射镜组减小了热应力，环境适应性更广，有助于使反射镜保持高的面形精度；

17、本发明设置的反射镜与支撑背板先独立进行机械加工，而后装配后进行光学组合加工镜面，后不再拆卸，作为组件进行装配，有助于减小反射镜单独加工和装配带来的安装应力，支撑背板对外安装接口距离反射镜镜面较远，其安装应力传递路径长，有助于使反射镜保持高的面形精度；

18、本发明设置的反射镜柔性环采用把手形状，支撑跨距大，应力传播路径长，支撑刚度大，对中大口径反射镜支撑效果显著，刚体位移小同时具备一定柔性，加之设有两组柔性槽，可有效依靠于自身变形来对机械应力和热应力进行卸载，实现反射镜低应力安装，试用于复杂的力、热耦合环境，保证镜面具备高的面形精度；

19、本发明设置的反射镜背部半封闭式轻量化结构，可有效提高反射镜镜体刚度，避免自身变形，带来额外应力，影响镜面面形精度；

20、本发明设置的反射镜、支撑背板先独立加工，后组合加工，轻量化率高，重量轻，刚度大，半嵌入式安装，结构紧凑，易加工。