一种真空容器内光学检测架的隔振机构的制作方法
【专利摘要】一种真空容器内光学检测架的隔振机构涉及光学精密检测振动隔离【技术领域】，技术方案是：光学检测架通过支撑臂和支撑立柱固定到隔振器上，或者光学检测架通过支撑臂和吊杆固定到隔振器上，真空容器筒壁竖向中部位置设有凸形腔体，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与支撑立柱连接，支撑立柱垂直贯穿凸形腔体壳下部壁后固定到隔振器上；或者，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与吊杆连接，吊杆垂直贯穿凸形腔体壳上部壁后固定到隔振器上。本发明可以使光学平台及其荷载的重心接近隔振装置的弹性平面，避免整个隔振系统出现摇摆和不稳定现象。
【专利说明】一种真空容器内光学检测架的隔振机构
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及光学精密检测振动隔离【技术领域】，尤其涉及一种真空容器内光学检测架的隔振机构，特别适合内径6米以上的大型真空容器内光轴垂直与水平指向状态下的光学精密检测。
【背景技术】
[0002]光学检测的准确度常受限于检测装置的质量和检测环境的稳定性。光传播路径内的大气扰动和传递到检测装置的振动是两个常见的由检测环境引入的误差源。在真空环境中进行精密光学检测是解决大气扰动的最佳办法，对检测装置与被检测件的隔振成为精密光学检测的关键技术。当前，世界科技发达国家为研发大口径、高分辨力空间光学载荷，都研制或升级改造了大型空间环境模拟试验设备和与之配套使用的大口径光学检测装置作为基础保障条件。其中，光轴垂直指向状态下检测大口径光学元件或光学系统能消除重力的影响，更接近真实空间环境中的微重力状态，获得与在轨性能一致的检测结果。
[0003]对于卧式真空容器内的光学检测架，常采用光学检测架的支撑立柱贯穿真空容器底部筒壁后固定到隔振平台的隔振方式，参见公开文献LowryHS, etal..DevelopmentofHWILTestingCapabiIitiesforSatelIiteTargetEmulationat AEDC[C].2006AdvancedMaui0pticalandSpaceSurveiIIanceTechnologies Conference, 2006:p.E12。但当载荷在水平方向振动时，若其质量 中心高于隔振系统的刚度中心，就会产生摇摆现象。如果质量中心高于刚度中心很多，整个隔振系统则会出现不稳定。
[0004]针对立式中型真空容器内光轴垂直指向状态下的光学检测，1991年美国CBI公司采用了摇篮式整体隔振方式，参见公开文献DohognePW, CarpenterffA.0pticaltestingcryogenicthermalvacuumfacility[C].16thSpaceSimulation Conference.1990:113-132,即将其真空低温容器整体置于隔振平台上。因该容器(Φ3.5πιΧ7πι)的质量不很大，这种隔振方式是合理的。但对质量达数百吨的大型容器，摇篮式整体隔振方式不仅难以实现，且容器及其附属设备(如真空泵等)的振动也会影响光学系统安装面的稳定性。
[0005]大光学检测设施(LOTF)【参见公开文献SergeevPA, etal..Vibration-1solatedopticalbenchoftheLargeOpticalTestFacility(LOTF)Verticalfortestingspacetelescopes [C].Proc.SPIE2478, 1995:336-347】是俄罗斯圣彼得堡光学研究所于1995年建造的、用于模拟空间环境条件的大口径空间光学载荷光轴垂直指向状态下的检测与试验。LOFT的光学检测架位于真空容器外，为立式钢筋混凝土圆筒壳状结构，内径13m、厚0.3m、高43m、质量达4240t，通过32个隔振器悬挂到建筑结构顶板。光学检测架通过上端承载结构刚性悬挂真空容器内的光学检测装置，通过下端承载结构刚性支撑真空容器内的被检测件。该单摆式隔振机构过于庞大，基础设施建造成本高。
[0006]为对开普勒太空望远镜进行光轴垂直指向状态下的光学检测，2008年美国波尔航空航天技术公司在其TV511空间环境模拟试验设备中设计制造了垂直准直装置(VCA)，参见公开文献 MartellaMA, etal..0pticaltestingoftheKepler PhotometerinathermalvacuumenvironmentatBalIAerospace [C].Proc.SPIE7436, 2009:74360S-74360S-9。VCA 的隔振方式是将光学检测架整体悬挂在设有三组真空兼容隔振器的真空容器壁顶部的圆环上。因开普勒太空望远镜及光学检测架的外形尺寸较小、重量较轻，这种单摆式整体悬挂隔振方式是合理的。但如果检测装置与被检测件相距较远、质量中心偏离隔振系统的刚度中心很多，整个隔振系统也会出现不稳定现象。
[0007]上述大型真空设备的光学检测架的隔振方式都存在不足之处。其中支撑立柱或吊杆均在底部或顶部位置贯穿真空容器壁，未见在竖向中部位置贯穿真空容器壁的摇篮式光学检测架隔振机构。
【发明内容】
[0008]为了克服现有真空设备的光学检测架隔振方式的不足，本发明提供了一种真空容器内光学检测架的隔振机构。
[0009]本发明采取的技术方案如下:
[0010]一种真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征是:光学检测架通过支撑臂和支撑立柱固定到隔振器上，或者光学检测架通过支撑臂和吊杆固定到隔振器上，真空容器筒壁竖向中部位置设有凸形腔体，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与支撑立柱连接，支撑立柱垂直贯穿凸形腔体壳下部壁后固定到隔振器上；或者，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与吊杆连接，吊杆垂直贯穿凸形腔体壳上部壁后固定到隔振器上。
[0011]上述凸形腔体由腔体壳与开孔的真空容器筒壁连接构成，或者，是真空容器筒壁做成的凸形环状腔体结构。
[0012]上述支撑立柱或吊杆垂直贯穿凸形腔体壳壁处设有真空密封法兰，真空密封法兰的真空密封件为挠性或柔性器件。
[0013]上述支撑立柱或吊杆直接固定到隔振器上；或先固定到隔振器平台后，隔振器平台再固定到隔振器上。
[0014]在光学检测架的底部或顶部设有阻尼装置。真空容器内设有光学检测架的卸载支承台。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]I)本发明的隔振机构采用的摇篮式悬浮隔振方式可以使隔振机构及其载荷的质量中心接近隔振器的刚度中心，避免出现摇摆和不稳定现象；
[0017]2)本发明的隔振机构采用的整体式隔振方式可以使检测装置与被检测件固定在处于同一个光学检测架的安装平台上，保证二者振动时不会出现相位差；
[0018]3)本发明的隔振机构的支撑立柱或吊杆在贯穿真空容器壁处的真空密封件为挠性或柔性器件，避免了因容器的振动、抽真空后容器的形变对光学系统安装面所带来的不利影响；
[0019]4)本发明的隔振器置于真空容器外，避免了在低温真空环境中使用真空兼容隔振器，增强了隔振系统的可靠性与易维修维护性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明真空容器内光学检测架的隔振机构的结构示意图。[0021]图2为本发明实施例1的应用示意图。
[0022]图3为本发明实施例2的应用示意图。
[0023]图4为本发明实施例3的应用示意图。
[0024]图5为本发明实施例4的应用示意图。
[0025]图6为本发明实施例5的应用示意图。
[0026]图7为本发明实施例6的应用示意图。
[0027]图8为本发明实施例7的应用示意图。
[0028]图9为本发明实施例8的应用示意图。
[0029]图10为本发明实施例9的应用示意图。
[0030]图中:1.真空容器，2.检测装置，3.光学检测架，4.真空容器筒壁，5.支撑臂，
6.真空密封件，7.凸形腔体，8.真空密封法兰，9.支撑立柱，10.隔振器平台，11.被检测件，12.隔振器，13.卸载支承台，14.阻尼装置，15.隔振器基础，16.容器支座，17.地基，
18.隔振器支架，19.吊杆。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0032]实施例1
[0033]对立式真空设备，采用图2所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0034]结合图1和图2所示，检测装置2和被检测件11分别放置在真空容器I内光学检测架3的上部和下部的安装平台上。光学检测架3的支撑臂5伸到真空容器筒壁4竖向中部位置的凸形腔体7内，并与支撑立柱9连接。支撑立柱9垂直贯穿凸形腔体7下部的真空密封法兰8后，固定到隔振器12，隔振器基础15支承隔振器12。在光学检测架3的底部可设有阻尼装置14 (例如磁阻尼器)，用于抑制光学检测架3的低频摆动。
[0035]其中，凸形腔体7为腔体壳与开孔的真空容器筒壁4连接(例如法兰连接或固定焊接)构成的结构。真空密封法兰8的真空密封件6为挠性或柔性器件(例如金属波纹膜片或不锈钢波纹管)，挠性或柔性器件的形变补偿光学检测架3升降产生的位移和抽真空时容器的形变。真空容器通过容器支座16固定在地基17上。当光学检测架3不需要悬浮或建造、维修时，可坐落在真空容器I内的卸载支承台13上。检测装置2与被检测件11的位置可以互换。阻尼装置14也可设在光学检测架3的顶部。结构设计中，隔振机构及其载荷的质量中心落在隔振器12形成的刚度中心。
[0036]实施例2
[0037]对立式真空设备，采用图3所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0038]实施例2与实施例1的不同之处在于:实施例2增加了隔振器平台10。实施方式是:支撑立柱9垂直贯穿凸形腔体7下部的真空密封法兰8后，固定到隔振器平台10。隔振器12支承隔振器平台10，隔振器基础15支承隔振器12。其余实施方式与实施例1相同。
[0039]实施例3
[0040]对立式真空设备，采用图4所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0041]实施例3与实施例1的不同之处在于:实施例3去除了实施例1的隔振器基础15，增加了隔振器支架18。实施方式是:隔振器支架18支承隔振器12。
[0042]其中，隔振器支架18为在凸形腔体7下方设立的隔振器支承结构，该支架固定到真空容器筒壁4。其余实施方式与实施例1相同。
[0043]实施例4
[0044]对立式真空设备，采用图5所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0045]实施例4与实施例1的不同之处在于:实施例4去除了实施例1的隔振器基础15，增加了隔振器平台10和隔振器支架18。实施方式是:支撑立柱9垂直贯穿凸形腔体7下部的真空密封法兰8后，固定到隔振器平台10。隔振器12支承隔振器平台10，隔振器支架18支承隔振器12。
[0046]其中，隔振器支架18为在凸形腔体7下方设立的隔振器支承结构，该支架固定到真空容器筒壁4。其余实施方式与实施例1相同。
[0047]实施例5
[0048]对立式真空设备，采用图6所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0049]检测装置2和被检测件11分别放置在真空容器I内光学检测架3的上部和下部的安装平台上。光学检测架3的支撑臂5伸到真空容器筒壁4竖向中部位置的凸形腔体7内，并与吊杆19连接。吊杆19垂直贯穿凸形腔体7上部的真空密封法兰8后，固定到隔振器12。隔振器支架18支承隔振器12。在光学检测架3的底部设有阻尼装置14(例如磁阻尼器)，用于抑制光学检测架3的低频摆动。
[0050]其中，凸形腔体7为腔体壳与开孔的真空容器筒壁4连接(例如法兰连接或固定焊接)构成的结构。真空密封法兰8的真空密封件6为挠性或柔性器件(例如金属波纹膜片或不锈钢波纹管)，挠性或柔性器件的形变补偿光学检测架3升降产生的位移和抽真空时容器的形变。隔振器支架18为在凸形腔体7上方设立的隔振器支承结构，该支架固定到真空容器筒壁4或固定到周围建筑结构。真空容器通过容器支座16固定在地基17上。当光学检测架3不需要悬浮或建造、维修时，可坐落在真空容器I内的卸载支承台13上。检测装置2与被检测件11的位置可以互换。阻尼装置14也可设在光学检测架3的顶部。结构设计中，隔振机构及其载荷的质量中心落在隔振器12形成的刚度中心。
[0051]实施例6
[0052]对立式真空设备，采用图7所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0053]实施例6与实施例5的不同之处在于:实施例6增加了隔振器平台10。实施方式是:吊杆19垂直贯穿凸形腔体7上部的真空密封法兰8后，固定到隔振器平台10。隔振器12支承隔振器平台10，隔振器支架18支承隔振器12。其余实施方式与实施例5相同。
[0054]实施例7
[0055]对卧式真空设备，采用图8所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴水平指向状态下的光学检测。[0056]检测装置2与被检测件11分别放置在真空容器I内的光学检测架3的安装平台上。光学检测架3的支撑臂5伸到真空容器筒壁4竖向中部位置的凸形腔体7内，并与支撑立柱9连接。支撑立柱9垂直贯穿凸形腔体7下部的真空密封法兰8后，固定到隔振器12，隔振器基础15支承隔振器12。
[0057]其中，凸形腔体7为腔体壳与开孔的真空容器筒壁4连接(例如法兰连接或固定焊接)构成的结构。真空密封法兰8的真空密封件6为挠性或柔性器件(例如金属波纹膜片或不锈钢波纹管)，挠性或柔性器件的形变补偿光学检测架3升降产生的位移和抽真空时容器的形变。真空容器通过容器支座16固定在地基17上。当光学检测架3不需要悬浮或建造、维修时，可坐落在真空容器I内的卸载支承台13上。在光学检测架3的底部可设有阻尼装置14 (例如磁阻尼器)，用于抑制光学检测架3的低频摆动。结构设计中，隔振机构及其载荷的质量中心落在隔振器12形成的刚度中心。
[0058]实施例8
[0059]对卧式真空设备，采用图9所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴水平指向状态下的光学检测。
[0060]实施例8与实施例7的不同之处在于:实施例8增加了隔振器平台10。实施方式是:支撑立柱9垂直贯穿凸形腔体7下部的真空密封法兰8后，固定到隔振器平台10。隔振器12支承隔振器平台10，隔振器基础15支承隔振器12。其余实施方式与实施例7相同。
[0061]实施例9
[0062]对立式真空设备，采用图10所示的隔振机构在真空容器内的光学检测架上实现光轴垂直指向状态下的光学检测。
[0063]实施例9与实施例1的不同之处在于:实施例9中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例1相同。
[0064]实施例10
[0065]实施例10与实施例2的不同之处在于:实施例10中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例2相同。
[0066]实施例11
[0067]实施例11与实施例3的不同之处在于:实施例11中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例3相同。
[0068]实施例12
[0069]实施例12与实施例4的不同之处在于:实施例12中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例4相同。
[0070]实施例13
[0071]实施例13与实施例5的不同之处在于:实施例13中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例5相同。
[0072]实施例14
[0073]实施例14与实施例6的不同之处在于:实施例14中，凸形腔体7为由真空容器筒壁4直接做成的凸形环状腔体结构。其余实施方式与实施例6相同。
【权利要求】
1.一种真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征是:光学检测架通过支撑臂和支撑立柱固定到隔振器上，或者光学检测架通过支撑臂和吊杆固定到隔振器上，真空容器筒壁竖向中部位置设有凸形腔体，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与支撑立柱连接，支撑立柱垂直贯穿凸形腔体壳下部壁后固定到隔振器上；或者，光学检测架的支撑臂伸到所述凸形腔体内与吊杆连接，吊杆垂直贯穿凸形腔体壳上部壁后固定到隔振器上。
2.根据权利要求1所述的真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征在于，所述凸形腔体由腔体壳与开孔的真空容器筒壁连接构成，或者，是真空容器筒壁做成的凸形环状腔体结构。
3.根据权利要求1所述的真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征在于，所述支撑立柱或吊杆垂直贯穿凸形腔体壳壁处设有真空密封法兰，真空密封法兰的真空密封件为挠性或柔性器件。
4.根据权利要求1所述的真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征在于，所述支撑立柱或吊杆直接固定到隔振器上；或先固定到隔振器平台后，隔振器平台再固定到隔振器上。
5.根据权利要求1所述的真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征在于，在光学检测架的底部或顶部设有阻尼装置。
6.根据权利要求1所述的真空容器内光学检测架的隔振机构，其特征在于，真空容器内设有光学检测架的卸载支承台。
【文档编号】G01M11/02GK103940589SQ201410114728
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】刘立杰 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所