基于運動學平衡的反射鏡支撐機構的制作方法
【專利摘要】基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，涉及一種反射鏡支撐機構，解決現有采用三點柔性支撐結構存在軸向剛度大于徑向，導致反射鏡的基頻較低，且不適合在重力作用下的變方位運動的反射鏡的應用及對反射鏡的形狀有所限制，包括底板、中心側支撐組件和柔性三點底支撐，中心側支撐組件位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐固定在底板上并配合中心側支撐組件完成定位；中心側支撐組件由中心粘接環、膜片和芯軸組成，中心粘接環通過光學結構膠固定在反射鏡中心孔內的重心平面處，芯軸的一端固定在底板上，芯軸的另一端通過膜片與芯軸連接孔固定膜片，膜片通過膜片與中心粘接環連接孔與中心粘接環連接。本發明運用于大口徑地基望遠鏡系統中的反射鏡的支撐。
【專利說明】基于運動學平衡的反射鏡支撐機構
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種反射鏡支撐機構，它在通常軸向三點柔性支撐的基礎上，外加使 用膜片、芯軸及中心粘接環的側支撐來約束反射鏡的兩個平移自由度以及繞光軸的轉動自 由度，從而實現所有自由度的約束，并且不過約束，使支撐解耦，達到運動學平衡。可用于地 基大口徑光電望遠鏡中的一些反射鏡的支撐。
【背景技術】
[0002] 在大口徑地基光電望遠鏡的光路系統中，反射鏡是其中的關鍵部分，如次鏡系統、 三鏡系統、庫德光路系統中的反射鏡，其自身的面型對系統的成像有很大影響；因此要求這 些反射鏡能夠在重力以及溫度變化的影響下擁有良好的面型，其中溫度的影響更大，尤其 是隨著望遠鏡口徑的增加，反射鏡尺寸越大，溫度效應越加明顯。地基光電設備通常要求在 較大的溫度范圍內正常工作，因此需要反射鏡及其支撐機構能夠在溫度變化時變形協調以 減少溫度應力；同時還要滿足重力影響下的面型要求，增加了支撐機構的設計、制作難度。
[0003] 傳統的反射鏡經常采用周邊支撐的方式，例如壓邊支撐，其過約束雖能令反射鏡 在重力作用下的面型較好，但壓邊支撐占用徑向空間較大，其適合于小口徑反射鏡的支撐， 對徑向空間大小有限制要求的反射鏡系統并不適用。柔性支撐通常被用來減弱溫度效應 的影響，目前采用柔性桿來進行背部三點支撐已經被用于空間反射鏡上。但由于所采用的 三個桿為柔性設計，軸向剛度遠大于徑向，因此使反射鏡支撐在徑向上剛度較弱，導致反射 鏡的基頻較低；此種支撐方式相當于不完全約束，并不適合在重力作用下的變方位運動的 反射鏡，例如地基光電望遠鏡中的三鏡系統。Biapod支撐為一種采用柔性設計并且軸向徑 向剛度均較大的新型支撐方式，但Biapod支撐軸向尺寸大，并且其適用于圓形反射鏡的支 撐，對于橢圓形的反射鏡等并不適用。為此需要設計能夠完全約束所有自由度并且不過約 束的，即滿足運動學平衡的支撐機構，同時該支撐機構緊湊，適用性要廣泛。
【發明內容】
[0004] 本發明為解決現有采用三點柔性支撐結構存在軸向剛度大于徑向，導致反射鏡的 基頻較低，且不適合在重力作用下的變方位運動的反射鏡的應用，現有采用Biapod支撐結 構存在支撐軸向尺寸大，對反射鏡的形狀有所限制等問題，提供一種基于運動學平衡的反 射鏡支撐機構。
[0005] 基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，包括底板、中心側支撐組件和柔性三點底支 撐，中心側支撐組件位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐固定在底板上并配合中心側 支撐組件完成定位；所述中心側支撐組件由中心粘接環、膜片和芯軸組成，所述中心粘接環 通過光學結構膠固定在反射鏡中心孔內的重心平面處，芯軸的一端固定在底板上，芯軸的 另一端通過膜片與芯軸連接孔固定膜片，膜片通過膜片與中心粘接環連接孔與中心粘接環 連接。
[0006] 本發明的有益效果：本發明設計一種基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，以應對 重力及溫度效應的影響。通過使用膜片連接芯軸、中心粘接環的側支撐，來約束住徑向的兩 個平移自由度外加繞光軸的轉動自由度，同時又不對軸向的自由度造成影響，配合三點柔 性底支撐，后者約束軸向平移自由度以及兩個轉動自由度，實現所有自由度約束的同時，又 不過約束，使支撐解耦，滿足運動學平衡的要求；另外，中心粘接環的柔性設計使其能夠降 低溫度應力，注膠孔以及定位孔方便裝調；整個支撐機構緊湊，重量輕。本發明可運用于大 口徑地基望遠鏡系統中的反射鏡的支撐。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構示意圖；
[0008] 圖2為本發明所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構的中心側支撐組件剖視 圖；
[0009] 圖3為本發明所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構的中心側支撐組件主視 圖；
[0010] 圖4為本發明所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構的膜片示意圖；
[0011] 圖5為本發明所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構的中粘接環示意圖。
[0012] 圖中：1、底板，2、中心側支撐組件，3、柔性三點底支撐，4、中心粘接環，4-1、定位 孔，4-2、注膠孔，4-3、柔槽，5、膜片，5-1、膜片與芯軸連接孔，5-2、膜片與中心粘接環連接 孔，6、芯軸，7、鏡體中心孔。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0013] 一、結合圖1至圖5說明本實施方式，基于運動學平衡的反射鏡支撐 機構，主要由底板1、中心側支撐組件2以及柔性三點底支撐3組成；中心側支撐組件2位 于反射鏡的中心處，柔性三點底支撐3與中心側支撐組件2的相對位置經過有限元的優化 而定；
[0014] 所述中心側支撐組件2由膜片5、芯軸6外加中心粘接環4作為側支撐組件。中心 粘接環4通過光學結構膠六點膠合固定在反射鏡鏡體中心孔7內的重心平面處，中心粘接 環4與膜片5通過安裝螺釘緊穿過膜片與中心粘接環連接孔5-2固定，所述膜片5通過膜 片與芯軸連接孔與芯軸相連，從而實現反射鏡的側支撐，完成兩個平移自由度以及繞光軸 的轉動自由度的約束；配合柔性三點底支撐3,實現反射鏡的全約束，而且不過約束，達到 運動學的平衡，使支撐解耦，減小因變形不協調產生的集中應力。
[0015] 本實施方式中支撐膜片的軸向剛度很小而側向剛度很大，當膜片5固定在中心粘 接環4和芯軸6上時，可以保證放開軸向自由度，而約束住反射鏡徑向的兩個平移自由度及 繞法線的轉動自由度。
[0016] 本實施方式所述的芯軸6的采用鈦合金制作，以保證足夠剛度的同時減輕重量； 芯軸6 -端與膜片5通過緊固螺釘相連接，另一端由螺釘安裝固定在底板1上。
[0017] 本實施方式所述的中心粘接環4采用銦鋼制作，采用柔性設計，在六個粘接部位 設有柔槽4-3,柔槽4-3采用軸向貫通設計，并且根部為圓弧過渡，當溫度變化時此柔性設 計可以減小因材料熱膨脹系數不一致而導致的集中應力；同時粘接部位設計有貫通的注膠 孔4-2,方便進行與反射鏡的粘接，底面上還設有三個定位孔4-1，方便裝調時候進行定位； 采用六點粘接能夠保證足夠的粘接強度，粘接層的厚度通過中心粘接環與鏡體中心孔的間 隙配合來控制，配合公差為0. 02mm?0. 1mm。
[0018] 本實施方式中所述的柔性三點底支撐3與中心側支撐組件2的相對位置經過有限 元的優化而定，優化的數學模型如下所示。
【權利要求】
1. 基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，包括底板（1)、中心側支撐組件（2)和柔性三點 底支撐（3)，中心側支撐組件（2)位于反射鏡的中心，所述柔性三點底支撐（3)固定在底板 (1)上并配合中心側支撐組件（2)完成定位；其特征是， 所述中心側支撐組件（2)由中心粘接環（4)、膜片（5)和芯軸（6)組成，所述中心粘接 環（4)通過光學結構膠固定在反射鏡中心孔（7)內的重心平面處，芯軸（6)的一端固定在 底板⑴上，芯軸（6)的另一端通過膜片與芯軸連接孔（5-1)固定膜片（5)，膜片（5)通過 膜片與中心粘接環連接孔（5-2)與中心粘接環（4)連接。
2. 根據權利要求1所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，其特征在于，所述中心 粘接環（4)上設有定位孔（4-1)、注膠孔（4-2)和柔槽（4-3)，通過定位孔（4-1)用光學結 構膠將中心粘接環（4)固定在反射鏡中心孔（7)內的重心平面處，依次通過注膠孔（4-2)， 穿過柔槽（4-3)在中心粘接環（4)與反射鏡中心孔（7)的接觸面上注入光學結構膠。
3. 根據權利要求1所述的基于運動學平衡的反射鏡支撐機構，其特征在于，所述柔性 三點底支撐（3)與中心側支撐組件（2)的相對位置經過有限元的優化設定。
【文檔編號】G02B7/192GK104516088SQ201410787553
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】徐偉, 王建立, 陳寶剛, 吳小霞, 明名 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所