CN107748427B - 一种可拆卸的柔性支撑组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可拆卸柔性支撑装置，包括反射镜，所述反射镜的镜体上设有圆周法兰面；和至少三个柔性支撑件，每个柔性支撑件与所述反射镜连接且均布在所述圆周法兰面处，每个柔性支撑件上设有沉头孔、销钉孔、螺纹孔和至少一对交错正交的柔性槽。既可以降低柔性加工难度，又可以提高反射镜轻量化率的可拆卸柔性支撑结构。

Description

一种可拆卸的柔性支撑组件

技术领域

本发明涉及属于光学遥感技术领域，特别涉及一种可拆卸的柔性支撑组件。

背景技术

空间光学遥感器光学***的发展趋势是高轻量化率、轻小型、高分辨率、高集成度以及高性价比等。高精度的反射镜对于航空航天载荷具有重要的意义。光学***对地侦察、遥感、探测等领域获得高清晰度照片，可广泛应用于民用、军工、国防等领域。随着单点金刚石车削加工技术(SPDT)的发展，金属基反射镜以快速低成本制造等优点成功用于光学成像***中。

金属材料反射镜具有很高的性价比，具有良好的可加工性，可在反射镜上直接钻孔或攻丝，易于实现反射镜体与支撑结构的一体化设计，既可以减少反射镜支撑组件复杂性，又实现整个光学***的热特性匹配，实现整机被动无热化，可大大提高光学***的温度适应性。

金属反射镜利用SPDT加工时，需要反射镜具有较高的结构刚度，这就要求反射镜支撑结构具有高刚度的特点。而在反射镜装调过程中，支撑结构高的结构刚度会引入安装应力、环境热应力等。采用柔性支撑结构，可以隔离安装应力对反射镜镜面面形的影响，除此之外通过柔性支撑结构产生的变形可以吸收一定的振动和冲击，起到卸载应力的作用。

现有技术中公开有一种铝合金反射镜一体化设计，该反射镜结构由反射镜1，反射镜2，安装定位螺丝孔，第一柔性槽，第二柔性槽，第三柔性槽，第四柔性槽，轻量化结构组成的，并针对126mm口径主三反射镜进行有限元建模仿真,通过对反射镜自重分析、模态分析和加工离心力分析，得出设计的主三反射镜具有较高的动态刚度,多种工况下反射镜的镜面形变化均低于1/40λ(λ＝632.8nm),可应用于可见光***中,为金属反射镜的集成设计和制造提供一定的参考。但该反射镜柔性支撑结构存在以下缺点：a)柔性支撑与镜体一体化设计，反射镜镜面加工过程中由于柔性环节的存在容易产生镜面离心变形，因此只适合中小口径反射镜的支撑设计；b)柔性支撑结构与镜体为一体化设计，柔性支撑结构柔性槽加工难度大；c)反射镜背部与支撑结构之间相互干涉遮挡，不利于实现更高的轻量化率；d)反射镜柔性支撑结构的支撑刚度受限，只适合中小口径光学***。

现有技术中还公开有一种超大孔径光学反射镜多向柔性支撑结构，包括大口径反射镜、锥套和柔节；所述大口径反射镜背部120°圆周均布三个支撑孔，所述支撑孔的锥度与所述锥套的锥度相同，每个支撑孔与一个锥套配合并通过胶粘结固定，每个锥套通过螺钉和销钉固定一个柔节，所述柔节的上部通过螺钉与大口径反射镜的背部支撑板上的连接凸台连接；在大口径反射镜背部均匀布置有三个柔节，每个柔节中具有4个横向沟槽和2个纵向沟槽。这种结构大多应用在超大口径非金属反射镜的柔性支撑结构中，有如下缺点：1、支撑结构复杂，包含反射镜、柔节、锥套，包含多个安装环节；2、工艺复杂，反射镜与锥套使用胶粘接固定，粘接过程中需要监测镜面面形的稳定性，如若粘接失败，需要大量的时间进行泡胶清理，周期较长。这种超大孔径光学反射镜多向柔性支撑结构不利于实现快速制造，同时粘胶过程中的镜面变形量不易控制。

现有技术中还公开有一种轻质反射镜柔性支撑装置包括反射镜、挠性环形支撑座、连接架、顶杆和安装平台，反射镜正面为光学工作面，背面设置有圆形支撑孔，支撑孔周围设置有若干个加强筋；挠性环形支撑座位于反射镜的支撑孔中，挠性环形支撑座圆周方向边缘处设置有消应力狭缝，外壁上设置有数个与反射镜连接的粘结衬块；连接架位于挠性环形支撑座和安装平台之间，连接架端面设置有与顶杆配合形成运动副的球形槽；顶杆包括螺杆和设置在顶端的球头，顶杆通过螺纹连接安装在安装平台上。该装置可用于在空间光学仪器中对反射镜的支撑和姿态的精确调整。这种支撑结构仅适合小口径反射镜的柔性支撑，支撑刚度低，同时存在粘接过程中变形量不可控制的问题。

现有技术中还公开有一种一种轻质反射镜柔性支撑装置包括反射镜、挠性环形支撑座、连接架、顶杆和安装平台，反射镜正面为光学工作面，背面设置有圆形支撑孔，支撑孔周围设置有若干个加强筋；挠性环形支撑座位于反射镜的支撑孔中，挠性环形支撑座圆周方向边缘处设置有消应力狭缝，外壁上设置有数个与反射镜连接的粘结衬块；连接架位于挠性环形支撑座和安装平台之间，连接架端面设置有与顶杆配合形成运动副的球形槽；顶杆包括螺杆和设置在顶端的球头，顶杆通过螺纹连接安装在安装平台上。这种适合小口径反射镜的支撑结构，支撑刚度低，存在粘接件变形不可控的问题，这种方案与文件二类似，只是含有运动学调整机构，可调整反射镜的角度。

发明内容

如何设计一种柔性支撑结构实现金属反射镜处于加工状态保证镜体高刚度，而在反射镜装调时确保镜体高柔性是设计新型双面金属反射镜共基准同轴三反***或同轴四反***的关键技术。有鉴于此，本发明实施例提供了一种可拆卸的柔性支撑组件。

本发明提供的一种可拆卸柔性支撑装置，包括反射镜和至少三个柔性支撑件；所述反射镜的镜体上设有圆周法兰面；所述柔性支撑件与所述反射镜连接且均布在所述圆周法兰面处，每个柔性支撑件上设有沉头孔、销钉孔、螺纹孔和至少一对交错正交的柔性槽；一对交错正交的柔性槽包括：第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽，其中，所述第一横向柔性槽和所述第二横向柔性槽设置在所述柔性支撑件的同一水平位置，所述第一纵向柔性槽和所述第二纵向槽设置在所述柔性支撑件的同一水平位置，且所述第一横向柔性槽和/或第二横向柔性槽分别与所述第一纵向柔性槽和/或第二纵向柔性槽交错正交。这里的圆周法兰面指的是反射镜的镜体上安装有法兰的一面(即法兰连接安装面)，在本发明中，所述反射镜的镜体的背部设置有至少三个安装法兰，安装法兰用于实现反射镜镜面加工的安装与定位，安装法兰径向尺寸小，易于提高反射镜背部轻量化率，并保证反射镜加工过程中镜体具有高刚性，减少SPDT高转速加工引入的离心力变形问题；同时，在本发明的一些具体的实施例中，本发明的可拆卸柔性支撑装置是带有至少三个柔性结构的柔性支撑件，柔性支撑件可以进行独立加工，加工后利用时效处理释放加工应力。

可选地，在一些实施例中，每个柔性支撑件上设有2个沉头孔、2个销钉孔和2个螺纹孔。优选地，销钉孔位于沉头孔的两端，并且对称设置，以更好地保证安装位置精度。

可选地，在一些实施例中，每个柔性支撑件含有一对交错正交的柔性槽，本发明设计正交的柔性槽，保证柔性支撑件两个方向都具有柔性，实现运动学解耦。

可选地，在一些实施例中，所述一对交错正交的柔性槽包括第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽，所述第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽的槽宽为2mm-5mm。所述第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽为利用线切割电火花进行切割而成。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件通过螺钉与所述反射镜固定连接。反射镜镜面装调前将反射镜镜体安装法兰与柔性支撑结构利用螺钉和销钉进行安装定位，实现双面反射镜的柔性支撑。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件通过M6*15内六角圆柱头螺钉与所述反射镜固定连接。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件与所述反射镜之间还采用销钉定位，所述螺钉和销钉的端部涂抹有室温硫化硅橡胶。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件和所述反射镜的材质相同，均为金属材料。柔性支撑件与反射镜采用同一种材料，易于实现整机无热化。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件和所述反射镜所采用的材料选自铝合金、铍铝合金、硅铝合金中的一种。

可选地，在一些实施例中，所述反射镜的镜体的背部安装有法兰，所述法兰的表面平行度优于0.003mm。

可选地，在一些实施例中，所述柔性支撑件为“工”字型，但并不限于此形状。

本发明的有益效果：保证反射镜在加工状态利用镜体背部刚性法兰作为支撑连接，提高加工过程中的结构刚度，减少反射镜加工过程中镜面离心变形的影响。在反射镜装调前，径向安装至少三个柔性支撑结构来增加反射镜的柔性，以此卸载环境温度变化以及安装带来的应力，这种可拆卸的柔性支撑结构具有柔性槽加工难度小，反射镜轻量化率高，环境适应性强，拆卸方便，支撑刚度大的特点，可用于更大口径的光学***中。

附图说明

图1为根据本发明一实施例提供的反射镜的结构示意图；

图2为根据本发明一实施例提供的可拆卸柔性支撑装置的结构示意图；

图3为根据本发明一实施例提供的柔性支撑件的结构示意图；

图4为根据本发明一实施例提供的柔性支撑件的结构示意图。

附图标识：

100、可拆卸柔性支撑装置；10、反射镜；11、镜体；12、安装法兰；121、螺钉纹孔；20、柔性支撑件；21、沉头孔；22、销钉孔；23、螺纹孔；24、柔性槽；241、第一横向柔性槽；242、第二横向柔性槽；243、第一纵向柔性槽；244、第二纵向柔性槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1-2所示，本发明提供的一种可拆卸柔性支撑装置100，包括反射镜10和至少三个柔性支撑件20；所述反射镜的镜体11上设有圆周法兰面；所述柔性支撑件20与所述反射镜10连接且均布在所述圆周法兰面处，每个柔性支撑件20上设有沉头孔21、销钉孔22、螺纹孔23和至少一对交错正交的柔性槽24；一对交错正交的柔性槽24包括：第一横向柔性槽241、第二横向柔性槽242、第一纵向柔性槽243和第二纵向柔性槽244，其中，所述第一横向柔性槽241和所述第二横向柔性槽242设置在所述柔性支撑件20的同一水平位置，所述第一纵向柔性槽243和所述第二纵向槽244设置在所述柔性支撑件20的同一水平位置，且所述第一横向柔性槽241和/或第二横向柔性槽242分别与所述第一纵向柔性槽243和/或第二纵向柔性槽244交错正交。这里的圆周法兰面指的是反射镜的镜体上安装有安装法兰12的一面(即法兰连接安装面)，在本发明中，所述反射镜10的镜体11的背部设置有至少三个安装法兰12，安装法兰12用于实现反射镜镜面加工的安装与定位，安装法兰径向尺寸小，易于提高反射镜背部轻量化率，并保证反射镜加工过程中镜体具有高刚性，减少SPDT高转速加工引入的离心力变形问题；同时，在本发明的一些具体的实施例中，本发明的可拆卸柔性支撑装置100是带有至少三个柔性结构的柔性支撑件20，柔性支撑件可以进行独立加工，加工后利用时效处理释放加工应力。

本发明的柔性支撑件20圆周均布在反射镜10的镜体11的背面，优选地，每个柔性支撑件20通过两个螺钉和两个销钉实现与镜体11的安装定位。优选地，柔性槽24为矩形，每对柔性槽24深度对称。此外，所述柔性槽24还可以设置为菱形或其他四边形。优选地，每个柔性支撑件20含有两个沉头孔21，进一步优选为两个沉头螺钉孔，用于实现与镜体11的紧固。

如图3-4所示为根据本发明一实施例的柔性支撑件20的结构示意图。在具体的实施例中，每个柔性支撑件20上设有2个沉头孔21、2个销钉孔22和2个螺纹孔23。在一些具体的实施例中，每个柔性支撑件20含有一对交错正交的柔性槽24。在本发明中，每个柔性支撑件20可独立加工，且加工时可保证所有的沉头孔21、销钉孔22和螺纹孔23各自分布在一个同心圆内，保证柔性支撑件20与镜体11连接后的位置度。柔性支撑件20的柔性槽24采用线切割或者电火花的形式进行加工，增加反射镜的镜体11的背部支撑柔性，释放安装应力和环境热应力，保证镜面面形稳定，提高反射镜的环境适应性。

进一步优选地，在一些具体的实施例中，每个柔性支撑件20还设有两个销钉孔22，用于保证柔性支撑件20与镜体11重复连接时复位精度。进一步优选地，在一些具体的实施例中，柔性支撑件20的另一端设置两个螺纹孔23，用于实现反射镜10与柔性支撑件20组成的整个可拆卸柔性支撑装置100与光学***的安装定位。

在具体的实施例中，所述一对交错正交的柔性槽24包括第一横向柔性槽241、第二横向柔性槽242、第一纵向柔性槽243和第二纵向柔性槽244，所述第一横向柔性槽241、第二横向柔性槽242、第一纵向柔性槽243和第二纵向柔性槽244的槽宽为2mm-5mm，据反射镜柔性要求，槽宽越大，柔性越强。进一步优选地，所述第一横向柔性槽241、第二横向柔性槽242、第一纵向柔性槽243和第二纵向柔性槽244为利用线切割电火花进行切割而成。

在具体的实施例中，所述柔性支撑装置20通过螺钉(图中未示出)与所述反射镜10固定连接。反射镜镜面装调前将反射镜10的安装法兰12与柔性支撑件20利用螺钉(图中未示出)和销钉(图中未示出)进行安装定位，实现双面反射镜的柔性支撑。

在具体的实施例中，所述柔性支撑件20与所述反射镜10通过M6*15内六角圆柱头螺钉与所述反射镜固定连接，并利用相同的力矩锁紧。

在具体的实施例中，所述柔性支撑件20与所述反射镜10还采用销钉(图中未示出)定位，所述螺钉(图中未示出)和销钉(图中未示出)的端部涂抹有室温硫化硅橡胶。进一步优选地，采用Φ4mm销钉定位，所有的螺钉和销钉端部涂抹室温硫化GD414硅橡胶进行防松处理。

在具体的实施例中，所述柔性支撑件20和所述反射镜10的材质相同，均为金属材料。柔性支撑件与反射镜采用同一种材料，易于实现整机无热化。

在具体的实施例中，所述柔性支撑件20和所述反射镜10所采用的材料选自铝合金、铍铝合金、硅铝合金中的一种。在一些具体的实施例中，优选地，所述反射镜10的镜体11的外形尺寸为Φ360mm。

在具体的实施例中，所述反射镜的镜体的背部安装有法兰，所述法兰的表面平行度优于0.003mm。

在一些具体的实施例中，反射镜10的背部加工轻量化结构，实现镜体轻量化。进一步优选地，在一些具体的实施例中，对柔性支撑件20与镜体11连接的基准面进行研磨，从而更好地保证安装精度。

在发明的一些具体的实施例中，优选地，本发明提供的为金属反射镜的可拆卸柔性支撑装置100，该可拆卸柔性支撑装置100包括反射镜的镜体11和三个呈120°均布的柔性支撑件20，每个柔性支撑件20包含相互正交的柔性槽24、一对沉头螺钉孔21、一对销钉孔22以及一对螺纹孔23。反射镜的镜体11上设有安装法兰12，每个安装法兰12包含两个螺钉纹孔121。在反射镜镜面SPDT加工时，利用安装法兰12的螺钉纹孔121进行安装定位，保证反射镜镜面加工时较高的结构刚度。反射镜镜面加工结束后，将柔性支撑件20上的沉头螺钉孔21与反射镜的安装法兰12上的螺钉纹孔121利用螺钉(图中未示出)固连，并在销钉孔22处利用销钉定位，反射镜的镜体11与柔性支撑件20构成一个整体。每个柔性支撑件20具有两对正交分布的柔性槽24，三处柔性支撑件20可以实现镜体11的精密定位。当装调过程中存在安装应力和环境热应力时，通过柔性槽24线切割形成的柔性铰链吸收应力变形，从而保证外界应力与镜面隔绝，保持镜面的面形精度。针对不同的力热学工况，可以设计不同的柔性铰链来满足柔性支撑的刚度和强度满足反射镜使用要求。

本发明所提出的双面金属反射镜共基准可拆卸柔性支撑装置，实现金属反射镜处于加工状态镜体具有高刚度，在反射镜装调时镜体具有高柔性。同时既可以降低柔性加工难度，又可以提高反射镜轻量化率的可拆卸柔性支撑结构。这种可拆卸柔性支撑装置，柔性槽加工难度小，反射镜轻量化率高，环境适应性强，拆卸方便的特点。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种激光自混合探测监测装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，包括：

反射镜，所述反射镜的镜体的背部设有圆周法兰面；和

至少三个柔性支撑件，所述柔性支撑件与所述反射镜连接且均布在所述圆周法兰面处，每个柔性支撑件上设有沉头孔、销钉孔、螺纹孔和至少一对交错正交的柔性槽，所述柔性支撑件和所述反射镜的材质相同，均为金属材料，所述销钉孔、螺纹孔用于柔性支撑件与圆周法兰连接；

一对交错正交的柔性槽包括：第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽，其中，所述第一横向柔性槽和所述第二横向柔性槽设置在所述柔性支撑件的同一水平位置，所述第一纵向柔性槽和所述第二纵向槽设置在所述柔性支撑件的同一水平位置，且所述第一横向柔性槽和/或第二横向柔性槽分别与所述第一纵向柔性槽和/或第二纵向柔性槽交错正交。

2.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，每个柔性支撑件上设有2个沉头孔、2个销钉孔和2个螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，每个柔性支撑件设有一对交错正交的柔性槽。

4.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽的槽宽为2mm-5mm，第一横向柔性槽、第二横向柔性槽、第一纵向柔性槽和第二纵向柔性槽为利用线切割电火花进行切割而成。

5.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，所述柔性支撑件通过螺钉与所述反射镜固定连接。

6.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，所述柔性支撑件通过M6*15内六角圆柱头螺钉与所述反射镜固定连接。

7.根据权利要求5所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，所述柔性支撑件还采用销钉与所述反射镜定位，所述螺钉和销钉的端部涂抹有室温硫化硅橡胶。

8.根据权利要求1所述的可拆卸支撑装置，其特征在于，所述柔性支撑件和所述反射镜所采用的材料选自铝合金、铍铝合金、硅铝合金中的一种。

9.根据权利要求1所述的可拆卸柔性支撑装置，其特征在于，所述反射镜的镜体的背部安装有法兰，所述法兰的表面平行度优于0.003mm。