CN114942507B - 一种光学反射镜柔性支撑结构及调整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学反射镜支撑技术领域，具体涉及一种光学反射镜柔性支撑结构及调整方法；包括：反射镜、调整板、调整杆和调整盘；所述反射镜背面与所述调整板一面连接，所述调整板另一面与所述调整杆一端连接，所述调整盘套在所述调整杆上，且所述调整杆另一端伸出；所述调整方法包括反射镜在光路中的轴向位置调整和反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整；本发明采用中心支撑与三点支撑结合的形式实现反射镜的静态支撑与位置角度调整，设计了完备有效的柔性结构，对外接口简单，节约时间与成本；反射镜位置与角度调整简单，锁紧方便；使用时状态稳定，适用于地基望远镜等地基光电设备。
Description
技术领域
本发明涉及光学反射镜支撑技术领域，具体涉及一种光学反射镜柔性支撑结构及调整方法。
背景技术
在地基望远镜等地基光电***的光路中，光学反射镜是十分关键的部分，光学反射镜的支撑结构对保证成像质量尤为重要。光学反射镜的支撑结构一般起到调整反射镜在光学***中的相对位置、同时保持反射镜的面形精度与稳定性的作用。地基望远镜通常在环境条件复杂的室外工作，其工作时的温度与湿度变化范围较大，且设备运输时也会产生一定的振动，同时，地基设备的光学反射镜面形需要在重力的影响下仍能满足使用要求。因此，地基设备的光学反射镜支撑结构设计要求较高，难度较大。
现有技术中，专利CN112285873B公开了一种基于三点球形铰链的光机结构反射镜静定支撑机构，包括三套相同的球形铰链关节轴承组件，均包括衬套、球形铰链、球铰压圈、球铰支撑轴、立杆、立杆法兰盘和柔性压紧结构。衬套与光机结构反射镜粘接，球形铰链置于衬套中并用球铰压圈固定，球铰支撑轴从球形铰链穿过，球铰支撑轴两端通过两个立杆固定在立杆法兰盘上，柔性压紧结构为头部嵌入柔性材料有预紧压力的压紧结构，消除光机结构反射镜和球形铰链及滑动轴之间的间隙；该结构结构复杂、装配及装调难度较高、不能实现对反射镜位置的实时调整，且三点支撑不完全对称。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的结构复杂、装配及装调难度较高、不能实现对反射镜位置的实时调整及三点支撑不完全对称缺陷，从而提供一种光学反射镜柔性支撑结构及调整方法。
一种光学反射镜柔性支撑结构，包括：反射镜、调整板、调整杆和调整盘；
所述反射镜背面与所述调整板一面连接，所述调整板另一面与所述调整杆一端连接，所述调整盘套在所述调整杆上，且所述调整杆另一端伸出。
进一步，所述调整板与所述反射镜之间设有胶层，其材料为室温固化硅橡胶；所述调整板为圆盘结构，且所述调整板一面上设有圆筒形结构，所述圆筒形结构与调整板同心；所述圆筒形结构内部设有球窝，所述圆筒形结构内壁上设有锁紧球盖连接螺纹；所述调整板表面均布设有粘接工艺孔、液体销孔和细牙螺纹孔，所述液体销孔和细牙螺纹孔错位排列。
进一步，所述调整盘圆心处设有调整杆连接螺纹孔，所述调整盘上设有液体销粘接孔、调整螺钉通孔和对外接口螺纹孔，所述调整螺钉通孔为沉头孔均布在所述整盘上；所述调整盘上还设有装配工艺孔。
进一步，所述调整杆一端为球头结构，另一端为螺纹杆结构。
进一步，还包括锁紧球盖，所述锁紧球盖套在所述调整杆上，所述锁紧球盖表面设有外螺纹，与所述锁紧球盖连接螺纹配合。
进一步，还包括液体销，所述液体销一端与所述液体销孔配合，另一端与所述液体销粘接孔配合。
进一步，还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调整杆的螺纹杆结构配合，且所述锁紧螺母与所述调整盘的表面接触。
进一步，还包括细牙调整螺钉，所述细牙调整螺钉贯穿所述调整螺钉通孔与所述细牙螺纹孔配合。
进一步，所述细牙调整螺钉与所述调整盘之间设有球面垫圈，所述球面垫圈包含凹面垫圈与凸面垫圈，所述凹面垫圈的一端为平面，与所述调整螺钉通孔的沉头平面接触；所述凹面垫圈的另一端为内凹球面，与所述凸面垫圈的外凸球面配合，所述凸面垫圈的另一端为平面，与所述细牙调整螺钉的螺钉头前端面接触。
一种调整方法，包括反射镜在光路中的轴向位置调整和反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整；
所述反射镜在光路中的轴向位置调整可通过改变调整杆的螺纹杆与调整盘上的调整杆连接螺纹孔的配合位置实现；即先适当放松或取下细牙调整螺钉，旋转锁紧螺母使其远离调整盘一段距离，再旋转调整杆，改变调整板与调整盘的相对位置，直至反射镜在光路中处于合适的轴向位置，位置调整完毕后，重新装好细牙调整螺钉，并将锁紧螺母锁紧；
所述反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整，可通过改变细牙调整螺钉的螺纹杆与调整板上的细牙螺纹孔的配合长度实现；即根据需要调整的方向，拧紧细牙调整螺钉中其中的一个，同时放松其他螺钉，或拧紧细牙调整螺钉中其中的两个，同时放松另外一个螺钉，使得调整板以球窝的球心为旋转中心发生角度转动，引起反射镜角度的改变。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明选用室温固化硅橡胶作为反射镜对外接口，相比于三点支撑方案或周边支撑方案，简化了连接结构，实现了组件轻量化，且对粘接表面的精度要求较低，装配应力小，不需要引入配研环节，大大缩减了工时。
2.本发明选用的室温固化硅橡胶同时具有柔性环节的作用，规避了传统的柔性结构在金属零件上切柔性槽的做法，柔性支撑结构的尺寸要远小于同口径其他支撑形式反射镜，也避免了柔性方向不均匀的现象。
3.与环氧胶相比，室温固化硅橡胶弹性模量较小，固化后引入的粘接应力小，可以实现大面积的粘接，在减小粘接应力对反射镜面形影响的同时提升粘接强度。
4.本发明不需要机械加工对外接口，可减少反射镜加工的时间成本，同时得到更大的镜体刚度。
5.本发明支撑方式同时包含中心旋转轴与三点支撑，并具有锁紧功能，结构稳定性好。
6.本发明装调方便，改变调整杆的螺纹杆与调整盘上调整杆连接螺纹孔的配合位置，可调节反射镜在光路中的轴向位置；改变细牙调整螺钉的螺纹与调整板上细牙螺纹孔的配合长度，可实现反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整。
7.本发明支撑结构位置与角度调整机构的受力均不直接作用于镜面，保证了反射镜的面形稳定性。
8.本发明的液体销设计进一步增加了整体结构的稳定性。
9.球面垫圈可实现自动定心，以改善螺纹受力情况，增加螺纹连接的可靠性。
10.本发明选用细牙调整螺钉，可提高角度调整的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明装配后整体示意图；
图2是图1的***图；
图3是调整板结构示意图；
图4是调整盘结构示意图；
图5是球面垫圈结构示意图；
附图标记说明：
1-反射镜； 2-胶层； 3-调整板；
4-调整杆； 5-锁紧球盖； 6-液体销；
7-调整盘； 8-锁紧螺母； 9-球面垫圈；
10-细牙调整螺钉； 11-粘接工艺孔； 12-球窝；
13-锁紧球盖连接螺纹； 14-液体销孔； 15-细牙螺纹孔；
16-调整杆连接螺纹孔； 17-液体销粘接孔； 18-调整螺钉通孔；
19-对外接口螺纹孔； 20-装配工艺孔； 21-凹面垫圈；
22-凸面垫圈；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参阅图1和图2，一种光学反射镜柔性支撑结构，包括：反射镜1、调整板3、调整杆4和调整盘7；
所述反射镜1背面与所述调整板3一面连接，所述调整板3另一面与所述调整杆4一端连接，所述调整盘7套在所述调整杆4上，且所述调整杆4另一端伸出。
请参阅图3，所述调整板3与所述反射镜1之间设有胶层2，其材料为室温固化硅橡胶，硅橡胶具体型号、胶层形状、胶层面积与厚度均可根据实际使用需求选择，粘接时需要使用专门设计粘接工装，以保证反射镜1与调整板3之间的同轴度，同时控制粘接面积与胶层厚度，因为硅橡胶的弹性模量低，粘接面积与胶层厚度可以适当增大，且不会产生太大的粘接应力；所述调整板3为圆盘结构，且所述调整板3一面上设有圆筒形结构，所述圆筒形结构与调整板3同心；所述圆筒形结构内部设有球窝12，与调整杆4前端的球头配合，可相对转动，以调节调整板3的角度，并以此限制调整板3的轴向移动自由度；所述圆筒形结构内壁上设有锁紧球盖连接螺纹13；所述调整板3表面以120°角均布设有粘接工艺孔11、液体销孔14和细牙螺纹孔15，所述液体销孔14和细牙螺纹孔15均设置三个且错位排列，所述调整板3表面还均布设有粘接工艺孔11，所述粘接工艺孔11为螺纹孔，可根据调整板3的结构尺寸与所选用室温固化硅橡胶的固化特性调整孔径大小与孔距大小。
请参阅图4，所述调整盘7圆心处设有调整杆连接螺纹孔16，所述调整盘7上设有液体销粘接孔17、调整螺钉通孔18和对外接口螺纹孔19，所述液体销粘接孔17、调整螺钉通孔18和对外接口螺纹孔19错位排列；液体销粘接孔17的数量、尺寸与位置可根据液体销的尺寸及整体结构方案灵活安排，不选配液体销组件时也可不加工液体销粘接孔17，所述调整螺钉通孔18为沉头孔，共计三个，两两之间呈120°角均布于调整盘7表面，用于调整盘7与调整板3的连接；对外接口螺纹孔19用于半运动学支撑结构组件与主承力结构相连接，可根据外部接口自行设计尺寸与位置；所述调整盘7上还设有装配工艺孔20，装配工艺孔20可使得调整盘7更方便装配，其尺寸与位置可在不影响功能的基础上自行设计。
所述调整杆4一端为球头结构，球头结构一端与调整板3上的球窝12配合，形成球面副，所述调整杆4另一端为螺纹杆结构，与调整盘7上的调整杆连接螺纹孔16连接。
还包括锁紧球盖5，所述锁紧球盖5套在所述调整杆4上与调整杆4的球头结构配合，所述锁紧球盖5表面设有外螺纹，与所述锁紧球盖连接螺纹13配合；锁紧球盖5完全旋进调整板3上的锁紧球盖连接螺纹13时，调整板3上的球窝12与锁紧球盖5上的球窝组成了内球面，与调整杆前端的球头接触。
还包括液体销6，所述液体销6由圆柱销和室温固化硅橡胶组成，所述液体销6一端与所述液体销孔14过渡配合或间隙配合，另一端与所述液体销粘接孔17内壁粘。液体销粘接使用的室温固化硅橡胶型号可根据需求选用。在地基设备调整工作状态时，或需要对地基设备整体进行搬运时，液体销6可充分保证支撑结构稳定性，保持反射镜在光路中的相对位置。液体销6为选配组件，是出于提升结构整体稳定性的考虑设计的，当反射镜1尺寸不大且整体结构稳定性较好时，可不选配液体销组件。
还包括锁紧螺母8，所述锁紧螺母8用于半运动学支撑结构调整后的锁紧，其中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调整杆4的螺纹杆结构配合，且所述锁紧螺母8与所述调整盘7的表面接触。
还包括细牙调整螺钉10，所述细牙调整螺钉10贯穿所述调整螺钉通孔18与所述细牙螺纹孔15配合，三个细牙调整螺钉10两两之间呈120°角均布，用于改变调整板3的角度，并在调整后锁紧；本发明为提高机构的角度调整精度，选用细牙螺钉作为调整螺钉，实际应用时可选用任意规格型号的螺钉。
请参阅图5，所述细牙调整螺钉10与所述调整盘7之间设有球面垫圈9，所述球面垫圈9包含凹面垫圈21与凸面垫圈22，所述凹面垫圈21的一端为平面，与所述调整螺钉通孔18的沉头平面接触；所述凹面垫圈21的另一端为内凹球面，与所述凸面垫圈22的外凸球面配合，所述凸面垫圈22的另一端为平面，与所述细牙调整螺钉10的螺钉头前端面接触；若没有球面垫圈，会造成细牙调整螺钉10的螺纹中心线角度改变，给螺纹带来附加弯矩，影响反射镜面形与连接稳定性。在拧紧细牙调整螺钉10时，球面垫圈9中的凹面垫圈21与凸面垫圈22可通过配合的球面改变角度，自动定心以改善螺纹受力情况，增加螺纹连接的可靠性。
一种位置与角度调整方法，包括反射镜在光路中的轴向位置调整和反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整；
所述反射镜在光路中的轴向位置调整可通过改变调整杆4的螺纹杆与调整盘7上的调整杆连接螺纹孔16的配合位置实现；即先适当放松或取下细牙调整螺钉10，旋转锁紧螺母8使其远离调整盘7一段距离，再旋转调整杆4，改变调整板3与调整盘7的相对位置，直至反射镜1在光路中处于合适的轴向位置，位置调整完毕后，重新装好细牙调整螺钉10，并将锁紧螺母8锁紧；
所述反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整，可通过改变细牙调整螺钉10的螺纹杆与调整板3上的细牙螺纹孔15的配合长度实现；即根据需要调整的方向，拧紧细牙调整螺钉10中其中的一个，同时放松其他螺钉，或拧紧细牙调整螺钉10中其中的两个，同时放松另外一个螺钉，使得调整板3以球窝12的球心为旋转中心发生角度转动，引起反射镜角度的改变。
装配过程如下：
先使用预先设计的粘接工装，使用室温固化硅橡胶粘接反射镜1与调整板3，实现对胶层厚度与形状的控制，待室温固化硅橡胶固化后，进行反射镜组件的装配。
首先对反射镜1的镜面进行充分保护，并将反射镜1镜面朝下至于工作台上，将调整杆4的前端球头置于调整板3的球窝12中，再由调整杆4后端套入锁紧球盖5，将锁紧球盖5旋入调整板3的锁紧球盖连接螺纹13中，控制锁紧球盖5旋入的长度，以保证其旋紧后调整杆4的球头仍能在球窝中顺利转动。球头与球窝配合的程度通过锁紧球盖5旋入锁紧球盖连接螺纹13的长度控制，可根据使用需求灵活调整。
其次，将调整盘7由调整杆4后端的螺纹旋入，控制调整板3的后端面与调整盘7的前端面距离t，距离t的大小可根据使用需求自行决定。再将锁紧螺母8由调整杆4后端的螺纹旋入，使锁紧螺母8的前端面与调整盘7的中心后端面接触。
再次，将三个球面垫圈放入调整盘7上的调整螺钉通孔18沉孔内，先放入凹面垫圈21，其平面端与调整盘7接触；再放入凸面垫圈22，其外凸平面与凹面垫圈21的内凹球面接触；最后穿入三个细牙调整螺钉10，细牙调整螺钉10前端螺纹与调整板的细牙螺纹孔15连接。可根据实际使用需求给细牙调整螺钉10加力矩，也可在调整螺钉与球面垫圈间增加平面垫圈或弹簧垫圈。
最后，由调整盘7上的液体销粘接孔17穿入液体销6，液体销6前端与调整板3上的液体销孔14配合。调整好圆柱销位置后，将圆柱销与液体销粘接孔17之间的缝隙用室温固化硅橡胶填充，并充分固化。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种光学反射镜柔性支撑结构，其特征在于，包括：反射镜(1)、调整板(3)、调整杆(4)和调整盘(7)；
所述反射镜(1)背面与所述调整板(3)一面连接，所述调整板(3)另一面与所述调整杆(4)一端连接，所述调整盘(7)套在所述调整杆(4)上，且所述调整杆(4)另一端伸出；
所述调整板(3)与所述反射镜(1)之间设有胶层(2)，其材料为室温固化硅橡胶；所述调整板(3)为圆盘结构，且所述调整板(3)一面上设有圆筒形结构，所述圆筒形结构与调整板(3)同心；所述圆筒形结构内部设有球窝(12)，所述圆筒形结构内壁上设有锁紧球盖连接螺纹(13)；所述调整板(3)表面均布设有粘接工艺孔(11)、液体销孔(14)和细牙螺纹孔(15)，所述液体销孔(14)和细牙螺纹孔(15)错位排列。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述调整盘(7)圆心处设有调整杆连接螺纹孔(16)，所述调整盘(7)上设有液体销粘接孔(17)、调整螺钉通孔(18)和对外接口螺纹孔(19)，所述调整螺钉通孔(18)为沉头孔均布在所述调整盘(7)上；所述调整盘(7)上还设有装配工艺孔(20)。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述调整杆(4)一端为球头结构，另一端为螺纹杆结构。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括锁紧球盖(5)，所述锁紧球盖(5)套在所述调整杆(4)上，所述锁紧球盖(5)表面设有外螺纹，与所述锁紧球盖连接螺纹(13)配合。
5.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，还包括液体销(6)，所述液体销(6)一端与所述液体销孔(14)配合，另一端与所述液体销粘接孔(17)配合。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括锁紧螺母(8)，所述锁紧螺母(8)中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调整杆(4)的螺纹杆结构配合，且所述锁紧螺母(8)与所述调整盘(7)的表面接触。
7.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，还包括细牙调整螺钉(10)，所述细牙调整螺钉(10)贯穿所述调整螺钉通孔(18)与所述细牙螺纹孔(15)配合。
8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述细牙调整螺钉(10)与所述调整盘(7)之间设有球面垫圈(9)，所述球面垫圈(9)包含凹面垫圈(21)与凸面垫圈(22)，所述凹面垫圈(21)的一端为平面，与所述调整螺钉通孔(18)的沉头平面接触；所述凹面垫圈(21)的另一端为内凹球面，与所述凸面垫圈(22)的外凸球面配合，所述凸面垫圈(22)的另一端为平面，与所述细牙调整螺钉(10)的螺钉头前端面接触。
9.一种光学反射镜柔性支撑结构的调整方法，其特征在于，所述方法用于调整权利要求7或8所述的光学反射镜柔性支撑结构，所述光学反射镜柔性支撑结构还包括锁紧螺母(8)，所述锁紧螺母(8)中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与所述调整杆(4)的螺纹杆结构配合，且所述锁紧螺母(8)与所述调整盘(7)的表面接触；
所述方法包括反射镜在光路中的轴向位置调整和反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整；
所述反射镜在光路中的轴向位置调整可通过改变调整杆(4)的螺纹杆与调整盘(7)上的调整杆连接螺纹孔(16)的配合位置实现；即先适当放松或取下细牙调整螺钉(10)，旋转锁紧螺母(8)使其远离调整盘(7)一段距离，再旋转调整杆(4)，改变调整板(3)与调整盘(7)的相对位置，直至反射镜(1)在光路中处于合适的轴向位置，位置调整完毕后，重新装好细牙调整螺钉(10)，并将锁紧螺母(8)锁紧；
所述反射镜俯仰与偏摆两个方向的角度调整，可通过改变细牙调整螺钉(10)的螺纹杆与调整板(3)上的细牙螺纹孔(15)的配合长度实现；即根据需要调整的方向，拧紧细牙调整螺钉(10)中其中的一个，同时放松其他螺钉，或拧紧细牙调整螺钉(10)中其中的两个，同时放松另外一个螺钉，使得调整板(3)以球窝(12)的球心为旋转中心发生角度转动，引起反射镜角度的改变。
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