大偏离量非球面镜的预应力加载结构制造技术

本发明专利技术提供了一种大偏离量非球面镜的预应力加载结构，包括用于支撑的立柱，与所述立柱可拆卸安装的基板；其特征在于：所述基板上表面为规则的球面；还包括与所述基板上表面贴合接触的厚度一致的弹性垫板；与弹性垫板贴合接触的非球面镜；圆周均布固设于非球面镜的背面靠近边缘的镜垫；固定于所述镜垫可施加载荷的加载杆；在所述非球面镜与所述弹性垫板装配时，所述基板外侧圆周均布设置能使非球面镜背面的镜垫与加载杆的连接体下沉的安装槽；所述非球面镜与所述基板同轴心安装。本发明专利技术能有效满足较大范围厚度、大偏离量非球面镜加工时预应力加载的需要，有效提高使用的互换性，降低企业生产制造成本，提高企业生产效率和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
大偏离量非球面镜的预应力加载结构
本专利技术属于非球面体加工
，更具体地说，是涉及一种大偏离量非球面镜的预应力加载结构。
技术介绍
非球面用于描述与球面和平面不同的表面，在光学系统设计中通常会指向抛物面、一般二次曲面、高次表面等。偏离量是指非球面一般存在一个最接近球面，偏离量是指沿着表面法向，非球面各点偏离其最接近球面的距离，可约定沿法向为正，否则为负。在非球面加工使用过程中，非球面的表面修形精度从最初的mm级精度，到最终的nm级精度，一般包含机械铣磨、光学研磨、粗抛光、精抛光、末端修形等过程。近几十年来，一系列巨大型望远镜普遍使用10-40米量级的非球面反射镜。由于制造单体式巨型非球面的难度大、风险高、工期长，这些项目无一例外地采用了基于离轴非球面子镜拼接大型主镜的技术路线。如地基三十望远镜TMT的主镜由492块对角线长1.44m正六边形离轴子镜组成；哈勃太空望远镜HST继任者的詹姆斯韦伯空间望远镜JWST的主镜是由18块直径1.5m的正六边形子镜组成。上述离轴非球面子镜可以看作是同轴母镜的一部分，其面形可以在母镜非球面参数基础上增加离轴量进行描述，其中离轴量相同的子镜群为一组相同或接近的离轴非球面。因此，超大型非球面主镜的加工演变成系列化离轴子镜的加工。为提高制造效率和精度，这些子镜的光学制造均用到了预应力加工技术。预应力加工技术是利用基于弹性力学原理的一种非球面加工技术，要点是根据表面方程，拟合出最接近球面，算出偏离量分布S＝Sas-Ss，然后对薄板型镜坯施加外载，形成反向偏离量-S，将薄板加工成最接近球面，释放外力，镜体回弹S，形成非球面Sas＝S+Ss。现有的预应力加工技术通常针对1.5m口径偏离量0.2mm以内的离轴非球面进行。使镜坯产生反向偏离量的加载结构，可以归纳为两种类型：(1)侧边外延式，一般采用机械式驱动力，以美国凯克(KECK)和欧洲极大望远镜(E-ELT)为应用典型；(2)背部隐藏式，如美国廷斯利实验室(TinsleyLab)和南京天光所采用技术方案，为节约空间一般采用气动/液压式或机械应力盘式，以美国三十米望远镜(TMT)、欧洲甚大望远镜(VLT)项目和国内南京天光所和成都光电所为应用典型。然而，为了使得光学系统结构更加紧凑轻便、或基于像质提升方面的考虑，近年来人们不断设计F数更小的望远镜系统。这些系统中的非球面反射镜一般比较陡峭，面形偏离最接近球面的幅值最大可到数mm量级，比现存工程项目中的子镜大了1-2个数量级。这种量级变化会引起预应力幅值也呈现出跨量级的变化，极易引起镜体的断裂。为了降低加载结构造成的预应力幅值，通常需要设计更薄的镜体，使其在较低应力水平下可实现较大幅值的变形。对应地，当镜厚小于10mm时，上述两种类型的加载结构面临各自的局限性：侧边外延式使得光机结构件粘接难度增大，不具有工程应用价值；而背部隐藏式，目前只适用于小偏离量面形误差的校正效果，对于偏离量较大的情况，镜体背部的有限空间不能满足产生所需的弯曲载荷。综上所述，目前现有技术对非球面镜的加工不管是采用侧边外延式，还是背部隐藏式均存在使用局限性，互换性差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大偏离量非球面镜的预应力加载结构，以解决现有技术中非球面镜加工装置存在的局限性，提高加工装置使用互换性的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种大偏离量非球面镜的预应力加载结构，包括用于支撑的立柱，与所述立柱可拆卸安装的基板；所述基板上表面为规则的球面；还包括与所述基板上表面贴合接触的厚度一致的弹性垫板；与弹性垫板贴合接触的非球面镜；圆周均布固设于非球面镜的背面靠近边缘的镜垫；固定于所述镜垫可施加载荷的加载杆；在所述非球面镜与所述弹性垫板装配时，所述基板外侧圆周均布设置能使非球面镜背面的镜垫与加载杆的连接体下沉的安装槽；所述非球面镜与所述基板同轴心安装。优选地，所述加载杆上还套装有周向限位块，所述周向限位块与所述安装槽配合连接实现对非球面镜周向限位。优选地，所述基板的外侧圆周还均布固定连接多个径向限位块，所述径向限位块的内侧面与非球面镜的外侧面间隙配合。优选地，在某一实施方式中，所述加载杆上设置至少一个用于施加载荷的加载孔。优选地，在某一实施方式中，所述加载孔的两端口分别设置成锥形口。优选地，在某一实施方式中，所述镜垫与所述非球面镜的背面通过粘接固定连接。优选地，在某一实施方式中，所述镜垫设置通孔，所述非球面镜设置螺纹孔，使用螺栓穿过镜垫上的通孔与非球面镜螺纹孔固定连接。优选地，在某一实施方式中，所述立柱的两端分别设置左旋螺纹、右旋螺纹，所述立柱中部设置适于扳手卡扣的六棱柱。优选地，在某一实施方式中，所述弹性垫板与基板使用胶水粘接。优选地，在某一实施方式中，所述弹性垫板与基本通过螺栓固定连接。本专利技术提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术大偏离量非球面镜的预应力加载结构具有以下有益效果：本专利技术能有效满足较大范围厚度非球面镜加工时预应力加载的需要，有效提高使用的通用性和互换性，降低企业生产制造成本，提高企业生产效率和经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的俯视示意图；图2为本专利技术实施例提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的图1的A-A剖视示意；图3为本专利技术实施例提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的左视示意图；图4为本专利技术实施例提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的立柱主视示意图；图5为本专利技术实施例提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构的加载杆进行载荷加载示意图；其中，图中各附图标记：1-立柱；2-基板；3-弹性垫板；4-非球面镜；5-镜垫；6-加载杆；7-安装槽；8-径向限位块；9-加载孔；10-右旋螺纹；11-左旋螺纹；12-六棱柱；13-周向限位块具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。请一并参阅附图1至附图3，现对本专利技术提供的大偏离量非球面镜的预应力加载结构进行说明。所述大偏离量非球面镜的预应力加载结构，包括用于支撑的立柱1，与立柱1可拆卸安装的基板2；基板2的上表面为规则的球面；还包括与基板2上表面贴合接触的厚度一致的弹性垫板3；与弹性垫板3贴合接触的非球面镜4；圆周均布固设于非球面镜4的背面靠近边缘的镜垫5；固定于镜垫5上可施加载荷的加载杆6；在非球面镜4与弹性垫板3装配时，基板2外侧圆周均布设置能使非球面镜4背面的镜垫5与加载杆6的连接体下沉的安装槽7；且在装配过程中确保非球面镜4与基板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大偏离量非球面镜的预应力加载结构，包括用于支撑的立柱，与所述立柱可拆卸安装的基板；其特征在于：所述基板上表面为规则的球面；还包括与所述基板上表面贴合接触的厚度一致的弹性垫板；与弹性垫板贴合接触的非球面镜；圆周均布固设于非球面镜的背面靠近边缘的镜垫；固定于所述镜垫可施加载荷的加载杆；在所述非球面镜与所述弹性垫板装配时，所述基板外侧圆周均布设置能使非球面镜背面的镜垫与加载杆的连接体下沉的安装槽；所述非球面镜与所述基板同轴心安装。

【技术特征摘要】
1.大偏离量非球面镜的预应力加载结构，包括用于支撑的立柱，与所述立柱可拆卸安装的基板；其特征在于：所述基板上表面为规则的球面；还包括与所述基板上表面贴合接触的厚度一致的弹性垫板；与弹性垫板贴合接触的非球面镜；圆周均布固设于非球面镜的背面靠近边缘的镜垫；固定于所述镜垫可施加载荷的加载杆；在所述非球面镜与所述弹性垫板装配时，所述基板外侧圆周均布设置能使非球面镜背面的镜垫与加载杆的连接体下沉的安装槽；所述非球面镜与所述基板同轴心安装。2.如权利要求1所述的大偏离量非球面镜的预应力加载结构，其特征在于：所述加载杆上还套装有周向限位块，所述周向限位块与所述安装槽配合连接实现对非球面镜周向限位。3.如权利要求1所述的大偏离量非球面镜的预应力加载结构，其特征在于：所述基板的外侧圆周还均布固定连接多个径向限位块，所述径向限位块的内侧面与非球面镜的外侧面。4.如权利要求1～3任一项所述的大偏离量非球面镜的预应力加载结构，其特征在于：所述加载杆上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海飞，伊力奇，薛栋林，张学军，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22