大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法技术

本发明专利技术提供了一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法。该支撑结构包括镜室、安装镜框以及分别设置于镜室外侧壁和镜室底部的第一柔性支撑单元和第二柔性支撑单元；第一柔性支撑单元具有第一方向和第二方向的转动自由度和移动自由度，第二柔性支撑单元具有第三方向的转动自由度和第一方向的移动自由度，第一方向与光学镜的镜面垂直，第二方向和第三方向为光学镜镜面的长度方向或宽度方向。基于该支撑结构，通过先安装第二柔性支撑单元、完成注胶后再安装第一柔性支撑单元的方式，能够有效补偿多种因素引入的应力，保证光学镜的位置精度和面型精度，并有效减小光学镜在振动环境下的振动幅值。光学镜在振动环境下的振动幅值。光学镜在振动环境下的振动幅值。

【技术实现步骤摘要】
大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法


[0001]本专利技术涉及精密光机设计
，尤其涉及一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法。

技术介绍

[0002]光学元件的支撑对光学系统保持良好的系统性能有重要影响。常规的压圈支撑方式是直接将透镜安装在镜座内，透镜外边缘直接贴合到镜室支撑台阶圈上，接触面积大，如果镜室存在加工误差或结构变形，在将镜体压紧后就会产生装配应力，造成镜面的面型精度产生劣化。此外，光学元件一般采用膨胀系数较小的材料制造，与金属镜室直接装配，在温度梯度存在下，结构因材料膨胀系数的不同而产生的热应力也会使镜面的面型精度下降。因此，有必要采用其他类型的支撑结构替代常规的压圈支撑，以使光学系统保持良好的系统性能。
[0003]在各类支撑结构中，柔性支撑结构具有一定的柔度，可以补偿镜体与镜室的材料热胀系数差异引入的热应力，也可以补偿因加工误差及装配误差引入的结构应力，同时柔性支撑结构的柔性结构在较小刚度位置处具有弹性阻尼特性，能够保证在外界恶劣使用工况下降低振动对光学系统的影响，对于保持光学元件的位置精度与面型精度具有重要意义。因此，柔性支撑结构被越来越多的用于光学元件的支撑与固定。
[0004]公开号为CN113138452A的专利提供了一种大口径传输反射镜柔性支撑结构，通过面型校正组件、第一支撑组件、第二支撑组件和第三支撑组件将反射镜支撑在镜框内，从而利用反射镜和支撑结构接触面处的法向力平衡反射镜自重以实现反射镜的支撑。然而，该方法需要在反射镜上开设环状矩形切槽，通过在反射镜的周向和法向通过离散点的方式施加法向位移约束，以实现反射镜的约束和定位，影响了反射镜本身的完整性；且各支撑组件及面型校正组件结构复杂，实际装调过程较为繁琐，导致其应用受限。
[0005]有鉴于此，有必要设计一种改进的大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构及支撑方法，通过在镜室结构的侧壁和底部分别设置相应的柔性支撑单元，补偿由外界载荷、加工装调、镜体胶结、温度梯度等因素所引入的应力，以保证光学镜的位置精度和面型精度，同时利用柔性支撑单元的阻尼减振功能有效减小大口径光学镜在振动环境下的振动幅值。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，包括用于装载光学镜的镜室、若干个可拆卸式设置于所述镜室的外侧壁上的第一柔性支撑单元、若干个可拆卸式设置于所述镜室底部的第二柔性支撑单元以及可拆卸式设置于所述第一柔性支撑单元和所述第二柔性支撑单元底部的安装镜框；所述第一柔性支撑单元
具有第一方向和第二方向的转动自由度和移动自由度，所述第二柔性支撑单元具有第三方向的转动自由度和所述第一方向的移动自由度，所述第一方向与所述光学镜的镜面相垂直，所述第二方向和所述第三方向为所述光学镜的镜面的长度方向或所述光学镜的镜面的宽度方向。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述镜室呈矩形环状结构；所述镜室包括平行于所述镜面的长度方向的第一侧壁和平行于所述镜面的宽度方向的第二侧壁；当所述第一柔性支撑单元设置于所述第一侧壁的外侧壁时，所述第二方向为所述镜面的宽度方向；当所述第一柔性支撑单元设置于所述第二侧壁的外侧壁时，所述第二方向为所述镜面的长度方向；当所述第二柔性支撑单元设置于所述第一侧壁的底部时，所述第三方向为所述镜面的长度方向；当所述第二柔性支撑单元设置于所述第二侧壁的底部时，所述第三方向为所述镜面的宽度方向。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述第一柔性支撑单元包括与所述镜室的外侧壁连接的第一支撑部、与所述安装镜框连接的第二支撑部以及用于连接所述第一支撑部和所述第二支撑部的连接部；所述第一支撑部包括与所述连接部连接的柱体、由所述柱体向两侧延伸而成的第一柔性簧片和第二柔性簧片；所述第二支撑部包括分别位于所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片下方的第一支撑座和第二支撑座，所述柱体、所述连接部与所述第一支撑座组成第一柔性槽，所述柱体、所述连接部与所述第一支撑座组成第二柔性槽。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片具有所述第一方向的转动自由度和所述第二方向的移动自由度；所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片上分别设置有螺孔，用于使所述第一支撑部与所述镜室的外侧壁通过螺钉连接。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述第一柔性槽和所述第二柔性槽具有所述第二方向的转动自由度和所述第一方向的移动自由度；所述第一支撑座和所述第二支撑座上分别设置有螺孔，用于使所述第二支撑部与所述安装镜框通过螺钉连接。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述第二柔性支撑单元包括第一支撑体、由所述第一支撑体的上部向一侧延伸而成的第一凸起以及由所述第一支撑体的下部向所述第一凸起的同侧延伸而成的第二凸起，所述第二凸起的凸起长度大于所述第一凸起的凸起长度，所述第一凸起和所述第二凸起之间形成第三柔性槽。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第三柔性槽具有所述第三方向的转动自由度和所述第一方向的移动自由度；所述第一支撑体上设置有螺孔，用于使所述第二柔性支撑单元与所述镜室的底部通过螺钉连接。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述镜室的侧壁上均匀设置有若干个贯穿所述侧壁的注胶孔，用于向所述镜室内部注胶；所述镜室顶部的四个顶角分别设置有用于压紧所述光学镜的压块。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述镜室和所述第二柔性支撑单元的材质为殷钢，所述第一柔性支撑单元的材质为钛合金。
[0016]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构的支撑方法，包括如下步骤：S1、将所述第二柔性支撑单元设置于所述镜室底部，再将所述光学镜放入所述镜室中，使所述光学镜的边缘与所述第二柔性支撑单元接触；
S2、将光学硅胶注入所述光学镜与所述镜室内侧壁之间的空气间隔内，进行注胶粘接，随后等待胶层固化；在所述胶层固化的过程中，所述第二柔性支撑单元用于对所述注胶粘接产生的应力进行卸荷；S3、待胶层固化后，对所述光学镜的面型精度进行检测，再将所述第一柔性支撑单元设置于所述镜室的外侧壁上，然后将所述安装镜框与所述第一柔性支撑单元的底部连接，使所述第一柔性支撑单元对所述镜室产生的结构应力和热应力进行卸荷。
[0017]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，通过在用于装载大口径矩形光学镜的镜室的外侧壁和底部分别设置第一柔性支撑单元和第二柔性支撑单元，并使第一柔性支撑单元具有垂直于镜面的第一方向以及与第一方向正交的镜面长度方向或镜面宽度方向的转动自由度和移动自由度，同时使第二柔性支撑单元具有镜面长度方向或镜面宽度方向的转动自由度以及与之正交的第一方向的移动自由度，从而利用第一柔性支撑单元和第二柔性支撑单元在特定方向的小行程移动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，其特征在于：包括用于装载光学镜的镜室、若干个可拆卸式设置于所述镜室的外侧壁上的第一柔性支撑单元、若干个可拆卸式设置于所述镜室底部的第二柔性支撑单元以及可拆卸式设置于所述第一柔性支撑单元和所述第二柔性支撑单元底部的安装镜框；所述第一柔性支撑单元具有第一方向和第二方向的转动自由度和移动自由度，所述第二柔性支撑单元具有第三方向的转动自由度和所述第一方向的移动自由度，所述第一方向与所述光学镜的镜面相垂直，所述第二方向和所述第三方向为所述光学镜的镜面的长度方向或所述光学镜的镜面的宽度方向。2.根据权利要求1所述的大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，其特征在于：所述镜室呈矩形环状结构；所述镜室包括平行于所述镜面的长度方向的第一侧壁和平行于所述镜面的宽度方向的第二侧壁；当所述第一柔性支撑单元设置于所述第一侧壁的外侧壁时，所述第二方向为所述镜面的宽度方向；当所述第一柔性支撑单元设置于所述第二侧壁的外侧壁时，所述第二方向为所述镜面的长度方向；当所述第二柔性支撑单元设置于所述第一侧壁的底部时，所述第三方向为所述镜面的长度方向；当所述第二柔性支撑单元设置于所述第二侧壁的底部时，所述第三方向为所述镜面的宽度方向。3.根据权利要求1所述的大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，其特征在于：所述第一柔性支撑单元包括与所述镜室的外侧壁连接的第一支撑部、与所述安装镜框连接的第二支撑部以及用于连接所述第一支撑部和所述第二支撑部的连接部；所述第一支撑部包括与所述连接部连接的柱体、由所述柱体向两侧延伸而成的第一柔性簧片和第二柔性簧片；所述第二支撑部包括分别位于所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片下方的第一支撑座和第二支撑座，所述柱体、所述连接部与所述第一支撑座组成第一柔性槽，所述柱体、所述连接部与所述第一支撑座组成第二柔性槽。4.根据权利要求3所述的大口径矩形光学镜的低应力多点柔性支撑结构，其特征在于：所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片具有所述第一方向的转动自由度和所述第二方向的移动自由度；所述第一柔性簧片和所述第二柔性簧片上分别设置有螺孔，用于使所述第一支撑部与所述镜室的外侧壁通过螺钉连接。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，李叶文，武春风，姜永亮，吕亮，刘厚康，胡金萌，梁传样，梁顺，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：