專利名稱：一種空間遙感器大口徑反射鏡球鉸支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間遙感技術(shù)領(lǐng)域，涉及的一種空間遙感器大口徑光學(xué)反射鏡的支撐 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
空間遙感器用于對(duì)地球和太空資源進(jìn)行普查和詳查，在對(duì)地觀察、太空探測(cè)等領(lǐng) 域的應(yīng)用具有重要的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)意義。空間遙感器中的光學(xué)元件特別是大口徑反射鏡是整 個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中最重要的部件，它的面形精度高低直接關(guān)系到整個(gè)遙感器成像質(zhì)量的好壞。 在光學(xué)界，通常把通光孔徑大于600mm的稱為大口徑，由于鏡面尺寸大、重量重常常引起鏡 面產(chǎn)生變形。面形精度的好壞與反射鏡的支撐結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，好的支撐結(jié)構(gòu)可以使反 射鏡的面形精度更好，穩(wěn)定性更好。本發(fā)明以前，同類結(jié)構(gòu)一般都采用三點(diǎn)或者三點(diǎn)以上的柔頭進(jìn)行背部支撐，與本 發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制開發(fā)的空間 遙感器的光學(xué)反射鏡支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括背板1、第一螺釘2、柔頭3、錐套4、第二螺 釘5、反射鏡6。柔頭3通過第一螺釘2與背板1連接，柔頭3的另一端通過第二連接螺釘5 與錐套4連接，錐套4再與反射鏡6用膠粘接。這種支撐方式通過在柔頭3上加工一定數(shù) 量和形式的槽，可以保證柔頭有合適的柔性。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)是當(dāng)相機(jī)承受振動(dòng)時(shí)，柔頭 可以吸收能量起到減振的作用，但是當(dāng)遙感器所處的空間環(huán)境存在溫度變化時(shí)，由于反射 鏡和支撐材料線膨脹系數(shù)的不一致性，即使柔頭有一定的柔性，反射鏡仍然會(huì)受到很大的 應(yīng)力作用，再就是這種結(jié)構(gòu)的裝配很困難，稍有偏差將會(huì)有很大的裝配應(yīng)力產(chǎn)生，這樣會(huì)嚴(yán) 重影響反射鏡的面形，影響成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種有效的支撐方式，保 證遙感器的反射鏡能承受一定量級(jí)的振動(dòng)載荷，同時(shí)空間溫度環(huán)境變化時(shí)，此種支撐方式 不會(huì)因?yàn)闇囟茸兓鴮?dǎo)致反射鏡鏡面面形產(chǎn)生變化，由于此結(jié)構(gòu)中球鉸的存在可以很好的 消除裝配應(yīng)力，裝配容易實(shí)現(xiàn)，從而保證遙感器的成像質(zhì)量。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種空間遙感器大口徑光學(xué)反射鏡支撐結(jié)構(gòu)。 解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖2所示，包括反射鏡7、背板8、反射鏡支撐組件9、反射鏡組 件修磨墊10、支撐組件保護(hù)蓋11、第一螺釘12、第二螺釘13、第三螺釘14、錐套15 ；其中，反 射鏡組件9的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4、圖5所示，包括溝槽16、連接法蘭17、第四螺釘18、上軸承 座19、球桿20、下軸承座21、第五螺釘22、第一圓柱銷23、第二圓柱銷M ；球桿20靠近連 接法蘭17的一端是圓筒形結(jié)構(gòu)，在球桿壁的周圍開有四個(gè)溝槽16，四個(gè)溝槽在球桿上間隔 90ο分布，相對(duì)的溝槽切割方向相同，相鄰的溝槽切割方向相反，溝槽可以增加柔性，起到減 振作用，球桿20的另一端球頭是球形空腔；在反射鏡支撐組件9中連接法蘭17通過第一 螺釘12與背板8連接，同時(shí)連接法蘭17通過第二螺釘13與錐套15連接，上軸承座19與
3錐套15的接觸面C為間隙配合，錐套15與反射鏡7膠粘，上軸承座19、球桿20的球頭和 下軸承座21通過第五螺釘22和第二圓柱銷M按圖3所示裝配在一起，球桿20的桿端通 過第四螺釘18、第一圓柱銷23與連接法蘭17連接在一起；支撐組件保護(hù)蓋11通過第三螺 釘14固定在背板8上，防止灰塵落入球桿20的空腔內(nèi)。反射鏡組件修磨墊10共有3個(gè)， 成120ο分布，在將反射鏡組件整體裝配到遙感相機(jī)框架內(nèi)時(shí)，可以通過修磨其厚度和角度 保證光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，反射鏡修磨墊10通過遙感器相機(jī)框架和背板8之間的連接 螺釘壓緊在遙感相機(jī)框架和背板8之間。工作原理說明當(dāng)空間環(huán)境溫度變化時(shí)，由于材料的線膨脹系數(shù)的不一致性，會(huì)產(chǎn) 生支撐與反射鏡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果支撐為剛性支撐，則這部分功的大部分將轉(zhuǎn)變成鏡體變 形能，從而引起鏡面的局部嚴(yán)重變形，導(dǎo)致成像質(zhì)量惡化，在此支撐結(jié)構(gòu)中采用了球鉸，允 許支撐與鏡體之間有微量相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以將這部分變形能卸載，以保證好的鏡面面形；球桿 20上開有四個(gè)Imm寬的溝槽16，四個(gè)溝槽在球桿上間隔90度均布，相對(duì)的溝槽切割方向相 同，相鄰溝槽切割方向相反，它們可以起到很好的減振作用，同時(shí)可以消除部分裝配應(yīng)力， 溫度變化時(shí)，由于材料線膨脹系數(shù)不一致引起的應(yīng)力也可以消除一部分。本發(fā)明的積極效果球鉸的存在，可以避免裝配應(yīng)力的產(chǎn)生，使反射鏡組件的裝配 更容易實(shí)現(xiàn)；在球桿20上開有四個(gè)溝槽16，可以吸收振動(dòng)時(shí)的能量，起到很好的減振作用， 使反射鏡能承受更高量級(jí)、更惡劣的振動(dòng)，同時(shí)可以消除部分裝配應(yīng)力以及溫度變化時(shí)，由 于材料線膨脹系數(shù)不一致引起的應(yīng)力。兩個(gè)特征的存在可以使反射鏡組件經(jīng)受更惡劣的環(huán) 境并且更好的滿足任務(wù)要求。


圖1是已有技術(shù)大口徑反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明中大口徑反射鏡球鉸支撐結(jié)構(gòu)的總體示意圖；圖3是本發(fā)明中大口徑反射鏡支撐組件的結(jié)構(gòu)主視圖；圖4是圖3的左視圖；圖5是圖3的右視圖；圖6是具體實(shí)施方式
中上、下軸承座的組合部件主視圖；圖7是具體實(shí)施方式
中上、下軸承座的組合部件右視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明按圖2所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施。其中，反射鏡支撐組件9按圖3、圖4和圖5所示 的結(jié)構(gòu)實(shí)施。其中，主鏡7采用SiC材料制成，尺寸為直徑Φ676πιπι，厚99. 7mm。背板8采用 4J32材料制成，尺寸為40&461x38mm。反射鏡組件修研墊10采用4J32材料制成，尺寸為 151x90x2mm。保護(hù)蓋11采用2A12材料制成，尺寸為直徑Φ 72mm，厚1mm。第三螺釘14采 用30CrMnsi制成。第一螺釘12、第二螺釘13采用TB3材料制成。錐套15采用4J32材料 制成，尺寸為直徑Φ 79mm，高58mm。連接法蘭17采用4J32材料制成，尺寸為直徑Φ 82mm， 高18mm。第一圓柱銷23和第二圓柱銷M采用TC4材料制成。上軸承座19采用4J32材 料制成，外輪廓尺寸為最大直徑Φ 78mm,最大高度41. 5mm。球桿20采用4J32材料制成，外輪廓尺寸為最大直徑Φ 39mm，最大高度54. 5mm。下軸承座21采用4J32材料制成，外輪廓 尺寸為最大直徑Φ60πιπι，最大高度14mm。第四螺釘18和第五螺釘22采用TB3材料制成， 4J32材料與反射鏡SIC材料有相近的線膨脹系數(shù)。裝配前徹底清洗諸零件，保證無雜質(zhì)，裝配環(huán)境要潔凈，反射鏡支撐組件9的裝 配配研之前相對(duì)應(yīng)的錐套、軸承座及球桿要打以標(biāo)記，裝配時(shí)允許使用少量MoS2潤(rùn)滑 脂，將零件19、21同件20裝好后配研，保證D面有0. 001-0. 003mm間隙。反射鏡支撐組 件9是在反射鏡鏡面粗加工后與反射鏡進(jìn)行裝配，在裝配前首先確定反射鏡錐孔已經(jīng)加工 完成，且與反射鏡支撐組件中的錐套經(jīng)過了配研，將錐套15按標(biāo)記用指定粘接劑粘于反 射鏡7錐孔內(nèi)，保證牢固可靠，注意反射鏡支撐組件9與錐套15的配合面C要配研，保證 0. 001-0. 003mm間隙，將反射鏡支撐組件安裝完成后，安裝背板8，可通過修反射鏡支撐組 件的A端面使三個(gè)反射鏡支撐組件滿足等高差0. 003mm要求，從而保證背板B面的共面性 (允差0. 005mm)，裝配完畢后，檢測(cè)面形滿足光學(xué)要求后在相應(yīng)位置打銷釘，由于反射鏡屬 于脆性材料，在裝配和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候務(wù)必輕拿輕放。圖6和圖7是組合部件圖，包括下軸承座21、上軸承座19、第五螺釘22、第二圓 柱銷對(duì)。由于球桿與上下軸承座的配合的好壞直接影響支撐組件的支撐效果，所以采用組 合加工來加工上下軸承座的內(nèi)球面，保證兩個(gè)半球面的球心同心，組合之前上下軸承座的 兩個(gè)端面E保證平面度0. 003mm,相對(duì)兩零件對(duì)稱軸的垂直度0. 005mm,然后將球桿組合進(jìn) 行配研，這種方式可以保證配合精度，保證接觸面有0. 001-0. 003mm的間隙量。
權(quán)利要求
1. 一種空間遙感器大口徑反射鏡球鉸支撐結(jié)構(gòu)，包括反射鏡(7)，背板(8)第一螺釘 (12)，第二螺釘(13)，錐套(15)；其特征在于還包括反射鏡支撐組件(9)、反射鏡組件修磨 墊(10)、支撐組件保護(hù)蓋(11)、第三螺釘(14)；其中，反射鏡支撐組件(9)包括溝槽(16)、 連接法蘭(17)、第四螺釘(18)、上軸承座(19)、球桿(20)、下軸承座(21)、第五螺釘(22)、 第一圓柱銷(23)、第二圓柱銷(24)；球桿00)靠近連接法蘭(17)的一端是圓筒形結(jié)構(gòu)，在 球桿壁的周圍開有四個(gè)溝槽(16)，四個(gè)溝槽在球桿上間隔90°分布，相對(duì)的溝槽切割方向 相同，相鄰的溝槽切割方向相反，球桿00)的另一端球頭是球形空腔，在反射鏡支撐組件 (9)中連接法蘭(17)通過第一螺釘(1 與背板(8)連接，同時(shí)連接法蘭(17)通過第二螺 釘(13)與錐套(15)連接，上軸承座(19)與錐套(15)的接觸面C為間隙配合，錐套(15) 與反射鏡(7)膠粘，上軸承座(19)、球桿00)的球頭和下軸承座通過第五螺釘02) 和第二圓柱銷04)裝配在一起，球桿OO)的桿端通過第四螺釘(18)、第一圓柱銷03)與 連接法蘭(17)連接在一起；支撐組件保護(hù)蓋(11)通過第三螺釘(14)固定在背板(8)上； 反射鏡組件修磨墊(10)共有3個(gè)，成120°分布，反射鏡修磨墊(10)通過遙感器相機(jī)框架 和背板(8)之間的連接螺釘壓緊在遙感相機(jī)框架和背板(8)之間。
全文摘要
一種空間遙感器大口徑反射鏡球鉸支撐結(jié)構(gòu)，屬于空間遙感器技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種球鉸支撐結(jié)構(gòu)。要解決的技術(shù)問題是提供一種空間遙感器大口徑反射鏡球鉸支撐結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案包括連接法蘭、上軸承座、下軸承座、球桿、球桿溝槽、圓柱銷、錐套、反射鏡、背板等。球鉸靠近法蘭一端是圓筒形結(jié)構(gòu)，上面間隔開有四個(gè)溝槽，球桿的另一端球頭是球形空腔，球桿桿端通過螺釘、圓柱銷與法蘭連接，法蘭通過螺釘與背板連接，上軸承座、球桿球頭和下軸承座通過螺釘和圓柱銷裝配到一起，上軸承座通過螺釘與錐套連接，錐套和反射鏡之間用膠粘。該球鉸支撐結(jié)構(gòu)能卸載由于材料線膨脹系數(shù)不同引起的溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力并能減振，保證反射鏡面形精度和成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01S7/48GK102109657SQ20111004626
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者李延春, 王克軍, 王海萍, 董吉洪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所