[發(fā)明專利]用于空間指向測(cè)量?jī)x器光學(xué)透鏡的柔性消熱減振支撐結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011167466.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN112731612B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李林;王立;袁利;鄭然;武延鵬;李連升;王曉燕;鐘俊;隋杰;張運(yùn)方;周昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G02B7/02
• 分類號(hào): G02B7/02;F16F15/02
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發(fā)明涉及一種用于空間指向測(cè)量?jī)x器光學(xué)透鏡的柔性消熱減振支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括內(nèi)環(huán)和固定法蘭；所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)側(cè)壁上均布膠結(jié)環(huán)節(jié)，外側(cè)壁與所述固定法蘭之間均布設(shè)置同時(shí)具有橫向和縱向自由度釋放能力的折臂梁環(huán)節(jié)；所述的折臂梁環(huán)節(jié)與所述膠結(jié)環(huán)節(jié)交錯(cuò)布置；通過(guò)所述的膠結(jié)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)透鏡的徑向定位，通過(guò)所述固定法蘭實(shí)現(xiàn)光學(xué)透鏡的軸向定位及連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間極高精度指向測(cè)量技術(shù)、空間遙感以及星敏感器領(lǐng)域。特別涉及一種用于空間指向測(cè)量?jī)x器光學(xué)透鏡的柔性消熱減振支撐結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

透鏡是透射式光學(xué)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵光學(xué)元件，其面形精度和穩(wěn)定性決定了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能指標(biāo)能否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)。隨著對(duì)光學(xué)系統(tǒng)分辨力、視場(chǎng)角及像差等指標(biāo)的提高，光學(xué)透鏡的口徑越來(lái)越大，對(duì)單個(gè)透鏡面形精度要求也越來(lái)越高，如何合理的設(shè)計(jì)大口徑光學(xué)透鏡支撐結(jié)構(gòu)以保證光學(xué)系統(tǒng)整體性能至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的透射式光學(xué)系統(tǒng)多采用筒式結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓圈和隔圈相結(jié)合的方式對(duì)透鏡進(jìn)行固定，以保證透鏡的安裝公差，從而保證光學(xué)系統(tǒng)性能，然而，這種固定方式并不能夠滿足毫角秒級(jí)精度大口徑光學(xué)透鏡的使用需求。為保證光學(xué)系統(tǒng)性能，在環(huán)境條件(例如：重力釋放、熱輻射、溫度變化、裝配誤差等)變化及經(jīng)歷大量級(jí)力學(xué)條件時(shí)，大口徑透鏡必須具有足夠好的面形精度和穩(wěn)定性。因此，大口徑透鏡固定結(jié)構(gòu)作為連接透鏡鏡體與安裝基座的主要部件，必須要具有良好的動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)性能和熱性能，以保證環(huán)境條件變化時(shí)透鏡具有足夠好的面形和穩(wěn)定性。

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)械與物理研究所趙勇志等人于2018年10月提出的大口徑透鏡柔性支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示，該論文提出的柔性結(jié)構(gòu)主要包括柔性環(huán)節(jié)101和外框架102，其中柔性環(huán)節(jié)101內(nèi)部具有6個(gè)均布的凸起結(jié)構(gòu)，通過(guò)膠粘劑與透鏡連接，柔性環(huán)節(jié)101外部同樣具有6個(gè)均布的凸起結(jié)構(gòu)，與外框架102連接，外框架102通過(guò)其上面的6個(gè)螺釘孔與固定基座連接。該結(jié)構(gòu)能夠有效降低透鏡與支撐結(jié)構(gòu)間的溫度應(yīng)力，提高了大口徑透鏡的支撐性能。

該柔性結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于：a)柔性環(huán)節(jié)能夠有效降低橫向(徑向)方向的熱應(yīng)力，無(wú)法降低縱向(軸向)方向的熱應(yīng)力，不能運(yùn)用于具有更高性能要求的大口徑光學(xué)透鏡支撐；b)與柔性環(huán)節(jié)相連的外框架過(guò)于笨重，降低了柔性環(huán)節(jié)質(zhì)量使用率；c)柔性環(huán)節(jié)內(nèi)部凸起結(jié)構(gòu)沒(méi)有縱向限位，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)縱向限位結(jié)構(gòu)，不利于大口徑透鏡的超高位置精度安裝；d)柔性環(huán)節(jié)內(nèi)部凸起結(jié)構(gòu)通過(guò)膠粘劑與透鏡連接，沒(méi)有設(shè)計(jì)膠粘劑的存貯位置，使得膠粘劑在實(shí)際操作過(guò)程中使用量難以控制；d)此種柔性結(jié)構(gòu)沒(méi)有提出力學(xué)性能的適應(yīng)性，給大口徑透鏡的工程化應(yīng)用帶來(lái)困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)中的缺陷，提供一種用于空間指向測(cè)量?jī)x器光學(xué)透鏡的柔性消熱減振支撐結(jié)構(gòu)，適用于實(shí)際工程應(yīng)用。

本發(fā)明原理：通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的膠結(jié)槽將大口徑透鏡與結(jié)構(gòu)進(jìn)行膠結(jié)；通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)外側(cè)的柔性結(jié)構(gòu)與光學(xué)組件的安裝基礎(chǔ)連接固定；通過(guò)內(nèi)側(cè)膠結(jié)槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步釋放環(huán)境條件(例如：重力釋放、熱輻射、溫度變化、裝配誤差等)變化時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變；通過(guò)外側(cè)的柔性折臂梁進(jìn)一步釋放環(huán)境條件變化時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變，并與內(nèi)側(cè)膠結(jié)槽結(jié)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)提供6個(gè)方向上自由度釋放，實(shí)現(xiàn)消熱減振功能。通過(guò)銷釘結(jié)構(gòu)與安裝基礎(chǔ)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：用于空間指向測(cè)量?jī)x器光學(xué)透鏡的柔性消熱減振支撐結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)環(huán)和固定法蘭；所述內(nèi)環(huán)的內(nèi)側(cè)壁上均布膠結(jié)環(huán)節(jié)，外側(cè)壁與所述固定法蘭之間均布設(shè)置同時(shí)具有橫向和縱向自由度釋放能力的折臂梁環(huán)節(jié)；所述的折臂梁環(huán)節(jié)與所述膠結(jié)環(huán)節(jié)交錯(cuò)布置；通過(guò)所述的膠結(jié)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)透鏡的徑向定位，通過(guò)所述固定法蘭實(shí)現(xiàn)光學(xué)透鏡的軸向定位及連接。

優(yōu)選的，所述的膠結(jié)環(huán)節(jié)相對(duì)內(nèi)環(huán)的外側(cè)具有柔性槽，內(nèi)側(cè)為填膠槽凸臺(tái)；所述的填膠槽凸臺(tái)上設(shè)置填膠槽，上端面具有與填膠槽相互連通的注膠孔和出氣孔；下端設(shè)置用于支撐光學(xué)透鏡的軸向定位法蘭。

優(yōu)選的，多個(gè)軸向定位法蘭，共面，平面度優(yōu)于3um，與內(nèi)環(huán)內(nèi)壁軸線垂直度優(yōu)于5um。