专利名称：一种空间遥感器大口径反射镜球铰支撑结构的制作方法
技术领域：
本发明属于空间遥感技术领域，涉及的一种空间遥感器大口径光学反射镜的支撑 结构。
背景技术：
空间遥感器用于对地球和太空资源进行普查和详查，在对地观察、太空探测等领 域的应用具有重要的科学和经济意义。空间遥感器中的光学元件特别是大口径反射镜是整 个光学系统中最重要的部件，它的面形精度高低直接关系到整个遥感器成像质量的好坏。 在光学界，通常把通光孔径大于600mm的称为大口径，由于镜面尺寸大、重量重常常引起镜 面产生变形。面形精度的好坏与反射镜的支撑结构有很大的关系，好的支撑结构可以使反 射镜的面形精度更好，稳定性更好。本发明以前，同类结构一般都采用三点或者三点以上的柔头进行背部支撑，与本 发明最为接近的已有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制开发的空间 遥感器的光学反射镜支撑结构，如图1所示，包括背板1、第一螺钉2、柔头3、锥套4、第二螺 钉5、反射镜6。柔头3通过第一螺钉2与背板1连接，柔头3的另一端通过第二连接螺钉5 与锥套4连接，锥套4再与反射镜6用胶粘接。这种支撑方式通过在柔头3上加工一定数 量和形式的槽，可以保证柔头有合适的柔性。该结构的优缺点是当相机承受振动时，柔头 可以吸收能量起到减振的作用，但是当遥感器所处的空间环境存在温度变化时，由于反射 镜和支撑材料线膨胀系数的不一致性，即使柔头有一定的柔性，反射镜仍然会受到很大的 应力作用，再就是这种结构的装配很困难，稍有偏差将会有很大的装配应力产生，这样会严 重影响反射镜的面形，影响成像质量。
发明内容
为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种有效的支撑方式，保 证遥感器的反射镜能承受一定量级的振动载荷，同时空间温度环境变化时，此种支撑方式 不会因为温度变化而导致反射镜镜面面形产生变化，由于此结构中球铰的存在可以很好的 消除装配应力，装配容易实现，从而保证遥感器的成像质量。本发明要解决的技术问题是提供一种空间遥感器大口径光学反射镜支撑结构。 解决技术问题的技术方案如图2所示，包括反射镜7、背板8、反射镜支撑组件9、反射镜组 件修磨垫10、支撑组件保护盖11、第一螺钉12、第二螺钉13、第三螺钉14、锥套15 ；其中，反 射镜组件9的结构如图3、图4、图5所示，包括沟槽16、连接法兰17、第四螺钉18、上轴承 座19、球杆20、下轴承座21、第五螺钉22、第一圆柱销23、第二圆柱销M ；球杆20靠近连 接法兰17的一端是圆筒形结构，在球杆壁的周围开有四个沟槽16，四个沟槽在球杆上间隔 90ο分布，相对的沟槽切割方向相同，相邻的沟槽切割方向相反，沟槽可以增加柔性，起到减 振作用，球杆20的另一端球头是球形空腔；在反射镜支撑组件9中连接法兰17通过第一 螺钉12与背板8连接，同时连接法兰17通过第二螺钉13与锥套15连接，上轴承座19与
3锥套15的接触面C为间隙配合，锥套15与反射镜7胶粘，上轴承座19、球杆20的球头和 下轴承座21通过第五螺钉22和第二圆柱销M按图3所示装配在一起，球杆20的杆端通 过第四螺钉18、第一圆柱销23与连接法兰17连接在一起；支撑组件保护盖11通过第三螺 钉14固定在背板8上，防止灰尘落入球杆20的空腔内。反射镜组件修磨垫10共有3个， 成120ο分布，在将反射镜组件整体装配到遥感相机框架内时，可以通过修磨其厚度和角度 保证光学系统的设计指标要求，反射镜修磨垫10通过遥感器相机框架和背板8之间的连接 螺钉压紧在遥感相机框架和背板8之间。工作原理说明当空间环境温度变化时，由于材料的线膨胀系数的不一致性，会产 生支撑与反射镜的相对运动，如果支撑为刚性支撑，则这部分功的大部分将转变成镜体变 形能，从而引起镜面的局部严重变形，导致成像质量恶化，在此支撑结构中采用了球铰，允 许支撑与镜体之间有微量相对运动，可以将这部分变形能卸载，以保证好的镜面面形；球杆 20上开有四个Imm宽的沟槽16，四个沟槽在球杆上间隔90度均布，相对的沟槽切割方向相 同，相邻沟槽切割方向相反，它们可以起到很好的减振作用，同时可以消除部分装配应力， 温度变化时，由于材料线膨胀系数不一致引起的应力也可以消除一部分。本发明的积极效果球铰的存在，可以避免装配应力的产生，使反射镜组件的装配 更容易实现；在球杆20上开有四个沟槽16，可以吸收振动时的能量，起到很好的减振作用， 使反射镜能承受更高量级、更恶劣的振动，同时可以消除部分装配应力以及温度变化时，由 于材料线膨胀系数不一致引起的应力。两个特征的存在可以使反射镜组件经受更恶劣的环 境并且更好的满足任务要求。
图1是已有技术大口径反射镜支撑结构的示意图；图2是本发明中大口径反射镜球铰支撑结构的总体示意图；图3是本发明中大口径反射镜支撑组件的结构主视图；图4是图3的左视图；图5是图3的右视图；图6是具体实施方式
中上、下轴承座的组合部件主视图；图7是具体实施方式
中上、下轴承座的组合部件右视图。
具体实施例方式本发明按图2所示的结构实施。其中，反射镜支撑组件9按图3、图4和图5所示 的结构实施。其中，主镜7采用SiC材料制成，尺寸为直径Φ676πιπι，厚99. 7mm。背板8采用 4J32材料制成，尺寸为40&461x38mm。反射镜组件修研垫10采用4J32材料制成，尺寸为 151x90x2mm。保护盖11采用2A12材料制成，尺寸为直径Φ 72mm，厚1mm。第三螺钉14采 用30CrMnsi制成。第一螺钉12、第二螺钉13采用TB3材料制成。锥套15采用4J32材料 制成，尺寸为直径Φ 79mm，高58mm。连接法兰17采用4J32材料制成，尺寸为直径Φ 82mm， 高18mm。第一圆柱销23和第二圆柱销M采用TC4材料制成。上轴承座19采用4J32材 料制成，外轮廓尺寸为最大直径Φ 78mm,最大高度41. 5mm。球杆20采用4J32材料制成，外轮廓尺寸为最大直径Φ 39mm，最大高度54. 5mm。下轴承座21采用4J32材料制成，外轮廓 尺寸为最大直径Φ60πιπι，最大高度14mm。第四螺钉18和第五螺钉22采用TB3材料制成， 4J32材料与反射镜SIC材料有相近的线膨胀系数。装配前彻底清洗诸零件，保证无杂质，装配环境要洁净，反射镜支撑组件9的装 配配研之前相对应的锥套、轴承座及球杆要打以标记，装配时允许使用少量MoS2润滑 脂，将零件19、21同件20装好后配研，保证D面有0. 001-0. 003mm间隙。反射镜支撑组 件9是在反射镜镜面粗加工后与反射镜进行装配，在装配前首先确定反射镜锥孔已经加工 完成，且与反射镜支撑组件中的锥套经过了配研，将锥套15按标记用指定粘接剂粘于反 射镜7锥孔内，保证牢固可靠，注意反射镜支撑组件9与锥套15的配合面C要配研，保证 0. 001-0. 003mm间隙，将反射镜支撑组件安装完成后，安装背板8，可通过修反射镜支撑组 件的A端面使三个反射镜支撑组件满足等高差0. 003mm要求，从而保证背板B面的共面性 (允差0. 005mm)，装配完毕后，检测面形满足光学要求后在相应位置打销钉，由于反射镜属 于脆性材料，在装配和运输的时候务必轻拿轻放。图6和图7是组合部件图，包括下轴承座21、上轴承座19、第五螺钉22、第二圆 柱销对。由于球杆与上下轴承座的配合的好坏直接影响支撑组件的支撑效果，所以采用组 合加工来加工上下轴承座的内球面，保证两个半球面的球心同心，组合之前上下轴承座的 两个端面E保证平面度0. 003mm,相对两零件对称轴的垂直度0. 005mm,然后将球杆组合进 行配研，这种方式可以保证配合精度，保证接触面有0. 001-0. 003mm的间隙量。
权利要求
1. 一种空间遥感器大口径反射镜球铰支撑结构，包括反射镜(7)，背板(8)第一螺钉 (12)，第二螺钉(13)，锥套(15)；其特征在于还包括反射镜支撑组件(9)、反射镜组件修磨 垫(10)、支撑组件保护盖(11)、第三螺钉(14)；其中，反射镜支撑组件(9)包括沟槽(16)、 连接法兰(17)、第四螺钉(18)、上轴承座(19)、球杆(20)、下轴承座(21)、第五螺钉(22)、 第一圆柱销(23)、第二圆柱销(24)；球杆00)靠近连接法兰(17)的一端是圆筒形结构，在 球杆壁的周围开有四个沟槽(16)，四个沟槽在球杆上间隔90°分布，相对的沟槽切割方向 相同，相邻的沟槽切割方向相反，球杆00)的另一端球头是球形空腔，在反射镜支撑组件 (9)中连接法兰(17)通过第一螺钉(1 与背板(8)连接，同时连接法兰(17)通过第二螺 钉(13)与锥套(15)连接，上轴承座(19)与锥套(15)的接触面C为间隙配合，锥套(15) 与反射镜(7)胶粘，上轴承座(19)、球杆00)的球头和下轴承座通过第五螺钉02) 和第二圆柱销04)装配在一起，球杆OO)的杆端通过第四螺钉(18)、第一圆柱销03)与 连接法兰(17)连接在一起；支撑组件保护盖(11)通过第三螺钉(14)固定在背板(8)上； 反射镜组件修磨垫(10)共有3个，成120°分布，反射镜修磨垫(10)通过遥感器相机框架 和背板(8)之间的连接螺钉压紧在遥感相机框架和背板(8)之间。
全文摘要
一种空间遥感器大口径反射镜球铰支撑结构，属于空间遥感器技术领域中涉及的一种球铰支撑结构。要解决的技术问题是提供一种空间遥感器大口径反射镜球铰支撑结构。技术方案包括连接法兰、上轴承座、下轴承座、球杆、球杆沟槽、圆柱销、锥套、反射镜、背板等。球铰靠近法兰一端是圆筒形结构，上面间隔开有四个沟槽，球杆的另一端球头是球形空腔，球杆杆端通过螺钉、圆柱销与法兰连接，法兰通过螺钉与背板连接，上轴承座、球杆球头和下轴承座通过螺钉和圆柱销装配到一起，上轴承座通过螺钉与锥套连接，锥套和反射镜之间用胶粘。该球铰支撑结构能卸载由于材料线膨胀系数不同引起的温度应力和装配应力并能减振，保证反射镜面形精度和成像质量。
文档编号G01S7/48GK102109657SQ20111004626
公开日2011年6月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者李延春, 王克军, 王海萍, 董吉洪 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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