一種支撐一體化反射鏡的製作方法

2023-09-22 00:52:40 4

本實用新型涉及一種空間相機結構部件，具體涉及一種支撐一體化反射鏡。
背景技術：
：反射鏡及其支撐結構在空間遙感相機的各結構部件中佔據十分重要的地位，反射鏡面形精度的高低直接關係到空間相機成像性能的優劣。傳統的反射鏡與支撐結構通常採用不同的材料分別加工而成，然後通過膠接、螺接等連接方式裝配成型。傳統的反射鏡結構如圖1所示，反射鏡1通過中心軸2安裝於傳統支撐板3上。反射鏡1、中心軸2和傳統支撐板3為單獨加工後組裝使用，三者之間需要膠接螺接，裝配過程產生的應力會降低反射鏡面形精度，當反射鏡與支撐結構材料不一致時導致光機熱膨脹係數不匹配，溫度變化產生的熱應力也會降低反射鏡面形精度。另外，傳統空間相機的反射鏡與支撐結構通常需要中心軸、鏡座或柔性支撐等支撐結構進行連接，不僅增大了相機重量和材料成本，而且也增加了裝調難度和組裝時間。技術實現要素：為了解決傳統的反射鏡與其支撐結構需要單獨加工裝配使用的技術問題，本實用新型提供一種支撐一體化反射鏡。本實用新型的技術解決方案是：一種支撐一體化反射鏡，其特殊之處在於：包括由金屬材料一體化成型的反射鏡面板、支撐板和背板；所述支撐板一側為反射鏡面板，支撐板的另一側為背板；所述支撐板包括外框、內框和網狀筋；外框位於支撐板的外圓周上，內框位於支撐板的中心，網狀筋位於外框和內框之間；所述外框上設置有多個次鏡架安裝板和多個柔性支架，次鏡架安裝板用於安裝次鏡架，柔性支架用於連接衛星主體；所述背板上設置有多個工藝圓孔，工藝圓孔的位置與網狀筋形成的網格相對應。上述柔性支架包括兩個三向柔性過渡件和一個端部連接板；所述三向柔性過渡件包括依次連接的徑向柔節一、連接塊一、軸向柔節、連接塊二和徑向柔節二；所述徑向柔節一固定安裝於所述外框的外側端面上；所述徑向柔節二與端部連接板固定連接；規定三維直角坐標系，以支撐板所在平面作為xy平面，以支撐板軸向作為z軸方向，徑向柔節一沿x軸方向彈性形變，徑向柔節二沿y軸方向彈性形變，軸向柔節沿z軸方向彈性形變；所述端部連接板上設置有用於連接衛星主體的安裝孔。上述外框上設置有多個減重孔。上述次鏡架安裝板包括與所述外框固定連接的安裝基板，安裝基板上設置有一個用於定位次鏡支架的定位孔和多個用於安裝次鏡支架的安裝孔。上述次鏡架安裝板和柔性支架各為三個，在所述外框的外端面上均勻交替設置。上述網狀筋形成的網格為六邊形。上述安裝孔上設置有消應力槽。上述反射鏡的中心沿軸向設置有貫通的中心孔。本實用新型的優點在於：(1)重量輕，剛度高。本實用新型通過將反射鏡與支撐一體化設計，省去了傳統反射鏡支撐結構，一個零件既為反射鏡，又為支撐，減少整個部件重量和零件個數，降低發射成本的同時，提高了一體化結構的剛度；支撐板作為本實用新型的主體結構，增大了反射鏡面的剛度，提高了本實用新型的共振頻率，避開了衛星的共振頻率，提高了本實用新型在火箭發射過程中的安全係數。(2)熱穩定性好。本實用新型反射鏡各部位採用同一材料製成(優選鋁合金等合金類材料)，通過將反射鏡與支撐一體化設計，降低了各部件間熱膨脹係數不匹配的影響，避免了光機系統材料不一致帶來的熱應力對鏡面面形精度的不利影響；同時簡化了熱控設備的設計製造難度，降低了研發成本。(3)易加工。本實用新型採用金屬材料，可以充分使用現有的車、銑、磨削等工藝快速加工製作基本結構，充分發揮金屬材料易於成型的特點，改善傳統材料反射鏡加工時間長，成本高的缺點。(4)易裝調。本實用新型反射鏡與支撐一體化結構通過三向一體柔性結構與衛星主體連接，三向一體柔性結構較傳統兩向柔性結構原有的四個自由度增加一個方向平動和一個轉動自由度，能夠更好的吸收衛星主體各方向引入的應力，避免了額外裝調應力的引入，保證反射鏡面面形精度，降低了相機的裝調難度。(5)本實用新型在遮光罩安裝孔、內框螺紋孔設置消應力槽，可以減小遮光罩、矯正鏡對反射鏡面形精度的影響。(6)本實用新型採用定位圓柱孔，定位精度高，保證次鏡架的位置精度。附圖說明圖1為傳統反射鏡與其支撐結構示意圖；圖2為本實用新型支撐一體化反射鏡的使用狀態示意圖；圖3為本實用新型較佳實施例結構的正面視圖；圖4為本實用新型較佳實施例結構的背面視圖；圖5為本實用新型較佳實施例結構的剖面視圖；圖6為本實用新型柔性支架的結構示意圖；圖7為本實用新型次鏡架安裝板的結構示意圖；圖8為本實用新型與傳統反射鏡的一階振型圖對比；圖9為本實用新型與傳統反射鏡受1G重力時的位移雲圖對比；圖10為本實用新型與傳統反射鏡溫升/溫降5℃時的位移雲圖對比。附圖標記說明：1-反射鏡，2-中心軸，3-傳統支撐板，4-反射鏡面板，5-支撐板，6-背板，7-柔性支架，8-次鏡架安裝板，9-減重孔，10-中心孔，11-工藝圓孔，51-外框，52-內框，53-網狀筋，71-三向柔性過渡件，72-端部連接板，711-徑向柔節一，712-連接塊一，713-軸向柔節，714-連接塊二，715-徑向柔節二，81-安裝基板，82-定位孔。具體實施方式參見圖2至圖4，本實用新型所提供的反射鏡較佳實施例是由金屬材料一體化成型，其結構主要包括反射鏡面板4、支撐板5和背板6；支撐板5位於反射鏡面板4和背板6之間。反射鏡的中心沿軸向設置有用於設置矯正鏡的中心孔10。參見圖5，支撐板5包括外框51、內框52和網狀筋53；外框51位於支撐板的外圓周上，內框52位於支撐板的中心，外框51與內框52通過網狀筋53相連，能夠保證反射鏡具有較高的輕量化率和較高的固有頻率。矯正鏡通過螺紋孔與內框52相連。外框51上設置有三個呈120°均布的次鏡架安裝板8和三個呈120°均布的柔性支架7，相鄰的次鏡架安裝板8和柔性支架7呈60°交替設置。外框51朝向反射鏡面板4的一側設置有12個均布的螺紋孔，每個螺紋孔根部有消應力槽，相機遮光罩通過螺紋孔與外框51相連；內框52下端面有6個均布的螺紋孔，每個螺紋孔上均設置有消應力槽。背板6上設置有多個工藝圓孔11，工藝圓孔11的位置與網狀筋53形成的網格相對應。參見圖6，柔性支架7包括兩個三向柔性過渡件71和一個端部連接板72；三向柔性過渡件71包括依次連接的徑向柔節一711、連接塊一712、軸向柔節713、連接塊二714和徑向柔節二715；徑向柔節一711固定安裝於外框51的外側端面上；徑向柔節二715與端部連接板72固定連接；規定三維直角坐標系，以支撐板所在平面作為xy平面，以支撐板軸向作為z軸方向，徑向柔節一711沿x軸方向彈性形變，徑向柔節二715沿y軸方向彈性形變，軸向柔節713沿z軸方向彈性形變；端部連接板72上設置有用於連接衛星主體的安裝孔。參見圖7，次鏡架安裝板8包括與外框51固定連接的安裝基板81，安裝基板81上設置有一個用於定位次鏡支架的定位孔82和多個用於安裝次鏡支架的安裝孔。三個定位孔82均布在以反射鏡面板4的光軸為圓心的圓周上，保證次鏡架的徑向定位；同時對安裝面進行精加工，保證次鏡架軸向定位。反射鏡面板4為滿足光學要求的反射面，先用單點金剛石加工，再鍍純鋁進行精密拋光處理，使鏡面滿足可見光要求；半封閉背板6為與反射鏡面板4曲率相同的球面，上有54個均布的工藝圓孔11，通過工藝圓孔11對實用新型內部進行光軸方向銑削，加工出多邊形網狀筋53，保證實用新型整體剛度的同時，實現本實用新型的輕量化。本實用新型選用反射鏡面板有效口徑為260mm，多邊形網狀筋為六邊形，使用6061鋁合金材料製作而成的反射鏡進行實驗測試。比較本實用新型(圖3)與傳統結構(圖1)的重量和基頻(見表1)；分別在反射鏡面光軸水平放置，且只受1G重力影響的工況下和溫升5℃/溫降5℃的工況下分析本實用新型與傳統結構的變形(參見圖8-10)，通過有限元方法和Zernike擬合得到兩種結構反射鏡面的PV值、RMS值(見表2)：表1模型質量/kg基頻/Hz本實用新型4.54741.3傳統結構5.56617.2表2分析結果表明，當反射鏡面有效孔徑為260mm時，本實用新型重量比傳統結構降低了18.3％，表明本實用新型在輕量化方面優於傳統結構，有利於降低空間相機的發射成本；本實用新型基頻比傳統結構提高了20.1％，表明本實用新型較傳統結構具有更高的安全係數，能夠承受更惡劣的發射環境；光軸水平放置受1G重力時，本實用新型鏡面PV值比傳統結構鏡面降低了73.0％，RMS值降低了75.7％，表明本實用新型鏡面剛度優於傳統結構，受相同載荷時，本實用新型具有更高的鏡面面形精度；溫升5℃或溫降5℃時，本實用新型鏡面PV值比傳統結構鏡面降低了16.4％，RMS值降低了19.5％，表明本實用新型較傳統結構具有更高的熱穩定性，環境溫度變化相同時，本實用新型具有更高的鏡面面形精度。以上各項分析結果均表明本實用新型在輕量化、結構剛度、結構熱穩定性和鏡面面形精度都優於傳統模型。以上所述的實施例僅限於解釋本實用新型，本實用新型的保護範圍應包括權利要求的全部內容，而且通過實施例，該領域的技術人員即可以實現本實用新型權利要求的全部內容。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp