一种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置及方法与流程

1.本发明涉及光电仪器检测领域，具体涉及一种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置及方法。


背景技术：

2.光学望远镜中主反射镜的口径决定望远镜的集光能力，主反射镜的面形精度影响望远镜的集光效率。大口径反射镜的支撑系统通常包括轴向支撑和侧向支撑两个组成部分。为了保证大口径反射镜的面形精度，其轴向支撑点数也由传统的3点，扩展为6点、9点、18点、27点等等，并且随着反射镜口径的增大，轴向支撑点数逐渐增多至几十个，甚至于上百个。为了方便大口径反射镜与轴向支撑结构之间的安装和拆卸，通常会在反射镜背部轴向支撑点位置上粘接轴向支撑垫。轴向支撑垫定位粘接时的位置误差会直接影响轴向支撑系统的支撑效果，从而直接影响反射镜的面形精度和位姿精度。为保证轴向支撑垫能够粘接在理想的轴向支撑点位置上，通常会在反射镜背面的每个轴向支撑点位置上精确地加工一个轴向支撑孔，用于轴向支撑垫与反射镜粘接安装过程中的精确定位。对于大口径反射镜而言，数十个甚至于数百个轴向支撑孔的加工无疑会大大增加光学加工的成本和周期，这对材料硬度较高的sic反射镜而言，问题尤其突出；对于一些超薄反射镜，轴向支撑点加工支撑孔会使得镜面局部刚度下降，镜面加工时会产生“印透效应”，从而影响镜面的面形精度。
3.在大口径反射镜背板平面上直接粘接轴向支撑垫的方法解决了轴向支撑孔加工带来的各种问题。现有反射镜支撑垫粘接方法存在的缺点主要体现在：(1)在支撑垫中心直接加工出用于检测的锥孔，有些支撑结构与支撑垫的连接方式不允许中心锥孔的存在；(2)支撑垫在反射镜背板平面上的定位需要平行于背板平面的两维方向上的平移调整，现有方法不能很好地满足这一需求；(3)现有方法在支撑垫的粘接面涂胶，放置到反射镜背面后进行支撑垫位置的精调，精调需在胶层固定前完成，此方法不适合固化速度较快的粘胶。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决上述现有技术缺陷之一，本发明提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置及方法，满足定位过程中两维方向上的平移调节需求，简洁有效，可实现了定位过程中轴向支撑垫与定位环之间的快速分离与复位。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，包括：
6.定位环，用于在辅助定位时提供支撑作用；
7.定位块，用于放置激光跟踪仪的靶球进行辅助定位；
8.轴向支撑垫，与所述定位块可拆卸连接在一起；
9.微调组件，设置在所述定位环上，用于调节所述轴向支撑垫位置；
10.预紧组件，与所述轴向支撑垫相连接，用于为所述轴向支撑垫抵靠在所述微调组件提供预紧力；
11.锁紧组件，用于将所述定位块和所述轴向支撑垫锁紧在一起；
12.在第一状态下，所述轴向支撑垫通过所述预紧组件安装在所述定位环上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫抵靠在所述微调组件上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件不动，将所述轴向支撑垫连同预紧组件从所述定位环上拆下；
13.在第二状态下，将所述轴向支撑垫通过所述预紧组件再次安装在所述定位环上，在所述预紧组件的预紧力作用下，所述轴向支撑垫再次抵靠在所述微调组件上，所述轴向支撑垫处于所述第一目标位置，完成所述轴向支撑垫的定位。
14.作为一种可选的方案，所述轴向支撑垫为具有第一上表面的圆形垫块，所述定位块的第二上表面具有用于放置激光跟踪仪靶球的锥窝结构，所述锥窝结构与于所述定位块的轴线同轴，所述定位块的第二下表面与所述轴向支撑垫的第一上表面相匹配，所述轴向支撑垫的外周壁上均布设有第一螺钉孔，所述定位块的外周壁上均布设有第二螺钉孔。
15.作为一种可选的方案，所述预紧组件包括预紧螺杆、第一平垫片、第二平垫片、弹簧、螺纹部，所述轴向支撑垫上设有与所述螺纹部相匹配的螺纹孔，所述预紧螺杆上依次安装所述第一垫片、所述弹簧和所述第二平垫片，再通过所述螺纹部与所述轴向支撑垫上的螺纹孔相连。
16.作为一种可选的方案，所述定位环为具有弧形结构，所述弧形结构的内圆周半径大于所述轴向支撑垫的半径，所述弧形结构的中点位置具有与所述轴向支撑垫的外周壁相适应的第一平面和用于容纳所述预紧螺杆通过的豁口特征。
17.作为一种可选的方案，所述定位环的外圆周方位角为90
°
的两个位置上分布2个第二平面，每个第二平面上设有一个用于安装所述微调组件的通孔，所述微调组件包括第一微调螺钉和第二微调螺钉，所述第一微调螺钉和所述第二微调螺钉分别安装在所述2个第二平面的通孔内，所述第一微调螺钉和所述第二微调螺钉对准所述定位环的圆心。
18.作为一种可选的方案，所述第一上表面和所述第二下表面均为平面。
19.作为一种可选的方案，所述定位块的外圆周尺寸与所述轴向支撑垫的外圆周尺寸一致。
20.作为一种可选的方案，所述第一螺钉孔和所述第二螺钉孔各具有4个。
21.作为一种可选的方案，所述锁紧组件包括第一锁紧块、第二锁紧块、第一安装螺钉和第二安装螺钉，采用所述第一安装螺钉和所述第二安装螺钉通过180
°
分布的第一锁紧块和第二锁紧块完成所述轴向支撑垫和所述定位块的同轴安装。
22.第二方面，本发明实施例中提供一种大口径反射镜轴向支撑垫定位方法，应用于如上述的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，所述方法包括：
23.在第一状态下，所述轴向支撑垫通过所述预紧组件安装在所述定位环上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫抵靠在所述微调组件上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件不动，将所述轴向支撑垫连同预紧组件从所述定位环上拆下；
24.在第二状态下，将所述轴向支撑垫通过所述预紧组件再次安装在所述定位环上，在所述预紧组件的预紧力作用下，所述轴向支撑垫再次抵靠在所述微调组件上，所述轴向支撑垫处于所述第一目标位置，完成所述轴向支撑垫的定位。
25.本发明实施例中提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置即方法，包括定位环、定位块、轴向支撑垫、微调组件、预紧组件、锁紧组件，在第一状态下，所述轴向支撑垫通过所述预紧组件安装在所述定位环上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫抵靠在所述微调组件上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件不动；将轴向支撑垫连同预紧组件从定位环上拆下；在第二状态下，将轴向支撑垫再次安装在定位环上，在预紧组件的预紧力作用下，轴向支撑垫再次抵靠在微调组件上，轴向支撑垫再次处于第一目标位置，完成轴向支撑垫的定位。满足定位过程中两维方向平移调节需求，可实现了定位过程中轴向支撑垫与定位环之间的快速分离与复位。
附图说明
26.图1是本发明实施例中提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置一种视角的结构示意图；
27.图2是本发明实施例中提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置另一种视角的结构示意图；
28.图3是本发明实施例中提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置中定位环的结构示意图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.结合图1所示，本发明实施例提供了一种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，包括：
32.定位环4，用于在辅助定位时安装在目标物上提供支撑作用，在进行定位过程中，将定位环4安装在目标物上，目标物可以为反射镜，因为定位工作时才需要使用本装置，所以在定位检测完成后则可以将装置移除，与目标物的连接可以采用临时连接的方式，如粘接、磁吸等方式，本实施例中，采用粘接的方式，可以通过502快干胶将定位环4粘接在反射镜的背面；
33.定位块7，用于辅助定位，定位块7上可以放置激光跟踪仪的靶球；
34.轴向支撑垫8，与所述定位块7可拆卸连接在一起，轴向支撑垫8可与定位块7安装
在一起；
35.微调组件5，可以安装在所述定位环4上，用于调节所述轴向支撑垫8位置；
36.预紧组件，与所述轴向支撑垫8相连接，连接的方式可以采用螺纹连接，用于为所述轴向支撑垫8抵靠在所述微调组件5提供预紧力，预紧力可以是弹力也可以是拉力，根据预紧组件的结构进行相应设计的选择，对此不做限定；
37.锁紧组件6，用于将所述定位块7和所述轴向支撑垫8锁紧在一起，可以采用螺丝连接的方式将定位块7和轴向支撑垫8之间固定，也可以在需要将定位块7和轴向支撑垫8分离时实现解锁；
38.在第一状态下，轴向支撑垫8通过所述预紧组件安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫8抵靠在所述微调组件5上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件5不动，将所述轴向支撑垫8连同预紧组件从所述定位环4上拆下，这里完成了轴向支撑垫8的第一次定位；
39.在第二状态下，将所述轴向支撑垫8通过所述预紧组件再次安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下，所述轴向支撑垫8再次抵靠在所述微调组件5上，所述轴向支撑垫8处于所述第一目标位置，完成所述轴向支撑垫8的定位，这里完成了轴向支撑垫8的第二次定位，因为是再次安装，所以也可以理解为轴向支撑垫8的复位。
40.本实施例中，在轴向支撑垫8背离所述定位块的一面配置粘结剂，粘结剂用来将轴向支撑垫进行固定在反射镜上，粘结剂可以采用502快干胶，对此不做限定。
41.需要说明的是，在轴向支撑垫8完成复位和安装固定后，可以从轴向支撑垫8上拆除锁紧组件6、定位块7、预紧螺杆1、第一平垫片21、第二平垫片22、弹簧3，并采用辅助工装测试每个轴向支撑垫8的粘接强度，符合要求后拆除定位环，并清理反射镜背面，这样便完成了轴向支撑垫8的定位操作。
42.本发明实施例中提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，包括定位环4、定位块7、轴向支撑垫8、微调组件5、预紧组件、锁紧组件6，在第一状态下，轴向支撑垫8通过所述预紧组件安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫8抵靠在所述微调组件5上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件5不动，将所述轴向支撑垫8连同预紧组件从所述定位环4上拆下，这里完成了轴向支撑垫8的第一次定位；在第二状态下，将所述轴向支撑垫8通过所述预紧组件再次安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下，所述轴向支撑垫8再次抵靠在所述微调组件5上，所述轴向支撑垫8处于所述第一目标位置，完成所述轴向支撑垫8的定位。满足定位过程中两维方向平移调节需求，简洁有效，可实现了定位过程中轴向支撑垫8与定位环4之间的快速分离与复位。
43.本发明实施例还提供了一种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，包括：
44.结合图1和图2所示，本实施例中，轴向支撑垫8为具有第一上表面的圆形垫块，第一上表面具有与轴向支撑垫8的外圆周垂直的基准平面特征，所述定位块7的第二上表面具有用于放置激光跟踪仪靶球的锥窝结构，所述锥窝结构与于所述定位块7的轴线同轴，所述定位块7的第二下表面与所述轴向支撑垫8的第一上表面相匹配，可选地，所述第一上表面和所述第二下表面均为平面，所述定位块7的外圆周尺寸与所述轴向支撑垫8的外圆周尺寸一致。
45.为了方便定位块7和轴向支撑垫8的连接，所述轴向支撑垫8的外周壁上均布设有第一螺钉孔，所述定位块7的外周壁上均布设有第二螺钉孔，本实施例中，第一螺钉孔和第二螺钉孔均设置4个。
46.所述预紧组件包括预紧螺杆1、第一平垫片21、第二平垫片22、弹簧、螺纹部，所述轴向支撑垫8上设有与所述螺纹部相匹配的螺纹孔，所述预紧螺杆1上依次安装所述第一平垫片21、所述弹簧和所述第二平垫片22，再通过所述螺纹部与所述轴向支撑垫8上的螺纹孔相连。
47.结合图2和图3所示，可选地，定位环4为具有弧形结构，所述弧形结构的内圆周半径大于所述轴向支撑垫8的半径，所述弧形结构的中点位置具有与所述轴向支撑垫8的外周壁相适应的第一平面和用于容纳所述预紧螺杆1通过的豁口特征。所述定位环4的外圆周方位角为90
°
的两个位置上分布2个第二平面，每个第二平面上设有一个用于安装所述微调组件5的通孔，所述微调组件5包括第一微调螺钉、与第一微调螺钉相配合的第一螺母和第二微调螺钉以及与第二微调螺钉相配合的第二螺母，所述第一微调螺钉和所述第二微调螺钉分别安装在所述2个第二平面的通孔内，所述第一微调螺钉和所述第二微调螺钉对准所述定位环4的圆心，需要说明的是，对于第一平面和第二平面的形状可以根据需要灵活选择，此处不做限定。
48.本实施例中，所述第一螺钉孔和所述第二螺钉孔各均布有4个，即4个第一螺钉孔均布在轴向支撑垫8的外周壁上，4个第二螺钉孔均布在定位块7的外周壁上。所述定位块7的外圆周尺寸与所述轴向支撑垫8的外圆周尺寸一致，所述锁紧组件6包括第一锁紧块、第二锁紧块、第一安装螺钉和第二安装螺钉，采用所述第一安装螺钉和所述第二安装螺钉通过180
°
分布的第一锁紧块和第二锁紧块完成所述轴向支撑垫8和所述定位块7的同轴安装。
49.本发明实施例中还提供了第三种大口径反射镜轴向支撑垫定位装置包括预紧螺杆1、第一平垫片21、第二平垫片22、弹簧3、定位环4、微调组件5、锁紧组件66、定位块7、轴向支撑垫8。锁紧组件6的内圆周面与轴向支撑垫8、定位块7的外径相同，采用锁紧组件6完成轴向支撑垫8和定位块7的同轴安装。在预紧螺杆1上依次装入第一平垫片21、弹簧3和第二平垫片22后，将预紧螺杆1与轴向支撑垫8外周壁上的的螺纹孔相连，即完成了轴向支撑垫8与预紧螺杆1的组装，此时弹簧3处于自由长度状态。
50.结合图2所示，每套微调组件包括螺母51和细牙螺杆52，采用快干胶水将两套微调组件5的螺母51分别粘接安装在定位环4上，两套微调组件5呈90
°
方位角分布，细牙螺杆52顶端的球头指向定位环4的圆心。根据定位环4的内径与轴向支撑垫8外径之间的间隙量
△
r调节微调组件5上的细牙螺杆52至理论设计位置。
51.结合图3所示，定位环4为弧状，内圆周半径比轴向支撑垫8的半径值大
△
r。在弧长中点位置具有第一平面41和豁口特征42，豁口特征42的豁口深度满足轴向支撑垫粘接高度要求。定位环4外圆周方位角为90
°
的两个位置上分布2个第二平面43，每个第二平面上具有一个通孔44，用于安装微调组件5，通孔44高度在轴向支撑垫8的厚度范围内。
52.结合图2和图3所示，采用本发明装置进行轴向支撑垫8位置调节时，先用502快干胶将定位环4粘接在反射镜的背面，注意豁口特征42朝上，待定位环4的粘胶干燥固化后，通过挤压第二平垫片22压缩弹簧3，将组装好的轴向支撑垫8和预紧螺杆1经由定位环4中点位置的豁口特征42安装到定位环4上，轴向支撑垫8的外圆周与两套微调组件5的球头相切接
触，压缩弹簧3带来的预紧力使得轴向支撑垫8与两套微调组件5的球头始终相切接触，因此调节微调组件5即可实现轴向支撑垫8的位置调节。
53.完成轴向支撑垫8的位置调节后，挤压第二平垫片22进而压缩弹簧3，将轴向支撑垫8与预紧螺杆1、第一平垫片21、弹簧3、第二平垫片22一起经过定位环4的豁口特征42摘出，进行粘胶前的二次清理、涂胶后，再次挤压第二平垫片22以便压缩弹簧3将轴向支撑垫8复位到定位环4上，按压定位块7挤出多余的粘胶并清理。由于定位环4粘接后位置固定不变，两套微调组件5的球头位置固定不变，将轴向支撑垫8复位至定位环4上，球头与轴向支撑垫8的外圆周相切接触后，即保证了轴向支撑垫8圆心位置的准确复位。
54.本发明实施例中，无需在轴向支撑垫中心加工出用于检测的锥孔，满足有些支撑结构与支撑垫的连接方式不允许中心锥孔存在的需求。通过采用安装在定位环90
°
圆周方向上的两套微调螺钉满足轴向支撑垫沿反射镜背板平面内两维方向上的平移调节需求，简洁、有效。基于两个球头相对位置不变，轴向支撑垫外圆周与球头相切接触后圆心位置固定不变的原理，采用压缩弹簧预紧力的方法保证轴向支撑垫外圆周与两套微调螺钉上的两个球头完全接触，可实现了粘接过程中轴向支撑垫与定位环之间的快速分离与复位。
55.第二方面，本发明实施例中提供一种大口径反射镜轴向支撑垫定位方法，应用于如上述的大口径反射镜轴向支撑垫定位装置，所述方法包括：
56.在第一状态下，轴向支撑垫8通过所述预紧组件安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下所述轴向支撑垫8抵靠在所述微调组件5上，通过调整所述微调组件将所述轴向支撑垫定位至第一目标位置，保持所述微调组件5不动，将所述轴向支撑垫8连同预紧组件从所述定位环4上拆下，这里完成了轴向支撑垫8的第一次定位；
57.在第二状态下，将所述轴向支撑垫8通过所述预紧组件再次安装在所述定位环4上，在所述预紧组件的预紧力作用下，所述轴向支撑垫8再次抵靠在所述微调组件5上，所述轴向支撑垫8处于所述第一目标位置，完成所述轴向支撑垫8的定位，这里完成了轴向支撑垫8的第二次定位，因为是再次安装，所以也可以理解为轴向支撑垫8的复位。
58.具体地，本发明实施例中还提供一种大口径反射镜轴向支撑垫定位方法，包括
59.s101、在涂胶前先完成所有轴向支撑垫的位置精调后，将轴向支撑垫8通过压紧弹簧3的方法从定位环4的豁口特征42上取出。
60.s102、轴向支撑垫8粘接面涂胶后再将通过压紧弹簧3的方法快速复位到定位环4上，无需再次调整轴向支撑垫8而引起胶层的剪切和侧向撕拉。定位环4上的豁口特征42允许按压定位块7挤出多余的粘胶并清理。
61.s103、待所有胶层完全固化后，从轴向支撑垫8上拆除锁紧组件6、定位块7、预紧螺杆1、第一平垫片21、第二平垫片22、弹簧3，并采用辅助工装测试每个轴向支撑垫8的粘接强度，符合要求后拆除定位环，并清理反射镜背面。
62.本发明提供的大口径反射镜轴向支撑垫定位方法，满足定位过程中两维方向上的平移调节需求，简洁有效，可实现了定位过程中轴向支撑垫与定位环之间的快速分离与复位。
63.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
64.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。