一种大口径光学元件的侧向支撑机构

本发明涉及光学仪器，尤其涉及一种大口径光学元件的侧向支撑机构。

背景技术：

1、大口径光学元件是大口径光学仪器中的核心部件，地基大口径光学望远镜、大口径平行光管、重力、环境温度、风载等不同影响因素引起的大口径光学元件面形和位置误差将直接影响光学仪器的指标性能，而支撑机构的作用则是保证大口径光学元件在外接载荷下的面形和位置精度。

2、支撑机构一方面可以对大口径光学元件施加一定的支撑力，平衡光学元件受到的重力，保证光学元件的面形精度，另一方面，支撑机构可以对大口径光学元件施加位移约束，用于限制光学元件的刚体位移，保证所述元件的位置精度。

3、一般情况下，大口径光学元件的支撑机构包括轴向支撑和侧向支撑，现有的侧向被动支撑方式，有采用3组或6组切向柔性支撑机构同时提供侧向支撑力和侧向位移约束力，但采用3组或6组切向柔性支撑机构受力变形，会带来光学元件的偏心位移，从而导致光学元件位置精度降低，且侧向支撑点数过少，在光学元件重量较大时，侧向支撑点位置光学元件应力较大，存在断裂风险。

技术实现思路

1、为了解决在光学元件重力较大时容易影响光学元件的测定位精度的问题，本发明提出一种大口径光学元件的侧向支撑机构。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、本发明提出大口径光学元件的侧向支撑机构包括多个切向平衡模块和多个切向定位模块，其中：

4、所述切向定位模块均匀分布于光学元件周围，所述切向定位模块用于对光学元件施加侧向约束，并将光学元件定位到光学元件的机架上；

5、多个所述切向平衡模块分布于光学元件的外圆周，所述切向平衡模块包括支撑垫、支撑连杆、支撑座、杠杆和配重块，所述支撑垫与所述光学元件外圆周固定连接，所述支撑座固定于所述光学元件的机架上，所述杠杆与所述支撑座转动连接，所述支撑连杆一端与所述支撑垫活动连接，另一端与所述杠杆的输出端活动连接，所述配重块固定在所述杠杆输入端上，所述支撑连杆的轴线方向在光学元件的侧向重力平面内且与侧向重力分量方向平行。

6、进一步地，所述支撑连杆两端为球铰，所述支撑连杆的一端通过球铰与所述支撑垫连接，杠杆的输出端通过销轴与支撑连杆另一端的球铰连接。

7、进一步的，所述支撑连杆还包括差动螺纹副，所述差动螺纹副用于调节两个所述球铰的距离。

8、进一步地，所述杠杆通过转轴与所述支撑座转动连接，所述杠杆输出端到转轴中心的距离为l1，所述配重块到转轴中心的距离为l2，配重块的重量为mp，mp＝md×l1/(n×l2)，其中md为光学元件的重量，n为切向平衡模块的数量。

9、进一步地，所有支撑连杆对光学元件提供侧向支撑力的合力与光学元件重量的侧向分量始终相等。

10、进一步地，当光学元件的俯仰角为θ时，则光学元件重量的侧向分量为md×g×cosθ，每个所述支撑连杆对光学元件的侧向支撑力为(mp×g×l2×cosθ)/l1，其中(mp×g×l2×cosθ)/l1＝(md×g×cosθ)/n。

11、本发明的有益效果：

12、(1)本发明提出的大口径光学元件的侧向支撑机构设置有切向定位模块和切向平衡模块，切向定位模块对光学元件进行约束定位，切向平衡模块对光学元件施加侧向支撑力，切向连杆模块和切向平衡模块独立作用，能够支撑较大重量，切向定连杆模块不受光学元件的力影响，使元件保持精准位置提高元件的稳定性。

13、(2)本发明提出的大口径光学元件的侧向支撑机构的切向平衡模块可以进行自适应调节，在光学元件的俯仰角发生变化时，切向平衡模块始终与光学元件重量的侧向分量相互平衡，从而保证光学元件能够始终处于稳定状态，提高光学元件的精度。

14、(3)本发明提出的大口径光学元件的侧向支撑机构通过定位连杆两端设置的球铰，可以微量位移补偿热变形，避免热变形导致的应力，大口径光学元件面形精度也不容易受到外界环境影响。

15、(4)本发明提出的大口径光学元件的侧向支撑机构在三个切向定位模块侧向定位约束的基础上又增加了三个切向定位模块，增加的三个切向定位模块不仅可以通过虚约束提高整个机构对光学元件的定位刚度，又可以在三个进行定位约束的切向定位模块出现故障时，进行定位约束，可满足车载、舰载、机载等冲击振动载荷下光学元件稳定定位要求。

技术特征：

1.一种大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，包括多个切向平衡模块和多个切向定位模块，其中：

2.根据权利要求1所述的大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，所述支撑连杆两端为球铰，所述支撑连杆的一端通过球铰与所述支撑垫连接，杠杆的输出端通过销轴与支撑连杆另一端的球铰连接。

3.根据权利要求2所述的大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，所述支撑连杆还包括差动螺纹副，所述差动螺纹副用于调节两个所述球铰的距离。

4.根据权利要求1所述的大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，所述杠杆通过转轴与所述支撑座转动连接，所述杠杆输出端到转轴中心的距离为l1，所述配重块到转轴中心的距离为l2，配重块的重量为mp，mp＝md×l1/(n×l2)，其中md为光学元件的重量，n为切向平衡模块的数量。

5.根据权利要求4所述的大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，所有支撑连杆对光学元件提供侧向支撑力的合力与光学元件重量的侧向分量始终相等。

6.根据权利要求5所述的大口径光学元件的侧向支撑机构，其特征在于，当光学元件的俯仰角为θ时，则光学元件重量的侧向分量为md×g×cosθ，每个所述支撑连杆对光学元件的侧向支撑力为(mp×g×l2×cosθ)/l1，其中(mp×g×l2×cosθ)/l1＝(md×g×cosθ)/n。

技术总结
本发明提出一种大口径光学元件的侧向支撑机构，具体涉及于光学仪器技术领域,大口径光学元件的侧向支撑机构包括多个切向平衡模块和多个切向定位模块，切向定位模块均匀分布于光学元件周围，切向定位模块用于对光学元件施加侧向约束，并将光学元件定位到光学元件的机架上，切向平衡模块分布于光学元件的外圆周，切向定位模块和切向平衡模块独立作用，分别完成定位约束和提供侧向支撑力，切向定位模块不受光学元件的力影响，不发生变形，从而保证光学元件的精度。

技术研发人员：吴小霞,贺昌龙,赵勇志,邵亮,曹鹏宇,于致远
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18