[发明专利]一种用于降低非球面大口径中空反射镜粘接应力的方法

说明书

本发明属于光机结构设计及光机装配领域，具体公开了一种用于降低非球面大口径中空反射镜粘接应力的方法。本发明包括大口径非球面主反射镜1、主镜框2、主镜压板3、压板橡胶垫4以及螺钉5，其中主镜框包括支撑台和注胶孔等装配结构，装配时，主反射镜与主镜框通过支撑台支撑，通过主镜压板及压板橡胶垫进行主镜辅助定位，通过注胶孔灌胶对主反射镜进行固定。该发明不仅可以降低主镜框对主反射镜的支撑应力，同时也可降低主反射镜在胶粘过程中产生的应力，减小主反射镜面型发生变化，保证主反射镜的面型精度及主反射镜相对主镜框的位置精度，进一步保证光学系统成像的质量。

技术领域

本发明属于光机设计及装调技术领域，具体为一种用于降低非球面大口径中空反射镜粘接应力的方法。

背景技术

卡塞格林系统中主反射镜作为主要的成像元件，其结构形式大多采用非球面中空反射镜，主反射镜面型的变化直接影响卡式系统成像的像质高低。卡式系统的主反射镜和主镜框多采用胶接的方式进行装配连接，采用胶接方式可以使卡式系统在多种姿态(竖直、倾斜、水平)变换和复杂工况环境正常高效的使用。然而在装配过程中，由于主镜框的结构支撑应力以及在主反射镜与主镜框的粘接应力，使得主反射镜结构内部产生较大的应力集中，导致主反射镜面型发生变化，且粘接胶层容易导致主反射镜与主镜框发生相对位移，从而影响卡式系统成像像质。

目前我国公布的中国科学院西安光学精密机械研究所“一种大口径反射镜的微应力支撑结构”专利(公开号CN105700109A)采用镜座及带有多个凸片的轴向紧固压圈固定大口径反射镜，通过设置消应力槽保证反射镜面型精度。该方法适用于中间厚边缘薄的反射镜支撑，对于中空孔径大、厚度薄、边缘厚、厚径比较小的大口径反射镜并不适用，为降低装配过程中的主镜内部结构的应力，减小主镜面型变化，防止主反射镜与主镜框之间发生相对位移，保证卡塞格林系统高像质成像的要求，因此寻求一种能降低非球面中空反射镜粘接应力且能保证主反射镜与主镜框之间相对位置的结构和方法，对提高卡塞格林系统装配质量和成像质量有着十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，发明了一种用于降低非球面大口径中空反射镜粘接应力的方法，本发明解决的技术问题是：

主要解决大口径中空反射镜粘接装配过程中面型精度变差、主反射镜与主镜框之间相对位移的问题，该光机结构和粘接方法可以广泛应用于大口径中空反射镜装配过程。此外，对其它类型的非球面反射镜的装配具有重要的参考意义。

本发明专利适用的主反射镜结构形式如图1所示，该主反射镜具有以下结构特点：

1)中空孔径大：非球面主反射镜中空直径φC不小于总口径φA的1/4；

2)中空孔厚度薄：中间厚度较薄，与边缘最厚处之比即t₂/t₁不大于2/3；

3)厚径比较小：厚度最薄处与最大直径处厚径比即t₂/φA不大于1/10。

本发明的方法主要包括主镜框支撑台设计，粘接胶层间隙设计，主镜框与主反射镜粘接方法设计：

主镜框支撑台设计：

所述主反射镜属于非球面轴对称结构，其等效质心处于主反射镜中空位置，且主反射镜中空位置厚度最薄，对于应力变化最为敏感，因此主镜框支撑台离主反射镜中心位置越远对面型产生的影响越小。主反射镜支撑台一周台面支撑时，所述主反射镜与主镜框接触面积较大，由于台面在机械加工时，所述台面上具有微观结构上的凹凸缺陷，导致主反射镜内部产生应力集中，引起主反射镜面型变化；支撑台面积较小时，主反射镜与主镜框接触面积较小，导致主反射镜在支撑台处单位面积受力变大，同样使主反射镜面型产生变化。该发明采用三段圆弧支撑台对主反射镜进行支撑：支撑台为三段均布等长的圆弧，支撑台圆弧对应的角度θ为圆周的1/36，支撑台内圈直径取主反射镜重量70％处对应的直径φB：