專利名稱：基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)鏡面的支撐裝置，具體涉及一種基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，用于姿態(tài)和面形需要變化的光學(xué)鏡面的精密支撐。
背景技術(shù)：
在光學(xué)鏡面的加工中，傳統(tǒng)小型光學(xué)鏡面，廣泛采用彈片式三點支撐機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)一般如圖1、圖2所示設(shè)計，三個彈片A、B和C成間隔120度分布。利用彈片具有良好的面內(nèi)剛度和良好的面外柔度，同時實現(xiàn)軸向支撐和側(cè)向支撐，且可釋放鏡坯和機(jī)架的熱脹冷縮引起的應(yīng)力和變形效應(yīng)。但這種機(jī)構(gòu)的缺點在于，支撐反力N不在鏡坯的重心面內(nèi)，故將形成力矩，從而對鏡面，特別對于薄鏡面面形，產(chǎn)生影響；對于面形需要變化的鏡面，由于彈片長度方向具有良好的抗彎剛度，因而將限制鏡面的局部面形沿彈片長度方向的變化；且當(dāng)被支撐鏡面沒有繞自身軸向軸線的姿態(tài)回轉(zhuǎn)變化時，因上方的彈片C為平置，故僅下方的兩個彈片A和B發(fā)揮側(cè)向支撐的作用。傳統(tǒng)上，一般采用軸向支撐和側(cè)向支撐分開的設(shè)計方法，或采用較厚的鏡坯使支撐反力引起的力矩對面形的影響減小，或采用在鏡坯背面打不通孔的辦法使支撐反力通過鏡坯重心面。但這些支撐機(jī)構(gòu)和措施工藝較為復(fù)雜，也不適用于姿態(tài)和面形需要變化的薄鏡面的支撐。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)彈片式三點支撐的缺點并較為簡單地實現(xiàn)位置和面形需要變化的薄鏡面的支撐，本發(fā)明提供一種基于四桿機(jī)構(gòu)原理的三點式被動支撐機(jī)構(gòu)，該支撐機(jī)構(gòu)可以同時實現(xiàn)軸向支撐和側(cè)向支撐，且支撐反力通過被支撐鏡坯的重心；可以釋放因鏡坯和機(jī)架的熱脹冷縮引起的應(yīng)力和變形；可以滿足變形鏡在支撐點處任意方向的自由變形。特別地，對于沒有繞鏡面軸向軸線轉(zhuǎn)動運動的情況，稍作改進(jìn)引入杠桿機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)A、B、C三點均發(fā)揮側(cè)向支撐的作用，且C和A、B處的支撐反力可調(diào)，從而改善鏡面的受力和應(yīng)力狀況。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，三個支撐點成間隔120度分布，其特征在于，所述三個支撐點中每個支撐點的結(jié)構(gòu)是沿切線方向的面內(nèi)設(shè)置兩根二力桿件，兩根桿件相對支撐點處法線對稱安排，且軸線相交于鏡坯重力沿鏡面的側(cè)向力平面內(nèi)，兩根二力桿件的另一端連接在支座上，構(gòu)成等腰梯形；支座固定在機(jī)架上。
這種結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力和側(cè)向力形成無矩的三力匯交力系。從機(jī)械結(jié)構(gòu)原理上看，每組支撐是由兩根二力桿和鏡坯及機(jī)架本身構(gòu)成等腰梯形式的四桿機(jī)構(gòu)。
這樣，鏡面在任意工作姿態(tài)下，三組四桿式支撐均不對鏡面產(chǎn)生彎矩；熱脹冷縮引起的變形和應(yīng)力可由四桿支撐徑向自由擺動釋放；對于變形鏡，鏡面在支撐點處可以繞桿件鉸鏈任意轉(zhuǎn)動和變形。
進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明有以下優(yōu)化方案1、所述的二力桿件采用柔性鉸。采用柔性鉸代替常用的球鉸并實現(xiàn)一體化的柔性鉸二力桿。
2、對于鏡面沒有繞自身軸向軸線轉(zhuǎn)動運動的特殊情況，至少一個支撐點處沿徑向添加一個四桿式支撐機(jī)構(gòu)，并將其支座改為活動支座，活動支座與機(jī)架之間設(shè)有杠桿，其結(jié)構(gòu)是活動支座與杠桿連接，杠桿的支點固定在機(jī)架上，杠桿另一端設(shè)有配重。
相對于活動支座，前述的支座可稱為固定支座。
所述的“至少一個支撐點”一般是處于上方的支撐點(后文圖中的C點)。
本發(fā)明的有益效果是，原理明了，結(jié)構(gòu)簡單；可以同時實現(xiàn)鏡面軸向和側(cè)向支撐，且支撐反力通過被支撐鏡坯的重心；可以釋放因鏡坯和機(jī)架的熱脹冷縮引起的應(yīng)力和變形；可以滿足變形鏡在支撐點處任意方向的自由變形。特別地，對于鏡面沒有繞鏡面軸向軸線轉(zhuǎn)動運動的情況，稍作改進(jìn)引入杠桿機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)三點均發(fā)揮側(cè)向支撐的作用，且支撐反力可調(diào)，從而改善鏡面的受力和應(yīng)力狀況。


圖1、圖2是傳統(tǒng)支撐機(jī)構(gòu)原理示意圖；圖3、圖4是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5、圖6是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)原理圖；圖7是實施例2的四桿支撐機(jī)構(gòu)的縱剖面構(gòu)造圖；圖8是圖7中2號零件采用柔性鉸鏈實現(xiàn)的二力桿及鉸鏈的放大圖；圖9是圖7中的A-A剖視圖；圖10、圖11分別為圖7中支撐點的局部放大圖。
具體實施例方式
實施例1，參見圖3、圖4和圖11在被支撐鏡面12背面的某一最佳支撐圓上，每隔120度沿切線方向的面內(nèi)分別設(shè)置三個支撐點，每個支撐點的結(jié)構(gòu)是，兩根二力桿件2，兩根桿件相對支撐點處法線對稱安排，且軸線相交于鏡坯重力沿鏡面的側(cè)向力平面內(nèi)，兩根二力桿件2的另一端連接在固定支座11上，構(gòu)成等腰梯形；固定支座11固定在機(jī)架5上。桿件內(nèi)力和側(cè)向力形成無矩的三力匯交力系。從機(jī)械結(jié)構(gòu)原理上看，每組支撐是由兩根二力桿和鏡坯及機(jī)架本身構(gòu)成等腰梯形式的四桿機(jī)構(gòu)，因此稱本發(fā)明為四桿式支撐機(jī)構(gòu)。
實施例2，與實施例1基本相同，但是對于鏡面沒有繞自身軸向軸線轉(zhuǎn)動運動的特殊情況，如圖5、圖6在C處沿徑向添加一個四桿式支撐機(jī)構(gòu)，將C處支座改為杠桿和配重機(jī)構(gòu)。這樣，A、B、C三點均發(fā)揮側(cè)向支撐的作用，且調(diào)節(jié)C處杠桿配重可分配C和A、B處的支撐反力，有利于改善鏡面的受力和應(yīng)力狀況。并且，這種特殊情況下，A、B、C三點不必按等邊三角形布置，而可根據(jù)結(jié)構(gòu)安排的方便和最佳支撐位置的要求按等腰三角形布置即可。
在圖7、圖11中，被支撐鏡坯12背面選定三處(如圖5三點A，B，C按正三角形分布，C為上方)膠接鋼墊1共四對八個，鋼墊熱膨脹系數(shù)最好與鏡坯熱膨脹系數(shù)接近。為避免間隙，如圖8，采用柔性鉸代替球鉸并實現(xiàn)一體化的柔性鉸二力桿2。將柔性鉸二力桿2兩端用螺釘8連接在鋼墊1和活動支座3以及固定支座11之間。固定支座11將直接安裝固定于機(jī)架5上，而活動支座3通過螺釘9和墊片10連接到杠桿4左端，杠桿4通過杠桿支點座16(見圖9)安裝固定于機(jī)架5上，杠桿的另一端安裝有平衡配重7，并采用定位止動螺母6在調(diào)節(jié)平衡配重7的位置后將之定位鎖緊。圖9是杠桿支點A-A面剖視圖。在圖9中，杠桿的轉(zhuǎn)軸14兩端由軸承17支撐并安裝在杠桿支點座16上。采用軸承擋蓋13和軸承擋圈15對軸系進(jìn)行定位，螺釘18和墊圈19將軸承擋蓋13固定于杠桿支點座16上。
實施例3，與實施例1基本相同，但其中至少一個支撐點的支座為活動支座，該活動支座與機(jī)架之間設(shè)有杠桿，其結(jié)構(gòu)是活動支座與杠桿連接，杠桿的支點固定在機(jī)架上，杠桿另一端設(shè)有配重。
權(quán)利要求
1.一種基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，三個支撐點成間隔120度分布，其特征在于，所述三個支撐點中每個支撐點的結(jié)構(gòu)是沿切線方向的面內(nèi)設(shè)置兩根二力桿件，兩根桿件相對支撐點處法線對稱安排，且軸線相交于鏡坯重力沿鏡面的側(cè)向力平面內(nèi)，兩根二力桿件的另一端連接在支座上，構(gòu)成等腰梯形；支座固定在機(jī)架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的二力桿件采用柔性鉸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，其特征在于，至少一個支撐點處沿徑向添加有一個四桿式支撐機(jī)構(gòu)，其支座為活動支座，活動支座與機(jī)架之間設(shè)有杠桿，其結(jié)構(gòu)是活動支座與杠桿連接，杠桿的支點固定在機(jī)架上，杠桿另一端設(shè)有配重。
全文摘要
基于四桿機(jī)構(gòu)原理的光學(xué)鏡面被動支撐機(jī)構(gòu)，三個支撐點成間隔120度分布，特征是每個支撐點的結(jié)構(gòu)是，沿切線方向的面內(nèi)設(shè)置兩根二力桿件，兩根桿件相對支撐點處法線對稱安排，且軸線相交于鏡坯重力沿鏡面的側(cè)向力平面內(nèi)，兩根二力桿件的另一端連接在支座上，構(gòu)成等腰梯形；支座固定在機(jī)架上。優(yōu)化方案的二力桿件采用柔性鉸。鏡面沒有繞自身軸向軸線轉(zhuǎn)動運動時，上方支撐點的支座為活動支座，該活動支座與杠桿連接，杠桿的支點固定在機(jī)架上，杠桿另一端設(shè)有配重。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單；可同時實現(xiàn)鏡面軸向和側(cè)向支撐，且支撐反力通過鏡坯的重心；可釋放鏡坯和機(jī)架的熱脹冷縮應(yīng)力和變形；可滿足變形鏡在支撐點處任意方向的自由變形。
文檔編號B23Q7/00GK1775470SQ20051012300
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者楊德華, 姜方華 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺南京天文光學(xué)技術(shù)研究所