本發明屬于地面精密光學實驗技術領域，具體涉及一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構。

背景技術：

地面的大型鏡體在試驗、檢測、裝調以及使用的過程中，由于檢測設備、實驗環境以及使用狀態的限制，傳統的大型反射鏡鏡體一般都是采用背部支撐來保證整個鏡體在使用過程中的面形精度，設計方案都采用光軸豎直的方式，這大大限制了鏡體的應用范圍。因此，需要針對鏡體的偏擺或俯仰設計合理的側支撐結構來減小整個鏡體的面形變化，保證大型鏡體的成像質量。

目前，地面大型鏡體常針對單一角度的偏擺或俯仰設計剛性機構來支撐鏡體，通過對反射鏡底面多點進行支撐來保證整個鏡體在試驗、檢測、裝調以及使用的過程中的面形精度。但是這種方法的適用范圍相對單一，若鏡體進行多角度偏擺，則無法保證整個鏡體的面形精度。若再根據這種原理設計相應角度的支撐機構，勢必要增加整個側支撐結構的重量以及復雜性。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構，解決現有技術存在的適用范圍相對單一、無法保證整個鏡體的面形精度、重量大以及結構復雜的問題。

為實現上述目的，本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構包括：

環形的支撐底板，所述支撐底板上圓周均布多個軸向連接孔，在支撐底板中間通孔位置均勻設置多組whiffletree結構與鏡體底面接觸支撐；

圓周均布在鏡體側壁上的多個粘接塊，所述粘接塊和鏡體側壁粘接固定；

圓周均布的多個側支撐機構，每個側支撐機構包括連接桿、杠桿結構、杠桿底座、杠桿中心軸、側支撐底座和配重結構；所述連接桿的一端和所述杠桿結構的一端連接，所述連接桿的另一端和一個粘接塊粘接固定，所述杠桿結構的另一端和配重結構連接，杠桿中心軸穿過杠桿結構，兩端和杠桿底座連接，杠桿中心軸終端安裝有軸端擋片，所述杠桿底座側壁通過固定螺栓固定在側支撐底座的側壁上，所述側支撐底座的設置在支撐底板上端面上，每個側支撐底座和支撐底板上的一個連接孔對應。

所述側支撐機構還包括高度調整結構，所述高度調整結構為一個調整塊，所述側支撐底座的側壁豎直方向開有長條孔，所述調整塊穿過所述長條孔和杠桿底座固定連接。

所述側支撐機構還包括平面調整結構，所述平面調整結構包括分布在側支撐底座四個側壁處的四個調整單元，每個調整單元包括固定座以及與固定座螺紋連接的調整螺釘，所述固定座固定在支撐底板上端面上，所述調整螺釘和所述側支撐底座接觸。

所述連接桿為柔性桿，包括兩個對稱設置的柔性環節、連接兩個柔性環節的連接彈簧以及設置在連接彈簧和柔性環節外側的套筒；所述柔性環節為端部圓盤結構的桿體，所述套筒側壁開有夾緊缺口，所述夾緊缺口的通過螺釘連接，調整螺釘實現對兩個柔性環節的桿體的夾緊或松開，一個柔性環節的圓盤結構和杠桿結構的上端固定連接，另一個柔性環節的圓盤結構和對應的粘接塊粘接固定。

所述配重結構包括杠桿配重連接軸、配重鎖緊螺母和配重塊；所述杠桿配重連接軸一端和杠桿結構連接，另一端通過配重鎖緊螺母連接有配重塊，所述杠桿配重連接軸穿過側支撐底座以及支撐底板上對應的連接孔。

每個粘接塊和柔性環節之間的實際粘接面積S的計算公式為：

S_min＝nS＝Wa_G f_s/J

其中：S_min為粘膠總面積；

n為側支撐點個數；

J為粘接部位的抗剪強度或抗拉強度；

W為鏡體的重量；

a_G為最惡劣條件下的加速度因子；

f_s為安全系數，f_s大于等于2小于等于4。

多個所述粘接塊位于鏡體的質心面上。

本發明的工作原理為：本發明首先利用鏡體的結構選擇側面支撐點位置；其次根據鏡體的使用要求確定支撐方向；再通過鏡體的重量、背部支撐方式以及外形尺寸設計合理的支撐點數量，進而計算出鏡體側面單個支撐點所需支撐力以及所需支撐面積，設計合理的粘接結構，保證側向支撐機構可以與鏡體進行有效連接；根據支撐力、單個支撐點面積以及鏡體、粘接結構和支撐底板之間的位置尺寸關系設計柔性環節、套筒、杠桿結構、杠桿底座、杠桿中心軸、側支撐底座、固定螺栓、杠桿配重連接軸以及軸端擋片，配重塊安裝需要設計鎖緊螺母進行位置定位。還需要設計側支撐機構的高度調整結構以及平面調整結構，減少側支撐機構安裝在鏡體與支撐底板之間所產生的內應力。最后將多組側支撐機構安裝到支撐底板上，完成對整個整體的側支撐。

隨著鏡體的偏擺或俯仰，側支撐機構中的配重塊將垂直于杠桿方向的分力通過杠桿原理傳遞到柔性環節上，實現對鏡體側面的推拉，平衡鏡體因偏擺或俯仰而自重產生的分力(垂直于光軸)。這樣就可以減小鏡體的面形變化，保證鏡體的面形精度。

本發明的有益效果為：本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構由于采用了側支撐機構，解決了只有背部支撐的鏡體在地面重力環境試驗中因為鏡體偏離水平位置(即光軸與水平線不垂直)而導致面形精度劇烈下降的問題，有效的保證了鏡體沿任意角度擺放狀態下的面形精度，提高了鏡體的整體工作質量和適應性。本機構本身不具有定位作用，需要額外設計定位點約束鏡體自由度。這種結構在鏡體沿任意角度擺放進行試驗、檢測、裝調、使用等過程中都可以有效的應用，具有極佳的工程可實施性，本發明可應用于大型地基望遠鏡支撐領域以及精密光學實驗領域。

附圖說明

圖1為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構整體結構示意圖；

圖2為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構中支撐底板結構示意圖；

圖3為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構中的側支撐機構示意圖I；

圖4為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構中的側支撐機構示意圖II；

圖5為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構中的連接桿結構示意圖；

圖6為本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構應用示意圖；

其中：1、鏡體，2、側支撐機構，3、支撐底板，4、柔性環節，5、套筒，6、杠桿結構，7、杠桿底座，8、杠桿中心軸，9、側支撐底座，10、固定螺栓，11、高度調整結構，12、杠桿配重連接軸，13、平面調整結構，14、配重鎖緊螺母，15、配重塊，16、軸端擋片，17、粘接塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。

參見附圖1-附圖5，本發明的一種角度自適應高精度鏡體側向支撐機構包括：

環形的支撐底板3，所述支撐底板3上圓周均布多個軸向連接孔，在支撐底板3中間通孔位置均勻設置多組whiffletree結構與鏡體1底面接觸支撐；

圓周均布在鏡體1側壁上的多個粘接塊17，所述粘接塊17和鏡體1側壁粘接固定；

圓周均布的多個側支撐機構2，每個側支撐機構2包括連接桿、杠桿結構6、杠桿底座7、杠桿中心軸8、側支撐底座9和配重結構；所述連接桿的一端和所述杠桿結構6的一端連接，所述連接桿的另一端和一個粘接塊17粘接固定，所述杠桿結構6的另一端和配重結構連接，杠桿中心軸8穿過杠桿結構6，兩端和杠桿底座7連接，杠桿中心軸8終端安裝有軸端擋片16，所述杠桿底座7側壁通過固定螺栓10固定在側支撐底座9的側壁上，所述側支撐底座9的設置在支撐底板3上端面上，每個側支撐底座9和支撐底板3上的一個連接孔對應。為了保證本結構對鏡體1沿任意角度偏擺的適應性，所有側支撐機構2的支撐方向都朝向鏡體1質心位置，即向心式排布。

所述側支撐機構2還包括高度調整結構11，所述高度調整結構11為一個調整塊，所述側支撐底座9的側壁豎直方向開有長條孔，所述調整塊穿過所述長條孔和杠桿底座7固定連接。

所述側支撐機構2還包括平面調整結構13，所述平面調整結構13包括分布在側支撐底座9四個側壁處的四個調整單元，每個調整單元包括固定座以及與固定座螺紋連接的調整螺釘，所述固定座固定在支撐底板3上端面上，所述調整螺釘和所述側支撐底座9接觸。

通過安裝高度調整結構11以及平面調整結構13調整整個側支撐結構的位置，減少側向支撐機構安裝在鏡體1與支撐底板3之間所產生的內應力。

所述連接桿為柔性桿，包括兩個對稱設置的柔性環節4、連接兩個柔性環節4的連接彈簧以及設置在連接彈簧和柔性環節4外側的套筒5；所述柔性環節4為端部圓盤結構的桿體，所述套筒5側壁開有夾緊缺口，所述夾緊缺口的通過螺釘連接，調整螺釘實現對兩個柔性環節4的桿體的夾緊或松開，一個柔性環節4的圓盤結構和杠桿結構6的上端固定連接，另一個柔性環節4的圓盤結構和對應的粘接塊17粘接固定。

所述配重結構包括杠桿配重連接軸12、配重鎖緊螺母14和配重塊15；所述杠桿配重連接軸12一端和杠桿結構6連接，另一端通過配重鎖緊螺母14連接有配重塊15，所述杠桿配重連接軸12穿過側支撐底座9以及支撐底板3上對應的連接孔。

每個粘接塊17和柔性環節4之間的實際粘接面積S的計算公式為：S_min＝nS＝Wa_Gf_s/J(粘膠面積計算公式(P425，Optomechanical system design,3^rd edition))，其中S_min為粘膠總面積，n為側支撐點個數，J為粘接部位的抗剪強度或抗拉強度，W為鏡體1的重量；a_G為最惡劣條件下的加速度因子；f_s為安全系數，至少取2，考慮到粘膠操作中一些不可控的因素，安全系數最大可取到4。

多個所述粘接塊17位于鏡體1的質心面上，減少額外引入的彎矩對鏡體1面形的影響。

參見附圖6，針對一個φ1.4m口徑、鏡厚160mm、材料為ULE的大型鏡體1進行支撐時，通過反射鏡外形尺寸以及材料密度確定反射鏡的質心位置，確定質心面；選擇向心式排布方案，根據國內外研究經驗選擇支撐點數目為18和24兩種，結合側支撐結構外形尺寸最終確定為18點側支撐；通過計算確定單個支撐點所需面積為554.4mm²，支撐力為108N。

本發明的安裝過程為：首先需要對側支撐機構2進行組裝。首先將杠桿結構6安裝到杠桿底座7上，中間穿入杠桿中心軸8，軸端安裝軸端擋片16實現固定，完成杠桿組件的安裝；接著將杠桿組件安裝到側支撐底座9上，通過固定螺栓10實現初步定位，不要完全固定，保證杠桿組件可以沿著側支撐底座9的調整螺孔進行滑動；在杠桿底座7上安裝高度調整結構11，在支撐底板3上安裝平面調整結構13，將杠桿底座7連同相關組件放置到支撐底板3相應的位置上；將杠桿配重連接軸12穿過支撐底座以及杠桿底座7所設計的杠桿孔，旋入杠桿結構6底部的螺紋孔中，在杠桿配重連接軸12上安裝配重鎖緊螺母14以及配重，調整配重到理論設計位置，通過配重鎖緊螺母14實現固定；將兩個柔性環節4安裝在套筒5兩端，同樣可以在套筒5內滑動，其中一個柔性環節4與杠桿結構6固定，另外一個與鏡體1側面的粘接結構實現固定；通過高度調整結構11以及平面調整結構13調整側支撐機構2到理想位置，保證柔性環節4上不存在彎矩，然后鎖緊固定螺栓10實現高度固定，同時將杠桿底座7固定到支撐底板3上，完成單個側支撐機構2的安裝，其余同理，最終完成鏡體1、側支撐機構2以及支撐底板3之間的連接。

本發明的側支撐點數量和分布形式，并不局限于此實施例，可根據空間反射鏡尺寸大小和空間反射鏡支撐結構形式進行具體分析。