轻量化简单化高稳定同轴相机主次镜部件及安装方法

摘要

本发明提供一种轻量化简单化高稳定同轴相机主次镜部件，包括承力筒、同轴相机的主镜部件和次镜部件，还包括金属嵌套、嵌套支撑件和多根径向支撑杆；所述的承力筒、嵌套支撑件、多根径向支撑杆为碳纤维复合材料构件；所述嵌套支撑件为圆环状结构，其通过多根径向支撑杆同轴设置在承力筒前法兰中心处，所述金属嵌套固定在所述嵌套支撑件内；所述主镜部件安装在承力筒的后法兰处，所述次镜部件安装在金属嵌套中。一体化的主次镜高精度设计加工安装方法，避免了传统方案中的金属法兰盘的设计，将重量减少为原有方案的一半。

说明书

技术领域

发明专利涉及一种同轴相机用主次镜部件和安装方法，尤其涉及一种高轻 量化、简化、高模量、高稳定性的主次镜之间的高精度安装支撑方法。

背景技术

国内外目前研制的高分辨率相机很多采用小相对孔径、长焦距光学系统， 这种结构形式的光学系统具有结构紧凑，像质优良等优点。但是，此结构形式 光学系统中，主次镜之间微小形变，都会对相机像质造成影响。碳纤维复合材 料作为主次镜之间的高比刚度、高热稳定性支撑结构，在此类相机中应用十分 广泛。

该类相机后截距的变化量为主次镜间隔发生变化量的几十倍，因此，对此 类相机而言，主次镜间隔变化对焦距的影响很敏感。经研究分析，某高分辨率 相机在轨像质退化就是由于原有的主次镜支撑部件碳纤维复合材料承力筒在 空间环境下发生了微量的变形引起了最佳焦面位置向后移动，从而使焦面离焦， 像质逐渐下降。

因此，主次镜之间的承载结构不仅要轻量化、高模量，还要有在空间环境 下高稳定的性能。国外大型光学载荷针对复合材料的工程应用进行了大量的研 究工作，不断提高碳纤维材料的稳定性。随着相机的分辨率要求越来越高、口 径越来越大、相机轻量化比要求越来越大，我国急需发展高模量、高稳定性、 高空间环境适应性的新型碳纤维复合材料。同时，目前在将复合材料应用于空 间相机中时，为了提高表面面型和高精度要求，以往的设计中，在碳纤维复合 材料件与其它零件连接面上特别固定安装上比刚度较优的金属材料法兰，如钛 合金、铟钢材料等，这两种材料的密度与碳纤维复合材料比，增加了约2.8倍～ 5倍。为了避免在碳纤维复合材料上增加金属法兰，必须解决没有高精度的对 接面的前提下，通过减少误差环节，从系统的角度重新优化设计方案。

发明内容

本发明专利涉及一种同轴相机用主次镜部件和安装方法，本发明通过一体 化的结构形式，用光学基准来加工机械安装面的方法，解决了原有传统方案复 杂度高，重量重的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种轻量化简单化高稳定同轴相机主次镜部件，包括承力筒、同轴相机的 主镜部件和次镜部件，其特殊之处是：还包括金属嵌套、嵌套支撑件和多根径 向支撑杆；所述的承力筒、嵌套支撑件、多根径向支撑杆为碳纤维复合材料构 件；所述嵌套支撑件为圆环状结构，其通过多根径向支撑杆同轴设置在承力筒 前法兰中心处，所述金属嵌套固定在所述嵌套支撑件内；所述主镜部件安装在 承力筒的后法兰处，所述次镜部件安装在金属嵌套中。

上述承力筒、嵌套支撑件、多根径向支撑杆为一体式碳纤维复合材料构件。

上述金属嵌套内包括一个修切垫。

上述金属嵌套和碳纤维复合材料构件通过铆接或粘接方式固定。

上述金属嵌套为铟钢材料。

上述径向支撑杆的数量为4个。

该轻量化简单化高稳定同轴相机主次镜部件的安装方法，包括以下步骤：

1)加工碳纤维复合材料承力筒、镜筒、嵌套支撑件、多根径向支撑杆；

2)将对心加工后的主镜部件连接于承力筒部件的后法兰处；

3)以主镜的光轴为基准，依次加工金属嵌套的内端面和内圆周侧面，保 证次镜部件的安装限位面与主镜光轴的同轴度优于0.02mm。

4)将对心加工后的次镜部件安装于金属嵌套中；

5)修正主镜部件和次镜部件轴向间隔，完成主次镜装配。

上述步骤5中的修正步骤为：通过在次镜部件与承力筒嵌套内的修切垫厚 度调整保证主次镜之间的间隔误差优于0.02mm。

上述主镜部件、承力筒部件、次镜部件三个部件的对心加工精度均小于 0.01mm。

上述金属嵌套和碳纤维复合材料承力筒通过铆接或粘接方式固定。

本发明的优点是：

1、一体化的主次镜高精度设计加工安装方法，避免了传统方案中的金属 法兰盘的设计，将重量减少为原有方案的一半；

2、提高了整体精度，减少了装配环节，大大提高了装配精度和效率。

附图说明

图1为具有碳纤维复合材料结构件的承力筒的结构示意图；

图2为金属嵌套的结构示意图；

图3为已安装铟钢嵌套和主镜部件以及即将安装次镜部件的承力筒；

图4为本发明左端面的结构示意图。

图中：1-承力筒部件；2-金属嵌套；3-主镜部件；4-次镜部件；5-径向支撑 杆；6-嵌套支撑件；7-修切垫。

具体实施方式

如图1和图4所示，本发明一种轻量化简单化高稳定同轴相机主次镜部件 及安装方法，包括承力筒部件1、同轴相机的主镜部件4、次镜部件5，还包括 金属嵌套2，嵌套支撑件6和多根径向支撑杆5，径向支撑杆5的数量为4个， 金属嵌套2如图2所示，还包括一个修切垫7，承力筒部件1、嵌套支撑件6 和多根径向支撑杆5为碳纤维复合材料构件，嵌套支撑件6为圆环状结构，其 通过多根径向支撑杆5同轴设置在承力筒前法兰中心处，金属嵌套2固定在所 述嵌套支撑件6内；金属嵌套2可以是铟钢嵌套。金属嵌套2和嵌套支撑件6 可以通过铆接或粘接方式固定。去掉原有方案中的前、后、中钛合金法兰和钛 合金的次镜座，设计为全碳纤维结构。

原有设计方案中承力筒部件加工后保证高精度(0.005mm)，主镜部件、 次镜部件两个部件分别对心加工保证高精度(0.01mm)要求后，再通过装调 保证主次镜光学元件之间的轴向间隔和同轴度误差要求(这两项关键指标要求 都为优于0.02mm)，本发明中，如图3所示，通过将对心加工后的主镜部件4 连接于承力筒部件1的后法兰处，然后利用主镜的光轴为基准，依次加工金属 嵌套2的内端面和内圆周侧面，此精度能够满足优于0.02mm的要求，从而保 证次镜部件5的安装限位面与主镜光轴的同轴，然后将对心加工后的次镜部件 5安装于金属嵌套2内，仅仅再通过调整次镜部件5与承力筒金属嵌套2之间 的圆环形修切垫7厚度，修正轴向间隔，保证主次镜之间的间隔误差优于 0.02mm，就可以满足高精度的主次镜装配要求。