輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件及安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明專利涉及一種同軸相機(jī)用主次鏡部件和安裝方法，尤其涉及一種高輕量化、簡化、高模量、高穩(wěn)定性的主次鏡之間的高精度安裝支撐方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)外目前研制的高分辨率相機(jī)很多采用小相對孔徑、長焦距光學(xué)系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)形式的光學(xué)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，像質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。但是，此結(jié)構(gòu)形式光學(xué)系統(tǒng)中，主次鏡之間微小形變，都會(huì)對相機(jī)像質(zhì)造成影響。碳纖維復(fù)合材料作為主次鏡之間的高比剛度、高熱穩(wěn)定性支撐結(jié)構(gòu)，在此類相機(jī)中應(yīng)用十分廣泛。
[0003]該類相機(jī)后截距的變化量為主次鏡間隔發(fā)生變化量的幾十倍，因此，對此類相機(jī)而言，主次鏡間隔變化對焦距的影響很敏感。經(jīng)研宄分析，某高分辨率相機(jī)在軌像質(zhì)退化就是由于原有的主次鏡支撐部件碳纖維復(fù)合材料承力筒在空間環(huán)境下發(fā)生了微量的變形引起了最佳焦面位置向后移動(dòng)，從而使焦面離焦，像質(zhì)逐漸下降。
[0004]因此，主次鏡之間的承載結(jié)構(gòu)不僅要輕量化、高模量，還要有在空間環(huán)境下高穩(wěn)定的性能。國外大型光學(xué)載荷針對復(fù)合材料的工程應(yīng)用進(jìn)行了大量的研宄工作，不斷提高碳纖維材料的穩(wěn)定性。隨著相機(jī)的分辨率要求越來越高、口徑越來越大、相機(jī)輕量化比要求越來越大，我國急需發(fā)展高模量、高穩(wěn)定性、高空間環(huán)境適應(yīng)性的新型碳纖維復(fù)合材料。同時(shí)，目前在將復(fù)合材料應(yīng)用于空間相機(jī)中時(shí)，為了提高表面面型和高精度要求，以往的設(shè)計(jì)中，在碳纖維復(fù)合材料件與其它零件連接面上特別固定安裝上比剛度較優(yōu)的金屬材料法蘭，如鈦合金、銦鋼材料等，這兩種材料的密度與碳纖維復(fù)合材料比，增加了約2.8倍?5倍。為了避免在碳纖維復(fù)合材料上增加金屬法蘭，必須解決沒有高精度的對接面的前提下，通過減少誤差環(huán)節(jié)，從系統(tǒng)的角度重新優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明專利涉及一種同軸相機(jī)用主次鏡部件和安裝方法，本發(fā)明通過一體化的結(jié)構(gòu)形式，用光學(xué)基準(zhǔn)來加工機(jī)械安裝面的方法，解決了原有傳統(tǒng)方案復(fù)雜度高，重量重的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]一種輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，包括承力筒、同軸相機(jī)的主鏡部件和次鏡部件，其特殊之處是:還包括金屬嵌套、嵌套支撐件和多根徑向支撐桿；所述的承力筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿為碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件；所述嵌套支撐件為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其通過多根徑向支撐桿同軸設(shè)置在承力筒前法蘭中心處，所述金屬嵌套固定在所述嵌套支撐件內(nèi)；所述主鏡部件安裝在承力筒的后法蘭處，所述次鏡部件安裝在金屬嵌套中。
[0008]上述承力筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿為一體式碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件。
[0009]上述金屬嵌套內(nèi)包括一個(gè)修切墊。
[0010]上述金屬嵌套和碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件通過鉚接或粘接方式固定。
[0011]上述金屬嵌套為銦鋼材料。
[0012]上述徑向支撐桿的數(shù)量為4個(gè)。
[0013]該輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件的安裝方法，包括以下步驟:
[0014]I)加工碳纖維復(fù)合材料承力筒、鏡筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿；
[0015]2)將對心加工后的主鏡部件連接于承力筒部件的后法蘭處；
[0016]3)以主鏡的光軸為基準(zhǔn)，依次加工金屬嵌套的內(nèi)端面和內(nèi)圓周側(cè)面，保證次鏡部件的安裝限位面與主鏡光軸的同軸度優(yōu)于0.02_。
[0017]4)將對心加工后的次鏡部件安裝于金屬嵌套中；
[0018]5)修正主鏡部件和次鏡部件軸向間隔，完成主次鏡裝配。
[0019]上述步驟5中的修正步驟為:通過在次鏡部件與承力筒嵌套內(nèi)的修切墊厚度調(diào)整保證主次鏡之間的間隔誤差優(yōu)于0.02mm。
[0020]上述主鏡部件、承力筒部件、次鏡部件三個(gè)部件的對心加工精度均小于0.01mm。
[0021]上述金屬嵌套和碳纖維復(fù)合材料承力筒通過鉚接或粘接方式固定。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0023]1、一體化的主次鏡高精度設(shè)計(jì)加工安裝方法，避免了傳統(tǒng)方案中的金屬法蘭盤的設(shè)計(jì)，將重量減少為原有方案的一半；
[0024]2、提高了整體精度，減少了裝配環(huán)節(jié)，大大提高了裝配精度和效率。
【附圖說明】
[0025]圖1為具有碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的承力筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為金屬嵌套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為已安裝銦鋼嵌套和主鏡部件以及即將安裝次鏡部件的承力筒；
[0028]圖4為本發(fā)明左端面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:1_承力筒部件；2_金屬嵌套；3_主鏡部件；4_次鏡部件；5_徑向支撐桿；6-嵌套支撐件；7-修切墊。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如圖1和圖4所示，本發(fā)明一種輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件及安裝方法，包括承力筒部件1、同軸相機(jī)的主鏡部件4、次鏡部件5，還包括金屬嵌套2，嵌套支撐件6和多根徑向支撐桿5，徑向支撐桿5的數(shù)量為4個(gè)，金屬嵌套2如圖2所示，還包括一個(gè)修切墊7，承力筒部件1、嵌套支撐件6和多根徑向支撐桿5為碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件，嵌套支撐件6為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其通過多根徑向支撐桿5同軸設(shè)置在承力筒前法蘭中心處，金屬嵌套2固定在所述嵌套支撐件6內(nèi)；金屬嵌套2可以是銦鋼嵌套。金屬嵌套2和嵌套支撐件6可以通過鉚接或粘接方式固定。去掉原有方案中的前、后、中鈦合金法蘭和鈦合金的次鏡座，設(shè)計(jì)為全碳纖維結(jié)構(gòu)。
[0031]原有設(shè)計(jì)方案中承力筒部件加工后保證高精度(0.005mm)，主鏡部件、次鏡部件兩個(gè)部件分別對心加工保證高精度(0.01mm)要求后，再通過裝調(diào)保證主次鏡光學(xué)元件之間的軸向間隔和同軸度誤差要求(這兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)要求都為優(yōu)于0.02_)，本發(fā)明中，如圖3所示，通過將對心加工后的主鏡部件4連接于承力筒部件I的后法蘭處，然后利用主鏡的光軸為基準(zhǔn)，依次加工金屬嵌套2的內(nèi)端面和內(nèi)圓周側(cè)面，此精度能夠滿足優(yōu)于0.02mm的要求，從而保證次鏡部件5的安裝限位面與主鏡光軸的同軸，然后將對心加工后的次鏡部件5安裝于金屬嵌套2內(nèi)，僅僅再通過調(diào)整次鏡部件5與承力筒金屬嵌套2之間的圓環(huán)形修切墊7厚度，修正軸向間隔，保證主次鏡之間的間隔誤差優(yōu)于0.02mm，就可以滿足高精度的主次鏡裝配要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，包括承力筒、同軸相機(jī)的主鏡部件和次鏡部件，其特征在于: 還包括金屬嵌套、嵌套支撐件和多根徑向支撐桿； 所述的承力筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿為碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件； 所述嵌套支撐件為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其通過多根徑向支撐桿同軸設(shè)置在承力筒前法蘭中心處，所述金屬嵌套固定在所述嵌套支撐件內(nèi)； 所述主鏡部件安裝在承力筒的后法蘭處，所述次鏡部件安裝在金屬嵌套中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，其特征在于: 所述的承力筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿為一體式碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，其特征在于:所述的金屬嵌套內(nèi)包括一個(gè)修切墊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，其特征在于: 所述金屬嵌套和碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件通過鉚接或粘接方式固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，其特征在于: 所述金屬嵌套為銦鋼材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，其特征在于: 所述徑向支撐桿的數(shù)量為4個(gè)。
7.權(quán)利要求1至6所述的輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件的安裝方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)加工碳纖維復(fù)合材料承力筒、鏡筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿； 2)將對心加工后的主鏡部件連接于承力筒部件的后法蘭處； 3)以主鏡的光軸為基準(zhǔn)，依次加工金屬嵌套的內(nèi)端面和內(nèi)圓周側(cè)面，保證次鏡部件的安裝限位面與主鏡光軸的同軸度優(yōu)于0.02_。 4)將對心加工后的次鏡部件安裝于金屬嵌套中； 5)修正主鏡部件和次鏡部件軸向間隔，完成主次鏡裝配。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的安裝方法，其特征在于: 所述步驟5中的修正步驟為:通過在次鏡部件與承力筒嵌套內(nèi)的修切墊厚度調(diào)整保證主次鏡之間的間隔誤差優(yōu)于0.02mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的安裝方法，其特征在于: 所述主鏡部件、承力筒部件、次鏡部件三個(gè)部件的對心加工精度均小于0.01mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的安裝方法，其特征在于: 所述金屬嵌套和碳纖維復(fù)合材料承力筒通過鉚接或粘接方式固定。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種輕量化簡單化高穩(wěn)定同軸相機(jī)主次鏡部件，包括承力筒、同軸相機(jī)的主鏡部件和次鏡部件，還包括金屬嵌套、嵌套支撐件和多根徑向支撐桿；所述的承力筒、嵌套支撐件、多根徑向支撐桿為碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件；所述嵌套支撐件為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其通過多根徑向支撐桿同軸設(shè)置在承力筒前法蘭中心處，所述金屬嵌套固定在所述嵌套支撐件內(nèi)；所述主鏡部件安裝在承力筒的后法蘭處，所述次鏡部件安裝在金屬嵌套中。一體化的主次鏡高精度設(shè)計(jì)加工安裝方法，避免了傳統(tǒng)方案中的金屬法蘭盤的設(shè)計(jì)，將重量減少為原有方案的一半。
【IPC分類】G03B17-12, G02B7-02
【公開號】CN104570265
【申請?zhí)枴緾N201410797471
【發(fā)明人】李燕, 胡斌, 王 鋒, 祝青, 王煒, 吳萌源
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月18日