一种超大口径子孔径拼接准直系统的制作方法

1.本发明涉及一种超大口径子孔径拼接准直系统，属于遥感相机的光学装调技术领域。

背景技术：

2.随着航天遥感器对高分辨率的追求，遥感相机的口径也随之增大，由于重力变形的影响，大口径遥感相机通常采用光轴竖直方式进行光学系统装调，开展竖直装调就必须配备不小于相机口径的竖直平面反射镜，才能实现相机的自准直干涉测量。
3.针对大口径光学系统的检测，通常采用大口径干涉仪或者配备等口径的平面反射镜来实现光路的自准直，国内现阶段研制的遥感相机口径均在1.5m以下，使用等口径的平面反射镜即可满足检测需求，针对直径2m及以上的大口径光学系统缺少相应的检测手段。

技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超大口径子孔径拼接准直系统，在保证检测精度的前提下提升了测量口径，克服了小口径准直平面镜无法检测光学系统全口径的缺陷。
5.本发明解决技术的方案是：
6.一种超大口径子孔径拼接准直系统，包括：平面镜组件和拼接调整机构，
7.平面镜组件包括平面镜、支撑吊钩、执行背板和支撑背板，支撑背板与执行背板连接；平面镜内部结构为蜂窝减重形式，背部有悬挂孔结构，用于安装支撑吊钩；
8.支撑吊钩连接平面镜与执行背板，支撑吊钩上端与执行背板之间连接，支撑吊钩从平面镜对应的孔位中伸入，展开悬挂弹片实现对平面镜的吊装支撑，配合实现平面镜一端的位置锁紧，调节压圈可根据执行背板与平面镜之间的距离进行位置调节并锁定；
9.拼接调整机构起到调节平面镜组件的作用，具备电动四维调节功能；
10.拼接调整机构包括主调整背板、副调整背板、倾斜调整电机和转接板，其中主调整背板上安装有x方向的导轨，副调整背板置于x方向的导轨上，通过丝杠电机驱动实现副调整背板在x方向上的一维平移调节；
11.副调整背板上安装有y方向的导轨，转接板置于y方向的导轨上,通过丝杠电机驱动实现转接板在y方向上的一维平移调节；
12.主调整背板的一端通过自适应球头铰链连接于测试安装面上，另一端通过两组倾斜调整电机安装于测试安装面上，通过调节两组倾斜调整电机的高度，实现对主调整背板的二维倾斜角度调节；
13.平面镜组件的支撑背板连接在转接板上；通过调整平面镜的二维方向及二维倾斜角度，实现大口径遥感相机全口径的成像质量的检测。
14.进一步的，平面镜为镀膜反射镜，反射镜使用状态为光轴竖直且镜面向下。
15.进一步的，支撑吊钩包括连接轴、调节压圈、柔性压片、锁紧压杯、连接环和悬挂弹
片，连接轴的下端连接有悬挂弹片，柔性压片穿入连接轴，将锁紧压杯压于柔性压片上；连接环穿入连接轴，可沿连接轴上下移动，通过调整连接环的位置，控制平面镜与执行背板的距离，最终连接环与执行背板贴合，由调节压圈锁紧。
16.进一步的，平面镜上设置有多个悬挂孔，通过悬挂孔位置的选择以及悬挂弹片的作用，控制平面镜的变形量不大于0.03λ，λ为测试光源的波长。
17.进一步的，悬挂弹片上方的连接轴上向轴线方向凹陷，悬挂弹片可旋转置于凹陷中。
18.进一步的，二维倾斜角度调节精度α为升降电机的调节精度，d
x
为系统支撑点位之间的跨距。
19.进一步的，倾斜角度调节范围为
±2°
。
20.进一步的，将支撑吊钩下端放入平面镜的悬挂孔中，悬挂弹片离开凹陷，旋转张开，向下调节锁紧压杯，使柔性压片嵌入平面镜背部的凹槽中，悬挂弹片与悬挂孔上端面接触，实现对平面镜的锁紧。
21.进一步的，平面镜组件实现了2m口径平面镜的镜面向下状态的卸载支撑，平面反射镜在反射镜支撑结构的支撑下，可保证光轴竖直状态下的面形rms值优于0.03λ，λ为测试光源的波长。
22.进一步的，拼接调整机构具备四维电动调节能力，包括两个维度的倾斜角度调节和两个维度的平移调节能力，拼接调整机构可实现3.2m口径内的拼接检测需求，拼接精度可达0.05mm。
23.本发明与现有技术相比的有益效果是：
24.(1)本发明实现了2m直径平面反射镜镜面向下光轴竖直状态的卸载支撑，支撑结构稳定且产生的支撑误差较小，满足光学系统检测需求；
25.(2)本发明拼接机构中通过多电机整合分布，减少了系统整体的外包络尺寸；拆分不同维度调节功能，实现四维解耦调节的同时，有效保证了系统结构的稳定性；
26.(3)本发明应用子孔径拼接机理，系统实现了使用小尺寸平面反射镜检测大尺寸光学系统的功能，是国内首套具备3m口径光学系统检测能力的准直系统。
附图说明
27.图1为本发明系统结构图；
28.图2为本发明平面镜组件结构图；
29.图3为本发明执行背板结构图；
30.图4为本发明平面镜镜体结构图；
31.图5为本发明支撑吊钩的结构图；
32.图6为本发明拼接调整机构图；
33.图7为本发明平面镜调节范围示意图。
具体实施方式
34.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
35.一种超大口径子孔径拼接准直系统，如图1所示，包括：平面镜组件1和拼接调整机构2，
36.平面镜组件1包括平面镜1-1、支撑吊钩1-2、执行背板1-3和支撑背板1-4，支撑背板1-4与执行背板1-3连接；平面镜1-1为镀膜反射镜，反射镜使用状态为光轴竖直且镜面向下，平面镜1-1内部结构为蜂窝减重形式，如图4所示，背部有悬挂孔结构，用于安装支撑吊钩1-2；
37.如图2、3所示，支撑吊钩1-2连接平面镜1-1与执行背板1-3，支撑吊钩1-2上端与执行背板1-3之间连接，支撑吊钩1-2从平面镜1-1对应的孔位中伸入，展开三枚悬挂弹片实现对平面镜1-1的吊装支撑，配合实现平面镜一端的位置锁紧，调节压圈可根据执行背板1-3与平面镜1-1之间的距离进行位置调节并锁定；
38.如图5所示，支撑吊钩1-2包括支撑吊钩1-2包括连接轴1-4、调节压圈1-5、柔性压片1-7、锁紧压杯1-6、连接环1-9和悬挂弹片1-8，连接轴的下端连接有悬挂弹片，柔性压片穿入连接轴，将锁紧压杯压于柔性压片上；连接环穿入连接轴，可沿连接轴上下移动，通过调整连接环的位置，控制平面镜1-1与执行背板1-3的距离，最终连接环与执行背板1-3贴合，由调节压圈锁紧；
39.悬挂弹片上方的连接轴上向轴线方向凹陷，悬挂弹片可旋转置于凹陷中，此时，将支撑吊钩1-2下端放入平面镜1-1的悬挂孔中，悬挂弹片离开凹陷，旋转张开，向下调节锁紧压杯，使柔性压片嵌入平面镜1-1背部的凹槽中，悬挂弹片与悬挂孔上端面接触，实现对平面镜1-1的锁紧；
40.平面镜1-1上设置有多个悬挂孔，通过悬挂孔位置的选择以及悬挂弹片的作用，控制平面镜1-1的变形量不大于0.03λ，λ为测试光源的波长；
41.拼接调整机构2起到调节1平面镜组件的作用，具备电动四维调节功能；
42.如图6所示，拼接调整机构2包括主调整背板2-1、副调整背板2-2、倾斜调整电机2-3和转接板2-4，其中主调整背板2-1上安装有x方向的导轨，副调整背板2-2置于x方向的导轨上，通过丝杠电机驱动实现副调整背板2-2在x方向上的一维平移调节；
43.副调整背板2-2上安装有y方向的导轨，转接板2-4置于y方向的导轨上,通过丝杠电机驱动实现转接板2-4在y方向上的一维平移调节；
44.主调整背板2-1的一端通过自适应球头铰链连接于测试安装面上，另一端通过两组倾斜调整电机2-3安装于测试安装面上，通过调节两组倾斜调整电机2-3的高度，实现对主调整背板2-1的二维倾斜角度调节；
45.平面镜组件1的支撑背板1-4连接在转接板2-4上；通过调整平面镜1-1的二维方向及二维倾斜角度，如图7所示，实现大口径遥感相机全口径的成像质量的检测。
46.倾斜角度调节精度α为升降电机的调节精度，d
x
为系统支撑点位之间的跨距；
47.倾斜角度调节范围为正负2
°
。
48.平面镜组件1实现了2m口径平面镜的镜面向下状态的卸载支撑，平面反射镜在反射镜支撑结构的支撑下，可保证光轴竖直状态下的面形rms值优于0.03λ，λ波长优选632.8nm；
49.拼接调整机构2具备四维电动调节能力，包括两个维度的倾斜角度调节和两个维度的平移调节能力，拼接调整机构可实现3.2m口径内的拼接检测需求，拼接精度可达0.05mm。
50.调整机构的电控系统总由5个伺服电机及其相关的传感器构成，调整机构水平两个方向由两组3个伺服电机控制，其中上层的平移调环节整为双电机同时控制，角度俯仰由两个可调节支撑处安装步进电机升降来实现调整机构绕轴向的角度调节。
51.上述调节机构与平面镜组合起来是为在仅具备2m口径平面镜的条件下，需满足3m口径遥感相机光学系统像质检测的实现方案。因此，平面镜需在保持准直于相机视轴的前提下，覆盖相机的全部入射口径。
52.针对超大口径遥感相机的像质检测需求，为了能够准确测量3m口径量级的遥感相机，提出了一种新型的光轴竖直子孔径拼接准直系统，即使用2m口径平面镜拼接实现3m口径像质测量。该系统主要突破了两个方面的技术难点：
①
解决了2m口径平面反射镜光轴竖直状态下镜面向下的支撑变形问题；
②
解决2m口径平面反射镜的子孔径拼接调整精度及稳定性问题。
53.设计结果表明，该检测系统具有：
①
通用性强；
②
测量精度高；
③
测量范围大等特点。能较好地解决大口径反射镜口径不足及光轴竖直状态支撑下面形变化量大的问题。
54.在遥感器镜头的口径和体积日趋庞大的发展形势下，相机的重力形变对系统像质的影响越加严重，传统的光轴水平装配工艺路线，由于相机次镜的悬臂过大，带来的结构变形与位置变化过大，将无法继续适用于后续的大口径型号研制。成果中提出的子孔径拼接测试系统，具备光轴竖直状态下的检测能力，不受平面镜口径大小的限制，且拼接测量精度满足像质测试需求，在后续各类大口径及超大口径相机的系统像质检测中可以得到广泛的应用。
55.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，包括：平面镜组件(1)和拼接调整机构(2)，平面镜组件(1)包括平面镜(1-1)、支撑吊钩(1-2)、执行背板(1-3)和支撑背板(1-4)，支撑背板(1-4)与执行背板(1-3)连接；平面镜(1-1)内部结构为蜂窝减重形式，背部有悬挂孔结构，用于安装支撑吊钩(1-2)；支撑吊钩(1-2)连接平面镜(1-1)与执行背板(1-3)，支撑吊钩(1-2)上端与执行背板(1-3)之间连接，支撑吊钩(1-2)从平面镜(1-1)对应的孔位中伸入，展开悬挂弹片实现对平面镜(1-1)的吊装支撑，配合实现平面镜一端的位置锁紧，调节压圈可根据执行背板(1-3)与平面镜(1-1)之间的距离进行位置调节并锁定；拼接调整机构(2)起到调节(1)平面镜组件的作用，具备电动四维调节功能；拼接调整机构(2)包括主调整背板(2-1)、副调整背板(2-2)、倾斜调整电机(2-3)和转接板(2-4)，其中主调整背板(2-1)上安装有x方向的导轨，副调整背板(2-2)置于x方向的导轨上，通过丝杠电机驱动实现副调整背板(2-2)在x方向上的一维平移调节；副调整背板(2-2)上安装有y方向的导轨，转接板(2-4)置于y方向的导轨上,通过丝杠电机驱动实现转接板(2-4)在y方向上的一维平移调节；主调整背板(2-1)的一端通过自适应球头铰链连接于测试安装面上，另一端通过两组倾斜调整电机(2-3)安装于测试安装面上，通过调节两组倾斜调整电机(2-3)的高度，实现对主调整背板(2-1)的二维倾斜角度调节；平面镜组件(1)的支撑背板(1-4)连接在转接板(2-4)上；通过调整平面镜(1-1)的二维方向及二维倾斜角度，实现大口径遥感相机全口径的成像质量的检测。2.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，平面镜(1-1)为镀膜反射镜，反射镜使用状态为光轴竖直且镜面向下。3.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，支撑吊钩(1-2)包括连接轴(1-4)、调节压圈(1-5)、柔性压片(1-7)、锁紧压杯(1-6)、连接环(1-9)和悬挂弹片(1-8)，连接轴的下端连接有悬挂弹片，柔性压片穿入连接轴，将锁紧压杯压于柔性压片上；连接环穿入连接轴，可沿连接轴上下移动，通过调整连接环的位置，控制平面镜(1-1)与执行背板(1-3)的距离，最终连接环与执行背板(1-3)贴合，由调节压圈锁紧。4.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，平面镜(1-1)上设置有多个悬挂孔，通过悬挂孔位置的选择以及悬挂弹片的作用，控制平面镜(1-1)的变形量不大于0.03λ，λ为测试光源的波长。5.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，悬挂弹片上方的连接轴上向轴线方向凹陷，悬挂弹片可旋转置于凹陷中。6.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，二维倾斜角度调节精度α为升降电机的调节精度，d
x
为系统支撑点位之间的跨距。7.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，倾斜角度调节范围为
±2°
。8.根据权利要求5所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，将支撑吊钩
(1-2)下端放入平面镜(1-1)的悬挂孔中，悬挂弹片离开凹陷，旋转张开，向下调节锁紧压杯，使柔性压片嵌入平面镜(1-1)背部的凹槽中，悬挂弹片与悬挂孔上端面接触，实现对平面镜(1-1)的锁紧。9.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，平面镜组件1实现了2m口径平面镜的镜面向下状态的卸载支撑，平面反射镜在反射镜支撑结构的支撑下，可保证光轴竖直状态下的面形rms值优于0.03λ，λ为测试光源的波长。10.根据权利要求1所述的一种超大口径子孔径拼接准直系统，其特征在于，拼接调整机构2具备四维电动调节能力，包括两个维度的倾斜角度调节和两个维度的平移调节能力，拼接调整机构可实现3.2m口径内的拼接检测需求，拼接精度可达0.05mm。

技术总结

本发明涉及一种超大口径子孔径拼接准直系统，包括：平面镜组件和拼接调整机构，平面镜组件包括平面镜、支撑吊钩、执行背板和支撑背板，支撑背板与执行背板连接；平面镜内部结构为蜂窝减重形式，背部有悬挂孔结构，用于安装支撑吊钩；拼接调整机构起到调节平面镜组件的作用，具备电动四维调节功能。本发明实现了2m直径平面反射镜镜面向下光轴竖直状态的卸载支撑，支撑结构稳定且产生的支撑误差较小，满足光学系统检测需求。足光学系统检测需求。足光学系统检测需求。