Устройство для фиксации оптического элемента
Сущность изобретения: устройство содержит эластичное крепление, контактирующее с оптическим элементом, выполненное в виде упругой сетчатой оболочки вращения, например, из полимерных волокнистых композиционных материалов, при этом ее один торец выполнен с возможностью перемещения, а посадочная поверхность зеркала выполнена в виде обратного конуса. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению/ в частности к узлам крепления крупногабаритных оптических зеркал.
Известен узел крепления оптического элемента/ содержащий зеркало/ оправу с закрепленными на ней осевыми и радиальными фиксаторами/ которые через шарниры соединены с упругой цилиндрической оболочкой. Данный узел крепления создает такое распределение давления на оптический элемент/ которое уравновешивает вес зеркала или действие инерционных сил. Однако при увеличении размеров и массы зеркала из-за точечного контакта увеличивается значение равнодействующей силы/ что создает большие напряжения в материале зеркала. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является оправа для оптического элемента с центральным отверстием. Оправа оптического элемента с центральным отверстием содержит наружное кольцо и размещенную в нем на резьбе зажимную втулку. Наружное кольцо выполнено по крайней мере с тремя лепестками/ равномерно расположенными по окружности/ за счет которых осуществляется фиксация оптического элемента. Основным недостатком данного устройства является неравномерность деформаций оптического элемента. Цель изобретения - фиксация в осевом и радиальном направлениях оптического элемента/ уменьшение деформаций зеркала от воздействия инерционных сил и сил тяжести/ повышение удобства эксплуатации/ а также снижение передаваемых от корпуса температурных и других деформаций. Для этого узел крепления оптического элемента выполнен в виде упругой сетчатой оболочки из волокнистого КМ на полимерном связующем/ контактирующей с оптическим элементом. Упругая сетчатая оболочка деформируется с помощью зажимного элемента в форме тела вращения. Ожидаемый положительный эффект предлагаемого узла крепления оптического зеркала заключается в том/ что изобретение обеспечивает надежную фиксацию зеркала на всех этапах его эксплуатации при равномерном распределении нагрузок на оптический элемент. На фиг.1 показана конструкция устройства фиксации оптического элемента в исходном состоянии; на фиг.2 - устройство в рабочем состоянии. Устройство фиксации оптического элемента содержит упругую сетчатую оболочку 2/ контактирующую с оптическим элементом 1/ упорное кольцо 3/ вкладыш 4/ запрессованный в стакан 7/ шпильки 5 и фланец 6. Устройство работает следующим образом. Оптический элемент 1 по посадочному диаметру имеет обратную конусность А/ направление конусности должно быть таким/ как показано на фиг.1 и 2. Крепление оптического элемента производится путем деформирования сетчатой оболочки из КМ 2. Деформация сетчатой оболочки происходит за счет осевого перемещения фланца 6/ происходящего в результате заворачивания гаек по шпилькам 5. Между упорным кольцом 3 и оптическим элементом 1 организуется зазор/ который выбирается в процессе закрепления перемещением опорного кольца 3/ при этом оптический элемент находится в приспособлении. Радиальные нагрузки воспринимаются сетчатой оболочкой из КМ 2/ осевые - упорным кольцом 3/ а в противоположном направлении также сетчатой оболочкой. Осевое усилие сжатия/ передаваемое через шпильки 5/ создает необходимую деформацию упругой сетчатой оболочки 2/ что обеспечивает фиксацию и компенсацию деформаций в радиальном и осевом направлениях оптического элемента 1. Для определения характеристик сетчатой оболочки производят ее расчет. Рассмотрим безмоментную сетчатую оболочку. Пусть нить уложена под осесимметричным углом
. Приняты следующие допущения: верны соотношения нелинейной механики деформирования волокнистых систем; нить жесткая и способна работать на сжатие при сетевой модели КМ/ связующее эластичное и не препятствует деформациям. Необходимо определить усилие сжатия Ny и толщину h сетчатой оболочки в исходном состоянии при заданной реакции со стороны объекта Nx. В качестве исходных данных для назначения величины реакции со стороны объекта Nx необходимо рассмотреть случай/ когда зеркало массой m с учетом коэффициента перегрузок фиксируется за счет силы трения и реакции со стороны объекта. Релаксационные процессы в материале сетчатой оболочки учитываются с помощью коэффициента запаса/ увеличивающего значение Nx. Используют соотношения нелинейной механики деформирования волокнистых систем 1)физические соотношения (для цилиндра) Ny= h
1cos2* Nx= h1sin2* (1) где 1- напряжение в нитях; Ny- усилие сжатия; Nx- реакция со стороны объекта/ 2) геометрические соотношения r*= r(1+
x) ds*= ds(1+y); sin*= sin(1+x)/(1+1); (2) cos*= cos(1+y)/(1+1); 1 = (1+x)2sin2+(1+y)2cos2/ где r*,r - радиус оболочки в деформированном и исходном состояниях; ds*, ds - приращения длины оболочки в деформированном и исходном состояниях;*, - угол между осью и нитью в деформированном и исходном состояниях;y,x-деформации оболочек вдоль оси и в кольцевом направлениях;1- деформация нити. Будем считать/ что деформация нити мала по сравнению с деформацией поверхности оболочки/ т.е. 1= 0. Прикладывая по торцам сетчатой оболочки осевое усилие сжатия/ получают силопередающий механизм/ позволяющий передавать осевое усилие сжатия на радиальное усилие растяжения. В начальном состоянии сетчатая оболочка имеет радиус r/ а объект - радиус r*= r+
/ тогда1+
x= r*/r = 1+/rДля уже деформированного состояния/ используя (1)/ можно записать
, т.к. нить жесткая/ то возможна потеря энергии на деформацию ее в поперечном направлении при сжатии/ необходимо чтобы деформирование нити в поперечном направлении y было положительным. (1+y)2= (1+x)2cos2+(1+y)2sin2 > 1 (1+2х) cos2+(1-(1+х)2sin2)
>1 (1+x)2(cos4-sin4) > cos2-1 (1+x)2(cos2-sin2) > -sin2 (4) (1+x)2(ctg2-1) > 1; ctg2>1- 
< arcctg
< arcctg
Зная из (4) и используя выражение (3)/ можно определить Ny в зависимости от Nx.Используя (Черевацкий С. Б./ Сегал В.Л. К теории конечных деформаций ортотропных нитевых оболочек. Исследование по теории пластин и оболочек. КГУ сб. 5 1967 г. с. 542-553)/ можно записать Nx= Pr(1+x), где Р - радиальное погонное усилие. Из (1) получают Nx= Pr(1+x) = 1hsin2* = 1h sin2(1+x)2, отсюда h = 
(5) Осевую силу можно получить аналогично Т = Ny2
r(1+x). (6)По полученным формулам проводят расчет сетчатой оболочки для зеркала из Ве со следующими параметрами: наружный диаметр D 1500/ внутренний диаметр d 450 мм/ высота Н 0/15 м/ угол конусности посадочной поверхности зеркала
= 1
. Значение Nx=13709кг/м/ ==54. В результате Ny= 6861/4 кг/м; h = 3/44 мм; Т = 9700 кг. Использование упругой сетчатой оболочки в качестве устройства фиксации оптического элемента не выявлено в других технических решениях. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Узел крепления с использованием сетчатой оболочки из полимерных волокнистых КМ был опробован с положительным эффектом для переноса деталей/ имеющих центральное отверстие.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании объективов и других оптических приборов, содержащих оптический элемент с центральным отверстием
Узел крепления фацет гелиостата // 1273698
Способ управления кривизной адаптивного зеркала и адаптивное зеркало для его осуществления // 2073268
Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим отражающим системам, и может быть использовано в качестве управляемого зеркала с изменяемой кривизной поверхности, например устройства для концентрации лучистой энергии, телескопа, прожекторной установки и т
Способ включает последовательную вклейку в пазы основания вкладышей с предварительным их позиционированием относительно основания и контролем топографических характеристик каждого вкладыша, юстировку основания и вкладышей и контроль оптических характеристик каждого вкладыша. Ввод вкладышей в пазы основания осуществляют с помощью транслятора оптической скамьи стенда для вклейки, на котором их фиксируют удерживающим узлом с возможностью наклона, вертикального и горизонтального перемещения. Контроль топографических характеристик проводят до позиционирования вкладышей относительно основания, которое осуществляют над ним без касания. Юстировку основания и вкладышей осуществляют относительно пучка лазерного излучения видимого спектрального диапазона с квазиплоским волновым фронтом и расходимостью θ≤3·10-5 рад. Контроль оптических характеристик осуществляют путем регистрации фокального пятна зеркала на детекторе, которое совмещают с перекрестьем, фиксирующим оптическую ось пучка. Технический результат - обеспечение точности сборки за счет выставления основания, запирающей оболочки и зеркала с точностью Δφ1≤ ±3” без многократно повторяющихся операций. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, рентгеновской астрономии и может быть использовано при разработке способов сборки зеркальной системы телескопов, предназначенных для наблюдения астрономических объектов в рентгеновском диапазоне спектра электромагнитного излучения, в частности касается способа сборки оптической системы рентгеновского телескопа, содержащей N зеркальных модулей. Заявленный способ включает последовательное выставление с помощью монтажно-юстировочного стенда на общей опорной плите модулей, состоящих из нескольких коаксиально расположенных вкладышей, образующих элементарные зеркала скользящего падения, объединенных на едином основании. При этом ориентацию каждого модуля относительно общей опорной плиты осуществляют с использованием лазерного излучения видимого спектрального диапазона по ориентации внешней торцовой поверхности его единого основания, которую предварительно выполняют зеркальной, для чего формируют широкоапертурный монохроматическиий пучок с квазиплоским волновым фронтом, расходимостью θ, выбранной из условия θ≤3⋅10-5 рад, и направляют его на зеркальную поверхность основания, контролируя положение модуля на приемной площадке ПЗС-камеры по отраженному сигналу относительно заранее заданной реперной метки, фиксирующей оптическую ось пучка, обеспечивая требуемую угловую точность выставления каждого модуля на общей опорной плите. При необходимости производят корректировку возможных угловых отклонений. Технический результат - процессы юстировки и сборки зеркальной системы выполнены с точностью, не превышающей 1'. 4 ил.
Однозеркальный внеосевой объектив // 2639995
Объектив может быть использован для создания объективов зеркальных коллиматоров и телескопов, работающих в широком диапазоне температур. Объектив включает корпус из продольных и поперечных элементов, расположенные в нем на оптической оси узел фокусировки, установленную на корпусе беззазорную линейную подвижку с кареткой, установленное на каретке зеркало, стержневой привод подвижки, одним концом связанный с корпусом, а другим с кареткой, и закрепленное на корпусе главное зеркало. Узел фокусировки также установлен на каретке, направляющие подвижки установлены под углом ϕ к оптической оси объектива, найденном из соотношения, приведенного в формуле изобретения, а стержень привода подвижки выполнен из материала с большим коэффициентом линейного расширения и закреплен так, что обеспечивает перемещение каретки, компенсирующее термическое изменение размеров корпуса. Технический результат - одновременная стабилизация положения фокуса и визирной оси при изменении температуры и упрощение конструкции узла термокомпенсатора при сохранении рабочего диапазона температур. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Телескоп содержит зеркально-линзовый осевой объектив с некруглой апертурой, включающий собирающую входную линзу, в центре которой расположено выпуклое вторичное зеркало, вогнутое главное зеркало-линзу и предфокальный двухлинзовый корректор, и оптомеханическую конструкцию. Плоскость изображения находится вблизи задней поверхности крепежной системы главного зеркала. Корректор размещен в центре главного зеркала-линзы. В главном и вторичном зеркалах установлены внутренние бленды. Оптомеханическая конструкция содержит боковые стойки, шпангоут, размещенный на нем держатель, внутри которого размещен корректор, а на внешней стороне закреплены главное зеркало-линза и бленда. Сборки входной линзы с вторичным зеркалом и главного зеркала-линзы с корректором соединены боковыми стойками, закрепленными со стороны главного зеркала-линзы на шпангоуте, а со стороны входной линзы - на ее держателе. Вторичное зеркало закреплено на входной линзе посредством держателя вторичного зеркала и его бленды. Фотоприемник закреплен на внешнем торце держателя главного зеркала-линзы. Технический результат - обеспечение высокодетальной космической съемки поверхности Земли при размещении телескопа на КА микрокласса за счет уменьшения габаритов. 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
