一种超大口径轻质反射镜磁悬浮式重力卸载机构及方法技术

本发明专利技术提供了一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构及方法，包括底座、设置在底座上的可移动电磁铁、可升降电机、嵌在反射镜背面的固定电磁铁、磁力吸盘以及磁力吸盘架；磁力吸盘与固定电磁铁之间产生吸力，实现吊装转运功能；可移动电磁铁与固定电磁铁之间产生斥力，从而提供支持力实现重力卸载。本发明专利技术完全颠覆原有卸载支撑形式，提出运用磁悬浮原理提供卸载力，不受反射镜镜坯背面轻量化结构设计的限制，可以进行灵活的重力卸载设计，卸载精度高。卸载精度高。卸载精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种超大口径轻质反射镜磁悬浮式重力卸载机构及方法


[0001]本专利技术属于光学元件加工
，特别涉及一种超大口径轻质反射镜在铣磨、研磨及抛光阶段的面形轮廓检测时的吊装转运及重力卸载机构、方法。

技术介绍

[0002]空间大口径反射主镜是空间光学系统的重要组成部分，因反射镜的加工过程是在有地面重力影响的条件下进行的，进入太空后，重力消失或只承受微重力，因此在地面加工完成的反射主镜在升空后会产生变形从而失效。可见如何实现超大型反射镜加工面形的精确检测，消除重力影响，保证天地一致性，是加工过程中的关键环节，加工检测面型不准确，将直接影响在轨光学遥感成像系统的成像分辨率。
[0003]近年来由于观测要求越来越趋向大视场、宽覆盖、高分辨率，使得空间大口径反射主镜的直径越来越大，口径已经逐渐从2m级需求提高至4m量级甚至6
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10m量级，其轻量化率也要求越来越高。依据现有技术水平，为了实现超大型反射镜加工检测时的零重力面形卸载，保证天地一致性，需要设计几百个离散接触式支撑单元，如采用几百个气缸或电机对反射镜的轻量化筋处进行支撑以进行重力卸载，这种支撑形式支撑力只能作用于反射镜背面的轻量化筋处，无法实现对镜面的直接作用，支撑效率低，对反射镜的刚度要求高，使得反射镜很难实现进一步的轻量化设计，反射镜质量无法大幅度降低，这就会给加工制造装配运输带来巨大的风险和困难；且针对Φ4
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7m口径反射镜，所需支撑点可能超过500个，甚至600个，点数越多系统越复杂，达到测试平衡状态所需时间长，卸载精度很难达到要求。可见仅靠对现有技术进行复制和线性提高的方法已经远远不能满足其加工制造需求，亟需开发新的卸载技术。
[0004]针对口径Φ4
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7m的背部开放式的反射镜，如果采用新型的磁悬浮式重力卸载机构，因固定电磁铁可以直接粘贴在反射镜镜面背面，卸载力将直接作用在反射镜镜面上，支撑效率与卸载精度高，所需的卸载支撑点个数将大大减少，且该卸载方式对反射镜的刚度要求低，可以大大降低反射镜的面密度指标，实现超薄镜坯减重设计，从设计源头上降低超大口径反射镜设计加工检测难度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，从源头上降低反射镜的设计加工难度，提高卸载精度，实现超轻反射镜加工制造，针对超大口径轻质反射镜加工检测，提出一种基于磁悬浮式的超大口径反射镜重力卸载机构，实现加工检测过程中的吊装转运及重力卸载。
[0006]本专利技术提供的技术方案如下：
[0007]第一方面，一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，包括底座、可移动电磁铁、可升降电机、固定电磁铁、磁力吸盘以及磁力吸盘架；
[0008]所述可移动电磁铁设置在底座上，所述固定电磁铁嵌在反射镜背面，每个固定电
磁铁对应多个可移动电磁铁，组成一组卸载支撑单元，在每组卸载支撑单元中，固定电磁铁所对应的多个可移动电磁铁围绕固定电磁铁成一个环状；
[0009]所述可升降电机用于在卸载平衡前支撑反射镜，通过升降操作调节固定电磁铁和可移动电磁铁之间的相对距离；
[0010]所述磁力吸盘固定在磁力吸盘架上磁力吸盘的位置可调，其工作位置与反射镜背部的固定电磁铁相对应；
[0011]各电磁元件中的电流单独控制，通过控制电流的大小和方向，使得磁力吸盘与固定电磁铁之间产生吸力，实现吊装转运功能；使可移动电磁铁与固定电磁铁之间产生斥力，从而提供支持力实现重力卸载。
[0012]第二方面，一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1，运用磁力吸盘机构将待测反射镜从加工区吊装转运到待测区，吊装时将磁力吸盘对准反射镜背面的固定电磁铁，两者电磁铁通相反电流，两电磁铁之间产生吸力，实现吊装转运；
[0014]步骤2，当反射镜转运到待测区，调整反射镜位置，使反射镜背部的固定电磁铁和底座上布置的可移动电磁铁相互对应，每个固定电磁铁对应多个可移动电磁铁，固定电磁铁所对应的多个可移动电磁铁围绕固定电磁铁成一个环状；
[0015]步骤3，反射镜位置确定后，将反射镜先放到可升降电机上，此时磁力吸盘断电与反射镜分离，可升降电机带着反射镜缓缓下降，直到固定电磁铁与可移动电磁铁之间达到设定距离；此时对可移动电磁铁和固定电磁铁通电，同向电流使两者之间产生排斥力，且各电磁铁中的电流可实现单独控制，每组卸载支撑单元之间的排斥力大小由力学仿真设计得出，根据具体数值，运用固定电磁铁上所带的力学传感器进行实时监测反馈，调整电流；
[0016]步骤4，卸载支撑力达到力学仿真给出的设定值后，升降电机脱离反射镜，通过可移动电磁铁和固定电磁铁之间产生的排斥力，实施反射镜卸载。
[0017]根据本专利技术提供的一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构及卸载方法，具有以下有益效果：
[0018](1)本专利技术提供的一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构及卸载方法，完全颠覆原有卸载支撑形式，首次提出运用磁悬浮原理提供卸载力，重力卸载部分联动装置内嵌到反射镜镜面背部，卸载力可直接作用在反射镜镜面的背面，实现对反射镜镜面的非接触式柔性均匀化支撑，做到了设计加工检测一体化，并大大降低了反射镜设计加工难度；
[0019](2)本专利技术提供的一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构及卸载方法，创新的将磁悬浮技术引入到重力卸载技术中，实现多学科交叉融合。相比于现有重力卸载技术，非接触磁悬浮式重力卸载技术特别适用于超大口径轻质反射镜，可以大大降低反射镜的面密度指标(将传统反射镜的面密度指标从60kg/m2提高至30kg/m2)，从而实现超薄镜坯减重设计，从源头上改变超大口径反射镜设计方案，降低设计加工难度，为Φ4
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7m口径的超薄超轻反射镜的加工制造提供可行性；
[0020](3)本专利技术提供的一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构及卸载方法，不受反射镜镜坯背面轻量化结构设计的限制，可以进行灵活的重力卸载设计，卸载
精度高。对于不同类型及口径的反射镜，运用磁悬浮式重力卸载，理论卸载精度普遍能达到2nm
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RMS，是现有卸载技术的5倍；
[0021](4)本专利技术提供的一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，该卸载装置可同时实现吊装、装运与重力卸载，不用再投产吊装转运工装，降低成本。
附图说明
[0022]图1为目前传统反射镜轻量化结构(a)与超轻镜结构(b)对比图；
[0023]图2为磁悬浮式重力卸载机构原理图；
[0024]图3为磁悬浮式重力卸载机构整体外观图；
[0025]图4为卸载支撑单元布置方式图；
[0026]图5为阻尼减震单元结构图。
[0027]图中：1
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底座，2
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可移动电磁铁，3
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固定电磁铁，4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，包括底座(1)、可移动电磁铁(2)、可升降电机(5)、固定电磁铁(3)、磁力吸盘(7)以及磁力吸盘架(8)；所述可移动电磁铁(2)设置在底座(1)上，所述固定电磁铁(3)嵌在反射镜背面，每个固定电磁铁(3)对应多个可移动电磁铁(2)，固定电磁铁(3)所对应的多个可移动电磁铁(2)围绕固定电磁铁(3)成一个环状；所述可升降电机(5)用于在卸载平衡前支撑反射镜，通过升降操作调节固定电磁铁(3)和可移动电磁铁(2)之间的相对距离；所述磁力吸盘(7)固定在磁力吸盘架(8)上，磁力吸盘(7)的位置可调，其工作位置与反射镜背部的固定电磁铁(3)相对应；各电磁元件中的电流单独控制，通过控制电流的大小和方向，使得磁力吸盘(7)与固定电磁铁(3)之间产生吸力，实现吊装转运功能；使可移动电磁铁(2)与固定电磁铁(3)之间产生斥力，从而提供支持力实现重力卸载。2.根据权利要求1所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，所述固定电磁铁(3)上带有力学传感器(4)，用于实时监测可移动电磁铁(2)和固定电磁铁(3)之间的卸载力。3.根据权利要求1所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，所述可升降电机(5)上安装位移传感器，用于获得可移动电磁铁(2)与固定电磁铁(3)之间的垂直距离。4.根据权利要求1所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，所述磁力吸盘架(8)为三脚架机构，包括顶部吊装结构(81、三条臂结构(82)、三组横梁(83)以及三组脚结构(84)，所述顶部吊装结构(81)与三条臂结构(82)的上端铰接，三条臂结构(82)通过绕铰接轴转动调整下端位置，三组横梁(83)分别连接相邻的臂结构(82)实施臂结构角度固定；所述脚结构(84)用于固定磁力吸盘(7)，脚结构(84)上安装轴结构，穿设臂结构(82)的下端，与臂结构(82)连接后可绕轴转动，实施固定磁力吸盘(7)与固定电磁铁(3)的对准。5.根据权利要求4所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，所述脚结构(84)为星形脚结构，磁力吸盘(7)固定在星形脚结构各角下端。6.根据权利要求1所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，所述磁力吸盘(7)与磁力吸盘架(8)可拆卸。7.根据权利要求1所述的适用于超大口径轻质反射镜的磁悬浮式重力卸载机构，其特征在于，其特征在于，所述卸载机构上设计有阻尼减振系统，该系统由多个阻尼减振单元(6)组成，阻尼减振单元(6)包括安...

【专利技术属性】
技术研发人员：于秋跃，栗孟娟，于建海，孟晓辉，王国燕，杨秋实，杜妍，王兆明，周于鸣，郝言慧，李春林，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：