[实用新型]一种静电拉伸薄膜反射镜的加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电拉伸薄膜反射镜的制备方法，属空间光学成像系统技术领域。 

背景技术

实现大口径、低面密度空间光学系统的途径之一是主镜采用薄膜反射镜，它以柔性聚合物薄膜作为反射镜基坯，并通过适当的方式形成所需的曲面面形，具有重量超轻、可折叠/展开和成本低等特点。因此，研制薄膜反射镜对于发展下一代大口径、低密度空间光学系统具有十分重要的意义。 

薄膜反射镜在均匀压强作用下的面形是近似抛物面，在非均匀压强作用下可以提高面形精度。研究表明，采用非均匀压强与非等径宽分环方式相结合的方法可以进一步提高面形精度。 

目前，国内有关薄膜反射镜静电成形控制电极分布方式的研究主要有两种，第一种方式：各个电极的径向宽度均等，如文献（膜基反射镜面形控制系统设计、仿真与分析[D].苏州：苏州大学信息光学工程研究所，2010. ）中采用了5区域等径宽和10区域等径宽的分环方式；第二种方式：各个电极的径向宽度不均等,如文献（静电拉伸薄膜反射镜的多电极成形控制[J]. 光学 精密工程，2012，20(2):344-350.）中采用的三电极分环，中心电极径宽是其余两个均等电极径宽的2倍，即径宽比为2:1:1。上述技术方案加工的静电拉伸薄膜反射镜的面形精度不够。 

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、操作方便、快捷，且能有效提高薄膜反射镜面形精度的静电拉伸薄膜反射镜的加工装置。 

实现本实用新型目的的技术方案是提供一种静电拉伸薄膜反射镜的加工装置，包括薄膜固定装置、电极板、静电高压输出装置；所述的电极板包括中心圆形电极和呈同心圆分布的均等径向宽度的环形电极；所述的中心圆形电极的半径为环形电极径向宽度的1.5～1.7倍。 

本实用新型所采用的环形电极为3～10个。 

使用本实用新型提供的装置进行加工时，将薄膜反射镜中的薄膜周边固定在圆环固定装置上，电极置于薄膜正下方，向各电极输入电压信号；电极包括中心圆形电极和呈同心圆分布的均等径向宽度的环形电极；中心圆形电极的半径为环形电极径向宽度的1.5～1.7倍；以中心电极半径的中心处的压强为该中心电极区域的压强，以各环形电极径向中心点的压强为该环形电极区域的压强，将压强转换成电压信号输入到各对应的电极上，经加工成形，得到薄膜反射镜。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用本技术方案的电极分布方式和压强施加方式，能显著提高面形精度。本实用新型提供的电极分布结构简单，操作方便、快捷，具有实用价值。 

附图说明

图1是制备静电拉伸薄膜反射镜的原理结构示意图； 

图2是薄膜反射镜面形误差RMS值和K值大小关系图；

图3是本实用新型实施例所需要薄膜反射镜标准面形图；

图4是本实用新型实施例提供的电极分布示意图；

图5是本实用新型实施例提供的薄膜反射镜面形图

图6是本实用新型实施例提供的薄膜反射镜面形的误差图；

图中，1、中心电极；2、环形电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步的阐述。 

实施例1 

参见附图1，它是制备静电拉伸薄膜反射镜的原理结构示意图；将待成形的薄膜反射镜中的薄膜周边固定在圆环固定装置上，得到初始面，电极置于薄膜正下方，向各电极输入电压信号。由于薄膜反射镜中的薄膜周边被固定在圆环装置上，当平面薄膜受压强载荷作用时，薄膜上各点相对于初始平面薄膜位置产生位移，薄膜具有几乎没有横向刚度、不能承受弯矩的特点，由Karman方程圆薄膜理论化简后得到的圆薄膜大变形方程为如下的式（1）和（2）所示：

其中为薄膜的弹性模量，为薄膜的厚度，为应力函数，为扰度值，为薄膜半径(0～)，为薄膜所受的压强。

薄膜被固定在圆环装置上，其初始条件可表示为式（3）： 

其中表示薄膜在处沿方向的位移量，表征初始状态下薄膜周边被固定和拉伸的程度，为薄膜的泊松比。表示圆形薄膜周边处于自由平展状态，沿方向不发生位移。

当薄膜所受压强为常数时，薄膜面形近似为抛物面，面形精度有限。为了得到面形精度高的抛物面，有必要调整压强的分布和强度。通常以过边界点与中心点的抛物面为理想抛物面面形，这里对理想抛物面面形所需施加的压强分布进行推导。理想抛物面表达如式（4）：