CN104459936B - 一种大口径反射镜组件微应力装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种大口径反射镜组件微应力装配方法，涉及装置包括传感器、支杆、砝码、底座、拉绳、托盘。首先将力学传感器固定安装至底座上，然后将反射镜组件通过三个球头垫片放置到底座上。然后将支杆安装至底座的指定位置，同时将拉绳的一端分别绑定卸载点上，将拉绳绕过支杆上的两个定滑轮，另一端通过绑定砝码。此时通过力学传感器读数判断重力卸载是否到位，并通过微调砝码重量，直至传感器读数为零。最终卸载完成后，再通过力矩扳手将连接反射镜组件的螺钉上紧至预定力矩，完成反射镜组件的卸载装配。从而实现反射镜组件的微应力装配，确保光学遥感器的反射镜面形质量及结构稳定性。

Description

一种大口径反射镜组件微应力装配方法

技术领域

本发明属于航天光学遥感器反射镜装配技术领域，涉及一种大口径反射镜组件微应力装配方法，特别是装框式反射镜组件的装配。

背景技术

光学反射镜是航天遥感相机的核心部件，其面形精度和位置精度直接影响光学系统的成像质量。反射镜组件的微应力装配技术是空间相机研制的关键环节，随着对大口径反射镜需求的越来越大，对于装框式反射镜组件的装配带来更大的难度。

如图4所示，在大口径反射镜的支撑设计中，三点支撑常被用作限位固定，不参与卸载，这时就需要其它的方法来实现镜框的卸载。对于对称形状的反射镜，三点一般间隔120°。另外随着反射镜尺寸的增大，三个支撑点之间距离也越远。由于重力影响，任意两点间将产生较大的弯矩及变形。如果在这种情况下进行反射镜组件的装配，将会存在较大的装配应力，进而影响反射镜的面形质量及结构的稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大口径反射镜组件微应力装配方法，通过采用悬吊砝码卸载重力，克服了重力对装配应力的影响，改善了反射镜组件的面形质量，实现了反射镜组件的微应力装配，提高了结构稳定性。

本发明的技术方案是：一种大口径反射镜组件微应力装配方法，步骤如下：

1)建立反射镜组件的静力学有限元模型，对待装配反射镜组件进行1g重力变形分析，以待装配反射镜组件自身重力最大变形≤0.05μm为限制条件，以待装配反射镜组件镜框边缘环带作为卸载点选取区域，计算得到卸载点的位置和数量以及砝码的数量和重量；

2)将力学传感器安装在圆形底座上，且在每一个卸载点至圆形底座圆心的径线方向上，至少安装两个力学传感器；并将所有力学传感器的读数设置为零；

3)将螺钉依次穿过球头垫片和圆形底座后，固定安装在待装配反射镜组件的镜框边缘环带上，调整球头垫片使得待装配反射镜组件与圆形底座的同轴度≤0.1mm且端跳≤0.1mm；所述螺钉和球头垫片的数量相等，且螺钉和球头垫片均布在圆形底座的边缘环带上；

4)将多个支杆圆周均布安装固定在底座的边缘环带上；每个卸载点旁固定一个支杆；

5)将拉绳的一端分别绑定到卸载点上，拉绳的另一端绕过支杆上的定滑轮，自然垂下；

6)将步骤1)计算求得的砝码分别绑定到对应卸载点旁的拉绳自然垂下的一端，并微调砝码的重量，直至所有力学传感器显示受力为零；

7)将待装配反射镜组件和底座之间的螺钉按照逐步增加力矩的方式将预紧力矩提升至75Nm，完成装配固定。

所述步骤7)中逐步增加力矩的方式具体为：每步增加5N·m，各点上紧至75N·m。

所述步骤3)中螺钉和球头垫片的数量均为3个，且相隔120°均布在圆形底座的边缘环带上。

所述步骤1)中确定选取10处卸载点，分别是待装配反射镜组件镜框外边缘成圆周均布的9处，以及通过托盘支撑整个待装配反射镜组件镜框内圈环中心的1处；所述托盘放于圆形底座的中心位置。

本发明与现有技术相比优点在于：

(1)本发明利用定滑轮吊绳能够自适应位移，同时保证吊绳受力均匀的特点，为反射镜组件装配过程中提供最合理支撑形式的工程实施方法；

(2)由于吊绳采用固定连接，通过悬挂砝码卸载重力，受力状态直接、稳定可靠；

(3)由于采用吊绳悬吊砝码的方法，卸载点位置、数量以及砝码重量可以通过分析计算得到，进而保证各点的拉力无限趋近理想模型。同时，通过力学传感器的测试反馈，在工程实施的过程中能够快速实现数据收敛。该装配方法有效地减小了重力变形对反射镜镜面质量的影响以及实现了微应力的装配；

(4)该方法工程实施性强，不仅实现方法简单，而且大大降低了反射镜组件装调难度，为后续型号采用装框反射镜组件的装配提供了技术支持；

附图说明

图1为本发明大口径反射镜组件装配时重力卸载方法的原理示意图。

图2为本发明的卸载点及砝码布局俯视图。

图3为无卸载状态反射镜组件重力变形示意图。

图4为三点支撑简介图。

具体实施实例

如图3所示，在以往中小、光学组件装配过程中，由于重力变形较小，对组件的装配应力影响不大，不需要考虑重力卸载的因素。但是在大口径光学组件中，由于三个固定点跨度较大，重力变形量达到了微米级，在这种情况下，固定连接螺钉，就会将重力变形锁紧在组件中，形成装配应力，进而影响反射镜的面形质量。

采用本方法后，能够将光学组件的重力变形降低至最小。有效地保证了天地一致性，保证了遥感器的光学装配质量。

如图1所示，本发明方法的原理图，采用本发明方法所涉及的工装包括定滑轮3、拉绳4、砝码5、支杆6、球头垫片7、圆形底座8、托盘9、力学传感器10。

针对口径Ф1000mm左右的装框式反射镜组件，其装配时重力卸载实施方式如下：

(1)应用Patran/Nastran有限元软件建立反射镜组件的有限元模型，对反射镜组件进行1g重力变形分析，优化得到反射镜组件装配时，设置10处重力卸载点2，分别是待装配反射镜组件1镜框外边缘成圆周均布的9处，以及通过托盘9支撑整个待装配反射镜组件1镜框内圈环中心的1处，所述托盘9放于圆形底座8的中心位置；砝码5的重量分别为六组12.75Kg、三组14.18Kg，一组19.20Kg卸载点2位置如图2所示；

(2)将力学传感器10安装在圆形底座8上，且在每一个卸载点2至圆形底座8圆心的径线方向上，至少安装两个力学传感器10；并将所有力学传感器10的读数设置为零；

(3)将3颗螺钉依次穿过球头垫片7和圆形底座8后，固定安装在待装配反射镜组件1的镜框边缘环带上，调整球头垫片7使得待装配反射镜组件1与圆形底座8的同轴度≤0.02mm且端跳≤0.02mm；所述螺钉和球头垫片7均布在圆形底座8的边缘环带上；所述每组螺钉和球头垫片7相隔120°均布在圆形底座8的边缘环带上。

(4)将10个支杆6圆周均布安装固定在底座8的边缘环带上；每个卸载点2旁固定一个支杆6；

(5)将10根拉绳4的一端分别绑定到待装配反射镜组件1镜框外边缘上的卸载点2以及托盘9的卸载点2，拉绳4的另一端绕过支杆6上的定滑轮3，自然垂下；

(6)将步骤(1)计算求得的砝码5分别绑定到对应卸载点2旁的拉绳4自然垂下的一端，通过待装配反射镜组件1镜框外边缘的9个支杆6以及待装配反射镜组件1镜框内圈环中心的一个支杆6，将整个待装配反射镜组件1吊起，微调砝码5的重量，直至所有力学传感器10显示受力为零；

(7)将反射镜组件1和底座8之间的螺钉按照每步增加5N·m的增加力矩方式，将预紧力矩提升至75Nm，完成装配固定。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种大口径反射镜组件微应力装配方法，其特征在于步骤如下：

1)应用Patran/Nastran有限元软件建立反射镜组件的有限元模型，对待装配反射镜组件(1)进行1g重力变形分析，以待装配反射镜组件(1)自身重力最大变形≤0.05μm为限制条件，以待装配反射镜组件(1)镜框边缘环带作为卸载点选取区域，计算得到卸载点(2)的位置和数量以及砝码(5)的数量和重量；

2)将力学传感器(10)安装在圆形底座(8)上，且在每一个卸载点(2)至圆形底座(8)圆心的径线方向上，至少安装两个力学传感器(10)；并将所有力学传感器(10)的读数设置为零；

3)将3颗螺钉依次穿过球头垫片(7)和圆形底座(8)后，固定安装在待装配反射镜组件(1)的镜框边缘环带上，调整球头垫片(7)使得待装配反射镜组件(1)与圆形底座(8)的同轴度≤0.02mm且端跳≤0.02mm；所述螺钉和球头垫片(7)的数量相等，且螺钉和球头垫片(7)均布在圆形底座(8)的边缘环带上；

4)将多个支杆(6)圆周均布安装固定在底座(8)的边缘环带上；每个卸载点(2)旁固定一个支杆(6)；

5)将拉绳(4)的一端分别绑定到卸载点(2)上，拉绳(4)的另一端绕过支杆(6)上的定滑轮(3)，自然垂下；

6)将步骤1)计算求得的砝码(5)分别绑定到对应卸载点(2)旁的拉绳(4)自然垂下的一端，并微调砝码(5)的重量，直至所有力学传感器(10)显示受力为零；

7)将待装配反射镜组件(1)和底座(8)之间的螺钉按照逐步增加力矩的方式将预紧力矩提升至75Nm，完成装配固定。

2.根据权利要求1所述的一种大口径反射镜组件微应力装配方法，其特征在于：所述步骤7)中逐步增加力矩的方式具体为：每步增加5N·m，各点上紧至75N·m。

3.根据权利要求1所述的一种大口径反射镜组件微应力装配方法，其特征在于：所述步骤3)中螺钉和球头垫片(7)的数量均为3个，且相隔120°均布在圆形底座(8)的边缘环带上。

4.根据权利要求1所述的一种大口径反射镜组件微应力装配方法，其特征在于：所述步骤1)中确定选取10处卸载点(2)，分别是待装配反射镜组件(1)镜框外边缘成圆周均布的9处，以及通过托盘(9)支撑整个待装配反射镜组件(1)镜框内圈环中心的1处；所述托盘(9)放于圆形底座(8)的中心位置。