CN107218960B - 一种用于光学遥感仪器的二维指向机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光学遥感仪器的二维指向机构，包括上半轴组件、下半轴组件、左半轴组件、右半轴组件、指向镜组件、内框、外框、支撑框架及配重。所述的下半轴组件和左半轴组件结构相同；所述的上半轴组件和右半轴组件结构相同；所述的上半轴组件、下半轴组件及内框构成俯仰轴系；所述的左半轴组件、右半轴组件、外框及俯仰轴系构成方位轴轴系。本发明的有益效果是：指向精度高，重量轻，转动惯量小，对卫星平台干扰力矩小，结构紧凑；结构简单，采用直接驱动，避免使用结构复杂的谐波减速器或者齿轮减速机构，可靠性高。

Description

一种用于光学遥感仪器的二维指向机构
技术领域
本发明涉及航空航天光学遥感仪器的运动机构技术领域，特别是涉及一种用于光学遥感仪器的二维指向机构。
背景技术
随着航天业发展，空间光学遥感仪器的二维指向机构由于可以扩大观测视场，应用越来越广泛。授权专利号CN103471566B提出“一种应用于航空相机的扫描机构”，采用的是U型结构，显然在扫描镜口径大时很难同时兼顾刚度好和重量轻。专利申请公布号CN105835057A提出“一种用于空间光学遥感仪器的两维指向机构”采用的是45°扫描机构和圆锥扫描机构结合的结构，根据其权利要求书描述可知：其结构中方位轴驱动组件和俯仰轴驱动组件中均有谐波减速器，增加了加工及装配难度。此外，这两份专利中的扫描或指向机构中的方位轴系的转动惯量随着俯仰轴旋转而变化，给卫星平台姿态控制带来难题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于光学遥感仪器的二维指向机构，其结构刚度好、重量轻，可实现高精度快速指向。
一种用于光学遥感仪器的二维指向机构，本发明所采用的技术方案是：该二维指向机构包括上半轴组件5、下半轴组件1、左半轴组件3、右半轴组件7、指向镜组件6、内框8、外框2、支撑框架4及配重9；
所述的下半轴组件1和左半轴组件3结构相同，都包括了轴承座A11、半轴A12、成对角接触球轴承13、轴承内圈锁紧螺母14、轴承外圈锁紧螺母15、圆感应同步器16、电磁锁定器17和轴套18；所述的下半轴组件1和左半轴组件3的成对角接触球轴承13的内、外圈分别用轴承内圈锁紧螺母15和轴承外圈锁紧螺母14锁紧预紧；
所述的上半轴组件5和右半轴组件7结构相同，都包括了电机端盖51、电机锁紧螺母52、半轴B53、驱动电机54、电机外壳55、成对角接触球轴承13、轴承外圈锁紧螺母15和轴承座B56；所述的上半轴组件5和右半轴组件7的成对角接触球轴承13的内圈通过轴承内圈锁紧螺母15锁紧预紧，外圈不锁紧提供轴向移动的自由度；
所述的指向镜组件6包括指向镜61、柔性支撑接头62和支撑螺钉63，指向镜61支撑方式采用背部支撑，指向镜61与柔性支撑接头62通过光学胶粘接，然后通过支撑螺钉63与内框8连接；
所述的配重9通过M5螺钉与内框8连接；
所述的指向镜61采用碳化硅材料；所述的柔性支撑接头62和内框8采用线胀系数与碳化硅匹配的殷钢材料；所述的驱动电机54为直流无刷力矩电机；
星下点位置，指向镜61的反射镜面与入射光的夹角为60°；
所述的内框8的左右两端通过M5螺钉与左半轴组件3的半轴A12及右半轴组件7的半轴B53连接，构成俯仰轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜61在俯仰方向旋转扫描；
所述的上半轴组件5的轴承座B56和下半轴组件1的轴承座A11分别通过M5螺钉与支撑框架4连接；所述的外框2的左右两端通过M5螺钉分别与左半轴组件3的轴承座A11及右半轴组件7的轴承座B56连接；所述的外框2的上下两端通过M5螺钉与上半轴组件5的半轴B53及下半轴组件1的半轴A12连接，构成方位轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜61在方位方向旋转扫描；
俯仰轴与方位轴正交，且俯仰轴、方位轴均与指向镜61的反射镜面平行；
俯仰轴和方位轴的驱动电机54可以同时旋转，也可以其中一维旋转另外一维保持指向某一角度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用直接驱动，指向精度高；
2、相比传统45°指向镜，本发明的指向镜长轴减小约20％，因此重量更轻、转动惯量小，对卫星平台干扰力矩小；
3、结构紧凑，正交轴系被指向镜遮挡，避免了太阳光直射，轴系处于良好的温度场，更利于温控；
4、结构简单，采用直接驱动，避免使用结构复杂的谐波减速器或者齿轮减速机构，可靠性高；
5、本发明的二维指向机构的方位轴的转动惯量恒定，不会随俯仰轴旋转而变化，利于卫星平台姿态控制。
附图说明
图1为本发明二维指向机构的剖视图1；
图中，1是下半轴组件；2是外框；3是左半轴组件，4是支撑框架，5是上半轴组件，6是指向镜组件，7是右半轴组件，8是内框；
图2为本发明二维指向机构的剖视图2；
图中，61是指向镜，62是柔性支撑接头，63是支撑螺钉，9是配重；
图3为下半轴组件或左半轴组件的剖视图；
图中，11为轴承座A，12为半轴A，13为成对角接触球轴承，14为轴承外圈锁紧螺母，15为轴承内圈锁紧螺母，16为圆感应同步器，17为电磁锁定器,18为轴套；
图4为上半轴组件或右半轴组件的剖视图；
图中，51为电机端盖，52为电机锁紧螺母，53为半轴B，54为驱动电机，55为电机外壳，56为轴承座B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例的二维指向机构包括上半轴组件5、下半轴组件1、左半轴组件3、右半轴组件7、指向镜组件6、内框8、外框2、支撑框架4及配重9；
如图2所示，所述的指向镜组件6包括指向镜61、柔性支撑接头62和支撑螺钉63，指向镜61支撑方式采用背部支撑，指向镜61与柔性支撑接头62通过光学胶粘接，然后通过支撑螺钉63与内框8连接；
如图3所示，所述的下半轴组件1和左半轴组件3结构相同，都包括了轴承座A11、半轴A12、成对角接触球轴承13、轴承内圈锁紧螺母14、轴承外圈锁紧螺母15、圆感应同步器16、电磁锁定器17和轴套18；所述的下半轴组件1和左半轴组件3的成对角接触球轴承13的内、外圈分别用轴承内圈锁紧螺母15和轴承外圈锁紧螺母14锁紧预紧；
如图4所示，所述的上半轴组件5和右半轴组件7结构相同，都包括了电机端盖51、电机锁紧螺母52、半轴B53、驱动电机54、电机外壳55、成对角接触球轴承13、轴承外圈锁紧螺母15和轴承座B56；所述的上半轴组件5和右半轴组件7的成对角接触球轴承13的内圈通过轴承内圈锁紧螺母15锁紧预紧，外圈不锁紧提供轴向移动的自由度；
所述的内框8的左右两端通过M5螺钉与左半轴组件3的半轴A12及右半轴组件7的半轴B53连接，构成俯仰轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜61在俯仰方向旋转扫描；
所述的上半轴组件5的轴承座B56和下半轴组件1的轴承座A11分别通过M5螺钉与支撑框架4连接；所述的外框2的左右两端通过M5螺钉分别与左半轴组件3的轴承座A11及右半轴组件7的轴承座B56连接；所述的外框2的上下两端通过M5螺钉与上半轴组件5的半轴B53及下半轴组件1的半轴A12连接，构成方位轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜61在方位方向旋转扫描。
根据本发明制作的二维指向机构通过了随卫星总体的力学试验、热真空试验等环境试验的考核，性能满足要求。

Claims (1)

1.一种用于光学遥感仪器的二维指向机构，包括上半轴组件(5)、下半轴组件(1)、左半轴组件(3)、右半轴组件(7)、指向镜组件(6)、内框(8)、外框(2)、支撑框架(4)及配重(9)，其特征在于：
所述的下半轴组件(1)和左半轴组件(3)结构相同，都包括了轴承座A(11)、半轴A(12)、成对角接触球轴承(13)、轴承内圈锁紧螺母(14)、轴承外圈锁紧螺母(15)、圆感应同步器(16)、电磁锁定器(17)和轴套(18)；所述的下半轴组件(1)和左半轴组件(3)的成对角接触球轴承(13)的内、外圈分别用轴承内圈锁紧螺母(15)和轴承外圈锁紧螺母(14)锁紧预紧；
所述的上半轴组件(5)和右半轴组件(7)结构相同，都包括了电机端盖(51)、电机锁紧螺母(52)、半轴B(53)、驱动电机(54)、电机外壳(55)、成对角接触球轴承(13)、轴承外圈锁紧螺母(15)和轴承座B(56)；所述的上半轴组件(5)和右半轴组件(7)的成对角接触球轴承(13)的内圈通过轴承内圈锁紧螺母(15)锁紧预紧，外圈不锁紧提供轴向移动的自由度；
所述的指向镜组件(6)包括指向镜(61)、柔性支撑接头(62)和支撑螺钉(63)，指向镜(61)支撑方式采用背部支撑，指向镜(61)与柔性支撑接头(62)通过光学胶粘接，然后通过支撑螺钉(63)与内框(8)连接；
所述的配重(9)通过M5螺钉与内框(8)连接；
所述的指向镜(61)采用碳化硅材料；所述的柔性支撑接头(62)和内框(8)采用线胀系数与碳化硅匹配的殷钢材料；所述的驱动电机(54)为直流无刷力矩电机；
星下点位置，指向镜(61)的反射镜面与入射光的夹角为60°；
所述的内框(8)的左右两端通过M5螺钉与左半轴组件(3)的半轴A(12)及右半轴组件(7)的半轴B(53)连接，构成俯仰轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜(61)在俯仰方向旋转扫描；
所述的上半轴组件(5)的轴承座B(56)和下半轴组件(1)的轴承座A(11)分别通过M5螺钉与支撑框架(4)连接；所述的外框(2)的左右两端通过M5螺钉分别与左半轴组件(3)的轴承座A(11)及右半轴组件(7)的轴承座B(56)连接；所述的外框(2)的上下两端通过M5螺钉与上半轴组件(5)的半轴B(53)及下半轴组件(1)的半轴A(12)连接，构成方位轴，并通过轴承实现转动带动负载指向镜(61)在方位方向旋转扫描；
俯仰轴与方位轴正交，且俯仰轴、方位轴均与指向镜(61)的反射镜面平行；
俯仰轴和方位轴的驱动电机(54)可以同时旋转，也可以其中一维旋转另外一维保持指向某一角度。
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