CN107966163A - 一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置及其装调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置及其装调方法，包括立方镜、调整座、机壳、螺钉和工装；工装与机壳固定连接，机壳上安装有用于装调立方镜的调整座，机壳上设有用于安装螺钉的螺孔，螺钉穿设在螺孔中并与调整座配合调节立方镜的旋转角度。本发明通过调整座、机壳和锥端紧定螺钉的配合，提高了空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系的校准速度，弥补了传统的空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系校准效率较低的缺陷；通过利用光电自准直仪和平面反射镜测量，实现了同步进行测量和调整，克服了传统的空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系校准精度较差的难题。

Description

一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置及其装调方法
技术领域
本发明涉及一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置及其装调方法，属于空间光电敏感器的光机装调和测量技术领域。
背景技术
空间光电敏感器产品，如星敏感器、太阳敏感器等，多用于航天器的姿态测量。产品一般定义三个坐标系，分别是测量坐标系、机械坐标系和立方镜坐标系。在实际应用中，为了将敏感器输出的姿态信息转换至航天器的坐标系下，首先需要建立测量坐标系和立方镜坐标系的转换关系；然后在航天器装配过程中，对敏感器进行精测，即建立航天器坐标系与立方镜坐标系的转换关系；最终得到敏感器测量坐标系和航天器坐标系的转换矩阵。从已公开的文献看，主要研究均集中在立方镜坐标系与测量坐标系，或两立方镜坐标系之间的标定上，如魏新国等在《光学精密工程》(2009，17<4>:849-953)上发表论文《太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定》，王智等在《光学精密工程》(2012，20<1>:96-101)上发表论文《测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定》，对相关方法进行说明。
从工程测量的实施情况看，空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系的校准同样具有重要作用，当两者偏差较大时，将造成整星精测不便，对产品反复拆装调整；另一方面，现有立方镜的装调一般采用辅助工装固定、提高配合面加工精度、修研结构零件等方式，存在改进的必要性和优化空间。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置及其装调方法，通过调整座、机壳和锥端紧定螺钉的配合，提高了空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系的校准速度，弥补了传统的空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系校准效率较低的缺陷；通过利用光电自准直仪和平面反射镜测量，实现了同步进行测量和调整，克服了传统的空间敏感器立方镜坐标系和机械坐标系校准精度较差的难题。
本发明的技术解决方案是：
一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，包括立方镜、调整座、机壳、螺钉和工装；工装与机壳固定连接，机壳上安装有用于装调立方镜的调整座，机壳上设有用于安装螺钉的螺孔，螺钉穿设在螺孔中并与调整座配合调节立方镜的旋转角度。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述立方镜胶粘在调整座上。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述调整座采用圆柱体结构，调整座一端设有用于粘接立方镜的圆槽，圆槽中设有用于注胶的通孔，调整座另一端设有用于配合螺钉的十字形双层棱台，十字形双层棱台顶端至调整座端面采用圆弧过渡，调整座与机壳铰接。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述机壳采用立方体结构，机壳上设有用于安装调整座的球面槽，球面槽中设有用于注胶的环形槽；机壳与工装连接处设有法兰，法兰上分别设有用于定位的圆孔和腰形孔；
定义：机械坐标系MRF的原点位于圆孔轴线与工装端面的交点，机械坐标系的XM轴方向由圆孔中心远离腰形孔中心，机械坐标系的ZM轴垂直于工装端面向上，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；立方镜坐标系ARF的原点位于立方镜的几何中心，XA、YA、ZA三轴分别与机械坐标系XM、YM、ZM三轴指向一致。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述机壳的两个相互垂直的侧面上分别设有两个用于安装螺钉的螺孔，螺孔贯穿所述环形槽。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述螺钉采用锥端紧定螺钉。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置中，所述螺钉包括第一螺钉、第二螺钉、第三螺钉和第四螺钉；
第一螺钉用于调整立方镜绕ZA轴负向的转动；
第二螺钉用于调整立方镜绕YA轴负向的转动；
第三螺钉用于调整立方镜绕XA轴正向的转动；
第四螺钉用于调整立方镜绕ZA轴正向的转动；
转动方向正负的定义符合右手法则。
一种基于所述装调装置的装调方法，装调过程中涉及到光电自准直仪、平面反射镜和定位销，定位销穿设在机壳上用于定位的圆孔中，具体还包括如下步骤：
步骤一：将平面反射镜紧贴定位销放置，再将光电自准直仪水平放置并测量，然后调整光电自准直仪的位置，直至光电自准直仪显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪的光轴与平面反射镜垂直；
步骤二：将平面反射镜放置在工装上，再将光电自准直仪竖直放置并测量，然后调整光电自准直仪的位置，直至光电自准直仪显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪的光轴与平面反射镜垂直；
步骤三：利用定位销将机壳安装在工装上，此时机械坐标系的YM轴与水平放置的光电自准直仪的光轴平行，机械坐标系的ZM轴与竖直放置的光电自准直仪的光轴平行；
步骤四：将立方镜与调整座胶粘固化后，放置于机壳的球面槽中，并手动转动，使立方镜分别绕XA轴反向、YA轴正向和ZA轴旋转2°；
步骤五：通过旋转螺钉调节立方镜的旋转角度；
步骤六：对调整座和螺钉进行固封灌胶。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置的装调方法中，所述步骤五中，缓慢拧动第三螺钉，直至竖直放置的光电自准直仪读数显示立方镜绕XA轴转动为0；再缓慢拧动第二螺钉，直至竖直放置的光电自准直仪读数显示立方镜绕YA轴转动为0；根据水平放置的光电自准直仪读数，判断立方镜绕ZA轴的旋转方向，若为正，则缓慢拧动第一螺钉，直至立方镜绕ZA轴转动为0，并拆下第四螺钉；反之，则缓慢拧动第四螺钉，直至立方镜绕ZA轴转动为0，并拆下第一螺钉。
在上述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置的装调方法中，所述步骤六中，从安装螺钉的螺孔处注胶，调整座和螺钉同时固封。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明在立方镜的调整座与机壳之间采用类似球铰的配合方式，可实现立方镜绕三个轴向转动的调整，并利用锥端紧定螺钉完成该调整，操作高效便捷。
【2】本发明使用两台光电自准直仪，外化产品的机械坐标系，并测量立方镜的安装偏差，实现测量和调整的同步，校准结果精确。
【3】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，且具有较长的使用寿命，在复杂工况下依然能够良好运转，具备通用性强、适用范围广的特点，市场应用前景非常广阔。
附图说明
图1为本发明的外形图
图2为本发明的爆炸图
图3为调整座和机壳的剖视图
图4为本发明的局部剖视图
图5为调整座的俯视图
图6为调整座的剖视图
图7为调整座的结构图
图8为本发明的装调示意图
图9为本发明的校准示意图
其中：1立方镜；2调整座；3机壳；4螺钉；41第一螺钉；42第二螺钉；43第三螺钉；44第四螺钉；5工装；6光电自准直仪；7平面反射镜；8定位销；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～3所示，一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，包括立方镜1、调整座2、机壳3、螺钉4和工装5；工装5与机壳3固定连接，机壳3上安装有用于装调立方镜1的调整座2，机壳3上设有用于安装螺钉4的螺孔，螺钉4穿设在螺孔中并与调整座2配合调节立方镜1的旋转角度。
优选的，立方镜1胶粘在调整座2上。
如图4～7所示，优选的，调整座2采用圆柱体结构，调整座2一端设有用于粘接立方镜1的圆槽，圆槽中设有用于注胶的通孔，调整座2另一端设有用于配合螺钉4的十字形双层棱台，十字形双层棱台顶端至调整座2端面采用圆弧过渡，调整座2与机壳3铰接。
优选的，机壳3采用立方体结构，机壳3上设有用于安装调整座2的球面槽，球面槽中设有用于注胶的环形槽；机壳3与工装5连接处设有法兰，法兰上分别设有用于定位的圆孔和腰形孔；
定义：机械坐标系MRF的原点位于圆孔轴线与工装5端面的交点，机械坐标系的XM轴方向由圆孔中心远离腰形孔中心，机械坐标系的ZM轴垂直于工装5端面向上，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；立方镜坐标系ARF的原点位于立方镜1的几何中心，XA、YA、ZA三轴分别与机械坐标系XM、YM、ZM三轴指向一致。
优选的，机壳3的两个相互垂直的侧面上分别设有两个用于安装螺钉4的螺孔，螺孔贯穿所述环形槽。
优选的，螺钉4采用锥端紧定螺钉。
优选的，螺钉4包括第一螺钉41、第二螺钉42、第三螺钉43和第四螺钉44；
第一螺钉41用于调整立方镜1绕ZA轴负向的转动；
第二螺钉42用于调整立方镜1绕YA轴负向的转动；
第三螺钉43用于调整立方镜1绕XA轴正向的转动；
第四螺钉44用于调整立方镜1绕ZA轴正向的转动；
转动方向正负的定义符合右手法则。
如图8～9所示，一种基于所述装调装置的装调方法，装调过程中涉及到光电自准直仪6、平面反射镜7和定位销8，定位销8穿设在机壳3上用于定位的圆孔中，具体还包括如下步骤：
步骤一：将平面反射镜7紧贴定位销8放置，再将光电自准直仪6水平放置并测量，然后调整光电自准直仪6的位置，直至光电自准直仪6显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪6的光轴与平面反射镜7垂直；
步骤二：将平面反射镜7放置在工装5上，再将光电自准直仪6竖直放置并测量，然后调整光电自准直仪6的位置，直至光电自准直仪6显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪6的光轴与平面反射镜7垂直；
步骤三：利用定位销8将机壳3安装在工装5上，此时机械坐标系的YM轴与水平放置的光电自准直仪6的光轴平行，机械坐标系的ZM轴与竖直放置的光电自准直仪6的光轴平行；
步骤四：将立方镜1与调整座2胶粘固化后，放置于机壳3的球面槽中，并手动转动，使立方镜1分别绕XA轴反向、YA轴正向和ZA轴旋转2°；
步骤五：通过旋转螺钉4调节立方镜1的旋转角度；
步骤六：对调整座2和螺钉4进行固封灌胶。
优选的，步骤五中，缓慢拧动第三螺钉43，直至竖直放置的光电自准直仪6读数显示立方镜1绕XA轴转动为0；再缓慢拧动第二螺钉42，直至竖直放置的光电自准直仪6读数显示立方镜1绕YA轴转动为0；根据水平放置的光电自准直仪6读数，判断立方镜1绕ZA轴的旋转方向，若为正，则缓慢拧动第一螺钉41，直至立方镜1绕ZA轴转动为0，并拆下第四螺钉44；反之，则缓慢拧动第四螺钉44，直至立方镜1绕ZA轴转动为0，并拆下第一螺钉41。
优选的，步骤六中，从安装螺钉4的螺孔处注胶，调整座2和螺钉4同时固封。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：包括立方镜(1)、调整座(2)、机壳(3)、螺钉(4)和工装(5)；工装(5)与机壳(3)固定连接，机壳(3)上安装有用于装调立方镜(1)的调整座(2)，机壳(3)上设有用于安装螺钉(4)的螺孔，螺钉(4)穿设在螺孔中并与调整座(2)配合调节立方镜(1)的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述立方镜(1)胶粘在调整座(2)上。
3.根据权利要求1所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述调整座(2)采用圆柱体结构，调整座(2)一端设有用于粘接立方镜(1)的圆槽，圆槽中设有用于注胶的通孔，调整座(2)另一端设有用于配合螺钉(4)的十字形双层棱台，十字形双层棱台顶端至调整座(2)端面采用圆弧过渡，调整座(2)与机壳(3)铰接。
4.根据权利要求1所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述机壳(3)采用立方体结构，机壳(3)上设有用于安装调整座(2)的球面槽，球面槽中设有用于注胶的环形槽；机壳(3)与工装(5)连接处设有法兰，法兰上分别设有用于定位的圆孔和腰形孔；
定义：机械坐标系MRF的原点位于圆孔轴线与工装(5)端面的交点，机械坐标系的XM轴方向由圆孔中心远离腰形孔中心，机械坐标系的ZM轴垂直于工装(5)端面向上，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；立方镜坐标系ARF的原点位于立方镜(1)的几何中心，XA、YA、ZA三轴分别与机械坐标系XM、YM、ZM三轴指向一致。
5.根据权利要求4所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述机壳(3)的两个相互垂直的侧面上分别设有两个用于安装螺钉(4)的螺孔，螺孔贯穿环形槽。
6.根据权利要求5所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述螺钉(4)采用锥端紧定螺钉。
7.根据权利要求6所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置，其特征在于：所述螺钉(4)包括第一螺钉(41)、第二螺钉(42)、第三螺钉(43)和第四螺钉(44)；
第一螺钉(41)用于调整立方镜(1)绕ZA轴负向的转动；
第二螺钉(42)用于调整立方镜(1)绕YA轴负向的转动；
第三螺钉(43)用于调整立方镜(1)绕XA轴正向的转动；
第四螺钉(44)用于调整立方镜(1)绕ZA轴正向的转动；
转动方向正负的定义符合右手法则。
8.一种基于权利要求1所述装调装置的装调方法，其特征在于：装调过程中涉及到光电自准直仪(6)、平面反射镜(7)和定位销(8)，定位销(8)穿设在机壳(3)上用于定位的圆孔中，具体还包括如下步骤：
步骤一：将平面反射镜(7)紧贴定位销(8)放置，再将光电自准直仪(6)水平放置并测量，然后调整光电自准直仪(6)的位置，直至光电自准直仪(6)显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪(6)的光轴与平面反射镜(7)垂直；
步骤二：将平面反射镜(7)放置在工装(5)上，再将光电自准直仪(6)竖直放置并测量，然后调整光电自准直仪(6)的位置，直至光电自准直仪(6)显示的垂直于镜面法线的两轴方向读数均为0，此时光电自准直仪(6)的光轴与平面反射镜(7)垂直；
步骤三：利用定位销(8)将机壳(3)安装在工装(5)上，此时机械坐标系的YM轴与水平放置的光电自准直仪(6)的光轴平行，机械坐标系的ZM轴与竖直放置的光电自准直仪(6)的光轴平行；
步骤四：将立方镜(1)与调整座(2)胶粘固化后，放置于机壳(3)的球面槽中，并手动转动，使立方镜(1)分别绕XA轴反向、YA轴正向和ZA轴旋转2°；
步骤五：通过旋转螺钉(4)调节立方镜(1)的旋转角度；
步骤六：对调整座(2)和螺钉(4)进行固封灌胶。
9.根据权利要求8所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置的装调方法，其特征在于：所述步骤五中，缓慢拧动第三螺钉(43)，直至竖直放置的光电自准直仪(6)读数显示立方镜(1)绕XA轴转动为0；再缓慢拧动第二螺钉(42)，直至竖直放置的光电自准直仪(6)读数显示立方镜(1)绕YA轴转动为0；根据水平放置的光电自准直仪(6)读数，判断立方镜(1)绕ZA轴的旋转方向，若为正，则缓慢拧动第一螺钉(41)，直至立方镜(1)绕ZA轴转动为0，并拆下第四螺钉(44)；反之，则缓慢拧动第四螺钉(44)，直至立方镜(1)绕ZA轴转动为0，并拆下第一螺钉(41)。
10.根据权利要求8所述的一种空间光电敏感器的立方镜快速装调装置的装调方法，其特征在于：所述步骤六中，从安装螺钉(4)的螺孔处注胶，调整座(2)和螺钉(4)同时固封。
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