CN108168524B - 光学遥感器的重力卸载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学遥感器的重力卸载装置。本发明中的重力卸载装置可实现九个支撑点的重力卸载，可实现地面成像测试，同时重力卸载装置不引入过约束，可保证测试结果的准确性。

Description

光学遥感器的重力卸载装置

技术领域

本发明属于空间遥感技术领域，具体涉及一种空间光学遥感器的重力卸载装置。

背景技术

空间光学遥感器可满足空间天文观测、军民对地观测及地球科学等多个领域的科学及应用需求。随着空间光学遥感器的成像分辨率要求越来越高，光学遥感器的口径增大，焦距增长，整体尺寸显著增加。光学遥感器自身的重力对光学成像质量的影响变得尤为突出。光学遥感器采用反射式光学系统，主镜与次镜的距离增加，无法只通过支撑结构的高刚度设计来保证在地面重力环境下，主镜和次镜之间相对位移以及倾角的变化，进而无法保证在地面像质测试过程中整个系统的成像质量。

现有技术中光学遥感器在地面像质测试中，均采用光轴水平状态，如图1所示。重力垂直于主镜2’、次镜3’、三镜1’所确定的平面。主镜2’与三镜1’安装在基板7’上，次镜3’安装在基板4’上，基板4’通过桁架杆6’、基板5’与基板7’相连，基板7’通过连接结构8’与平台9’相连。地面测试时，只固定基板7’进行测试。普通尺寸的光学遥感器，在传统测试状态下，重力对于主镜与次镜的相对位置变化只在微米量级，可满足地面成像需求。大尺寸的光学遥感器，如果只固定基板7’与平台9’连接点，由于次镜相对于主镜很远，导致次镜相对于约束状态悬臂过长，重力对于主镜与次镜相对位置的变化在亚毫米量级甚至是毫米量级，无法满足地面的成像需要。

因此，现有技术需要进一步改进。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光学遥感器的重力卸载装置，通过该卸载装置可解决大尺寸空间光学遥感器地面无法进行成像检测问题，通过卸载装置的结构设计，可实现满足测试精度要求的卸载能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种光学遥感器的重力卸载装置，所述光学遥感器的主支撑结构包括：前基板，中基板，后基板和桁架杆组件，所述桁架杆组件连接所述前基板和所述中基板以及中基板和所述后基板；所述重力卸载装置包括：工装板、支撑板组件和支杆组件，所述支撑板组件包括第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，所述支杆组件至少包括九个支杆，至少两个所述支杆的上端与所述前基板通过球铰连接，至少三个所述支杆的上端与所述中基板通过球铰连接，至少四个所述支杆的上端与所述后基板通过球铰连接，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别至少与三个所述支杆的下端通过球铰连接，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别通过球铰与所述工装板连接。

优选的，所述支杆组件包括九个支杆，两个所述支杆的上端与所述前基板通过球铰连接，三个所述支杆的上端与所述中基板通过球铰连接，四个所述支杆的上端与所述后基板通过球铰连接，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别与三个所述支杆的下端通过球铰连接。

优选的，三个所述支杆的上端等间距的与所述中基板通过球铰连接。

优选的，四个所述支杆的上端等间距的与所述后基板通过球铰连接。

优选的，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板位于同一平面。

优选的，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的形状为三角形。

优选的，三个所述支杆与所述第一支撑板的连接位置分别位于所述第一支撑板的三个角，所述第一支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

优选的，三个所述支杆与所述第二支撑板的连接位置分别位于所述第二支撑板的三个角，所述第二支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

优选的，三个所述支杆与所述第三支撑板的连接位置分别位于所述第三支撑板的三个角，所述第三支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

本发明具有以下有益效果：本发明的光学遥感器的重力卸载装置，在光学遥感器结构上增加一些支撑点，卸载重力对光学遥感器结构变形的影响。同时，本发明的各个支撑点之间不存在过约束，保证增加的支撑点不对地面测试带来的不可预计的影响。再次，该重力卸载装置还可以适应地面不平度对测试结果的影响，可实现在不同地点的多次重复测试。

附图说明

图1是现有技术中光学遥感器地面测试状态示意图；

图2是本发明中重力卸载装置结构示意图；

图3是本发明中重力卸载装置原理图。

其中：

1、后基板 2、三镜

3、主镜 4，5，6，7、支杆

8、第二支撑板 9、球铰

10、工装板 11、第一支撑板

12、球铰 13、球铰

14、第三支撑板 15、球铰

16，17，18、支杆 19，20、支杆

21、球铰 22、前基板

23、次镜 24、桁架杆

25、中基板 100、重力卸载装置

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

一种光学遥感器的重力卸载装置，光学遥感器的主支撑结构包括：前基板，中基板，后基板和桁架杆组件，桁架杆组件连接前基板和中基板以及中基板和后基板。

次镜设置在前基板上，主镜和三镜设置在后基板上。

重力卸载装置包括：工装板、支撑板组件和支杆组件。

支撑板组件包括第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板。

支杆组件至少包括九个支杆，至少两个支杆的上端与前基板通过球铰连接，至少三个支杆的上端与中基板通过球铰连接，至少四个支杆的上端与后基板通过球铰连接。

第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别至少与三个支杆的下端通过球铰连接，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别通过球铰与工装板连接。

在一个优选的实施例中，支杆组件包括九个支杆，两个支杆的上端与前基板通过球铰连接，三个支杆的上端与中基板通过球铰连接，四个支杆的上端与后基板通过球铰连接，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别与三个支杆的下端通过球铰连接。

优选的，三个支杆的上端等间距的与中基板通过球铰连接。

优选的，四个支杆的上端等间距的与后基板通过球铰连接。

优选的，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板位于同一平面。

优选的，第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的形状为三角形。

优选的，三个支杆与第一支撑板的连接位置分别位于第一支撑板的三个角，第一支撑板与工装板之间设置的球铰的中心位置为三个支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

优选的，三个支杆与第二支撑板的连接位置分别位于第二支撑板的三个角，第二支撑板与工装板之间设置的球铰的中心位置为三个支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

优选的，三个支杆与第三支撑板的连接位置分别位于第三支撑板的三个角，第三支撑板与工装板之间设置的球铰的中心位置为三个支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

在地面测试状态，本发明的重力卸载装置为整个光学遥感器的主支撑结构提供九个重力卸载支撑点，分别布置在光学遥感器主支撑结构的框架上(前基板、中基板和后基板)，每个支撑结构都实现重力方向的卸载，可实现主镜和次镜的位置相对变化减小。

理论的定位方式三个点即可完成空间定位，多个支撑点可以通过解耦设计来消除过约束。每个支杆与光学遥感器采用球铰连接，可以消除局部不平度的影响。为了保证增加的光学遥感器的主支撑结构为静定结构，每个支杆的另一端也是球铰，这样可以保证每个支杆只提供单向力，不会引入过约束。

九个支杆分为三组，每三个支杆为一组，其设计原理如图3所示。

支杆4、5、18上端通过球铰(未示出)连接到被支撑结构上，消除局部不平度的影响，下端通过球铰连(未示出)接到第一支撑板11上，这样每个支杆只约束重力方向的自由度。两个支杆约束了绕第一支撑板11的一维转动，三个支杆共同约束了绕支撑板11的另一维转动。

三组支杆间还是会存在过约束。为了解决这个问题，第一支撑板11通过一个球铰12与工装板(未示出)相连，球铰可以释放两维转动，即实现一组支杆只约束重力方向的自由度。而工装板与第一支撑板11之间的球铰的中心为三个支杆载荷的“重心”，即被支撑结构(前基板、中基板或后基板)的三个支杆与支撑板可实现力平衡和力矩平衡，三个支杆和支撑板形成一个稳定的支撑结构。

同理，另外两组支杆也只约束重力方向的自由度。两组支杆一起约束了绕水平面一个轴的转动，三组支杆一起约束绕水平面另一个轴的转动。三组支杆对光学遥感器是一个静定的约束，可适应地面的不平度，保证地面不平度不对光学遥感器产生变形。

本发明中的重力卸载装置可实现九个支撑点的重力卸载，可实现地面成像测试，同时卸载装置不引入过约束，可保证测试结果的准确性。

下面通过具体的实施例来说明本发明中光学遥感器的重力卸载装置的具体结构。

参见图2所示，光学遥感器的主支撑结构由后基板1、中基板25、前基板22以及桁架杆24组件组成。主镜3和三镜2安装在后基板1上，次镜23安装在前基板22上。

重力卸载装置保证地面测试状态主镜3与次镜23的相对位置变化满足要求。

重力卸载装置的支杆组件包括九个支杆，其中支杆4、5、6、7上端通过球铰连接到后基板1上，为后基板1提供重力卸载；支杆16、17、18上端通过球铰连接到中基板25上，为中基板25提供重力卸载；支杆19、20上端通过球铰21连接到前基板22上，为前基板22提供重力卸载。

支杆4、5、18的下端通过球铰连接到第一支撑板11上，第一支撑板11通过球铰12连接到工装板10上。球铰12的中心位置为支杆4、5、18支撑载荷力矩平衡的中心点，球铰12可以释放支杆4、5、18共同约束的两个转动自由度，实现只有竖直方向的约束。

支杆6、7、16下端通过球铰连接到第二支撑板8上，第二支撑板8通过球铰9连接到工装板10上。球铰9的中心位置为支杆6、7、16支撑载荷力矩平衡的中心点，球铰9可以释放支杆6、7、16共同约束的两个转动自由度，实现只有竖直方向的约束。

支杆17、19、20下端通过球铰连15接到第二支撑板14上，第二支撑板14通过球铰13连接到工装板10上。球铰13的中心位置为支杆17、19、20支撑载荷力矩平衡的中心点，球铰13可以释放支杆17、19、20共同约束的两个转动自由度，实现只有竖直方向的约束。

球铰9、12、13共同约束了整个光学遥感器的竖直方向和转动方向自由度，实现了对光学遥感器的的定位。

支杆4、5、6、7和支杆16、17、18、19、20彼此之间不存在过约束，同时为前基板22、中基板25、后基板1提供重力卸载，可保证地面测试状态下主镜3与次镜23相对的位置变化满足成像要求。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种光学遥感器的重力卸载装置，所述光学遥感器的主支撑结构包括：前基板，中基板，后基板和桁架杆组件，所述桁架杆组件连接所述前基板和所述中基板以及中基板和所述后基板，其特征在于：

所述重力卸载装置包括：工装板、支撑板组件和支杆组件，所述支撑板组件包括第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板，所述支杆组件包括九个支杆，两个所述支杆的上端与所述前基板通过球铰连接，三个所述支杆的上端与所述中基板通过球铰连接，四个所述支杆的上端与所述后基板通过球铰连接，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别至少与三个所述支杆的下端通过球铰连接，所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板分别通过球铰与所述工装板连接；

所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板位于同一平面；所述第一支撑板、第二支撑板和第三支撑板的形状为三角形；三个所述支杆与所述第一支撑板的连接位置分别位于所述第一支撑板的三个角，所述第一支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点；三个所述支杆与所述第二支撑板的连接位置分别位于所述第二支撑板的三个角，所述第二支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点；三个所述支杆与所述第三支撑板的连接位置分别位于所述第三支撑板的三个角，所述第三支撑板与所述工装板之间设置的球铰的中心位置为三个所述支杆支撑载荷力矩平衡的中心点。

2.根据权利要求1所述的重力卸载装置，其特征在于：三个所述支杆的上端等间距的与所述中基板通过球铰连接。

3.根据权利要求1所述的重力卸载装置，其特征在于：四个所述支杆的上端等间距的与所述后基板通过球铰连接。