CN108204885B - 一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，步骤为：对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得力学振动试验前钛合金精密光学支撑结构的位置数据；进行力学振动试验后；再次对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得位置数据；对比振动前后数据结果，判定精密光学支撑结构的稳定性是否满足相机成像质量要求，当光学测量和三坐标测量数据结果均满足相机成像质量要求，认为稳定性满足要求。本发该适用于空间光学遥感器具有大尺寸、变截面、高稳定性、高刚度等要求的精密光学支撑结构的稳定性试验验证。
Description
技术领域
本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种大尺寸、变截面、三翼梁切向薄壁结构的精密光学精密光学支撑结构。
背景技术
随着分辨率要求的提高，空间光学遥感器向大口径、长焦距的方向发展，其光学系统对次镜支撑结构提出短周期、一体成型、高稳定性、低遮拦、轻量化及快速响应等研制需求，但在制造方式上，受材料与制造工艺的限制，难以满足空间光学遥感器性能逐渐提高和快速响应研制的需求。
激光增材制造是以金属粉末为原料，通过激光熔化/快速凝固逐层沉积“生长制造”，由零件CAD模型一步完成全致密、高性能整体合金零件的“近净成形”技术。能满足次镜支撑结构的快速制造，且能实现大尺寸、复杂薄壁结构，力学性能优越。
精密光学支撑结构的稳定性对相机成像质量影响巨大，采用科学的验证方法验证精密光学支撑结构的稳定性，极其重要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，解决了大尺寸、变截面、三翼梁切向薄壁结构稳定性验证的方法难题。
本发明的技术方案是：一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，步骤如下：
1)对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得力学振动试验前钛合金精密光学支撑结构的位置数据；
2)进行力学振动试验；
3)再次对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得力学振动试验后钛合金精密光学支撑结构的位置数据；
4)对比振动前后光学测量和三坐标测量数据结果，判定精密光学支撑结构的稳定性是否满足相机成像质量要求，当光学测量和三坐标测量数据结果均满足相机成像质量要求，认为稳定性满足要求。
所述光学测量包括立方镜测量和平面镜测量。
所述立方镜测量具体方式为：
精密光学支撑结构装配在前镜筒上，前镜筒装配在主框架上，定义前镜筒径向为Z向，垂直地面方向为X向，Y向由右手螺旋定则确定；
在相机主框架顶端X向粘贴0号立方镜，在相机前镜筒后端面粘贴1号立方镜和2号立方镜，前镜筒前端面粘贴3号立方镜、4号立方镜，精密光学支撑结构上Z向粘贴5号立方镜，共六枚立方镜；利用相机主框架上的0号立方镜判定前镜筒后端面1号和2号的两枚立方镜的位置变动情况，再以前镜筒后端面1号和2号两枚立方镜作为测量的基准，监测3号立方镜、4号立方镜、5号立方镜这3个立方镜在振动试验前后与基准的二维夹角的数据变化情况。
所述平面镜测量具体方式为：
精密光学支撑结构装配在前镜筒上，前镜筒装配在主框架上，定义前镜筒径向为Z向，垂直地面方向为X向，Y向由右手螺旋定则确定；
在主框架上Z向位置和精密光学支撑结构Z向位置各配置一片平面镜。以主框架上Z向位置的平面镜作为测量基准，测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量。
所述1号立方镜和2号立方镜按90°方位布置，3号立方镜和4号立方镜按90°方位布置。
采用干涉法对测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量进行测试。
所述三坐标测量通过三坐标精密测量设备完成。
所述相机成像质量要求为：光学测量前后两次结果，即3号立方镜、4号立方镜、5号立方镜这3个立方镜在振动试验前后与基准的二维夹角的数据变化情况，以及测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量”均在5″以内，且三坐标测量位置前后两次变化不大于5μm。
本发明的有益效果：
根据次镜支撑结构辐射型三翼梁轻质复杂结构特性，针对其服役环境，采用光学测量+三坐标测量等复合测量的手段，精确验证了力学试验前后精密光学支撑结构的稳定性，提供了类似具有大尺寸、变截面、三翼梁切向薄壁结构的精密光学支撑结构的稳定性试验验证等相关技术，为精密光学支撑结构的稳定性验证提供了科学有效的方法，对改善空间光学遥感器光学系统的稳定性提供了科学保障。
附图说明
图1为干涉仪测试法测试原理
图2为精密光学支撑结构验证试验结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
1)分析精密光学光学支撑结构服役条件，制定稳定性试验验证技术方案。
精密光学支撑结构要承受火箭发射段的力学环境，其力学稳定性对光学系统的稳定性至关重要。本发明拟通过光学测量+三坐标测量复合测量的方式，对比精密光学支撑结构力学试验前后测量数据的变化，从而分析精密光学支撑结构的稳定性。
2)完成精密光学支撑结构与相机装配，通过光学测量和三坐标测量获得力学振动试验前的尺寸与位置数据。
光学测量分为两种方式，立方镜测量和平面镜测量，如图2所示。
精密光学支撑结构装配在前镜筒上，前镜筒装配在主框架上，定义前镜筒径向为Z向，垂直地面方向为X向，Y向由右手螺旋定则确定。
立方镜测量具体实施方式为：相机主框架顶端X向粘贴0号立方镜，在相机前镜筒后端面粘贴1号立方镜和2号立方镜(1号立方镜和2号立方镜按90°方位布置)，前镜筒前端面粘贴3号立方镜、4号立方镜(3号立方镜和4号立方镜按90°方位布置)，精密光学支撑结构上Z向粘贴5号立方镜，共六枚立方镜。利用相机主框架上的0号立方镜判定前镜筒后端面1号和2号的两枚立方镜的位置变动情况，再以前镜筒后端面1号和2号两枚立方镜作为测量的基准，监测3号立方镜、4号立方镜、5号立方镜这3个立方镜在振动试验前后与基准的二维夹角的数据变化情况，判读依据为：3号立方镜、4号立方镜、5号立方镜角度变化均在5″以认为符合要求；其中所述1号立方镜和2号立方镜按90°方位布置，3号立方镜和4号立方镜按90°方位布置。
平面镜测量具体实施方式为：在主框架上Z向位置和精密光学支撑结构Z向位置各配置一片平面镜。以主框架上Z向位置的平面镜作为测量基准，测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量。用干涉法对该角度变化进行测试。本测量方案要求力学试验前后角度变化不大于5″。
如图1，当平面镜法线与干涉仪出射波成一定角度θ(一个产生干涉允许的较小值)时，其干涉图为亮暗相间的多级条纹。条纹数量与该角度值关系如下θ＝arctan(mλ/2D)。
D为平面镜直径，取135mm，λ为可见光波长，为0.6328μm，m为暗条纹数目，则角度的理论分辨率为0.48秒，本测量方案要求力学试验前后角度变化不大于5″，满足本测量方案的误差要求。
三坐标测量通过三坐标精密测量设备完成。
3)进行力学振动试验。
根据力学试验大纲，在9T振动台进行正弦振动和随机振动。
4)通过光学测量和三坐标测量获得力学振动试验后的尺寸与位置数据。
5)对比振动前后光学测量和三坐标测量数据结果，判定精密光学支撑结构的稳定性是否满足相机成像质量要求。
立方镜测量和平面镜测量判读依据为：光学测量结果变化在5″以内认为符合要求。
三坐标测量判读依据为：三坐标测量立方镜位置变化均不大于5μm认为符合要求。
光学测量和三坐标测量数据结果均满足要求，才认为稳定性满足要求。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明涉及的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，其特征在于步骤如下：
1)对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得力学振动试验前钛合金精密光学支撑结构的位置数据；
2)进行力学振动试验；
3)再次对光学支撑结构进行光学测量和三坐标测量，获得力学振动试验后钛合金精密光学支撑结构的位置数据；
4)对比振动前后光学测量和三坐标测量数据结果，判定精密光学支撑结构的稳定性是否满足相机成像质量要求，当光学测量和三坐标测量数据结果均满足相机成像质量要求，认为稳定性满足要求；
所述光学测量包括立方镜测量和平面镜测量；
所述立方镜测量具体方式为：
精密光学支撑结构装配在前镜筒上，前镜筒装配在主框架上，定义前镜筒径向为Z向，垂直地面方向为X向，Y向由右手螺旋定则确定；
在相机主框架顶端X向粘贴0号立方镜，在相机前镜筒后端面粘贴1号立方镜和2号立方镜，前镜筒前端面粘贴3号立方镜、4号立方镜，精密光学支撑结构上Z向粘贴5号立方镜，共六枚立方镜；利用相机主框架上的0号立方镜判定前镜筒后端面1号和2号的两枚立方镜的位置变动情况，再以前镜筒后端面1号和2号两枚立方镜作为测量的基准，监测3号立方镜、4号立方镜、5号立方镜这3个立方镜在振动试验前后与基准的二维夹角的数据变化情况；
所述平面镜测量具体方式为：
精密光学支撑结构装配在前镜筒上，前镜筒装配在主框架上，定义前镜筒径向为Z向，垂直地面方向为X向，Y向由右手螺旋定则确定；
在主框架上Z向位置和精密光学支撑结构Z向位置各配置一片平面镜；以主框架上Z向位置的平面镜作为测量基准，测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量；
所述1号立方镜和2号立方镜按90°方位布置，3号立方镜和4号立方镜按90°方位布置。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，其特征在于：采用干涉法对测量精密光学支撑结构Z向平面镜与基准平面镜的夹角变化量进行测试。
3.根据权利要求1或2所述的一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，其特征在于：所述三坐标测量通过三坐标精密测量设备完成。
4.根据权利要求1或2所述的一种钛合金精密光学支撑结构稳定性验证方法，其特征在于：所述相机成像质量要求为：光学测量前后两次结果变化在5″以内，且三坐标测量位置前后两次变化不大于5μm。
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