CN108227234A

CN108227234A - 一种单自由度自适应平衡装配机构

Info

Publication number: CN108227234A
Application number: CN201711460381.1A
Authority: CN
Inventors: 刘强; 何欣; 王磊; 赵宇宸; 赵海平
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108227234B

Abstract

本发明公开了一种单自由度自适应平衡装配机构。所述单自由度自适应平衡装配机构包括：精密平台，自适应平衡装置，细绳，支架，以及位置调整装置；所述反射镜和所述支架都设置在所述精密平台上，并以所述精密平台为基准调平；所述自适应平衡装置，与所述反射镜的支撑件连接；所述位置调整装置，通过所述细绳设置在所述支架上，且所述位置调整装置与所述自适应平衡装置连接，所述位置调整装置施加在所述细绳上的拉力与所述反射镜的支撑件以及所述自适应平衡装置的重力之和相等。本发明提供的单自由度自适应平衡装配机构能消除反射镜的支撑件在装配时对反射镜的面形形成影响。

Description

一种单自由度自适应平衡装配机构

技术领域

本发明涉及空间光学技术领域，特别涉及一种单自由度自适应平衡装配机构。

背景技术

反射镜是空间遥感相机光学系统中最关键的光学元件，它的面形精度对成像质量产生直接影响。而其面形精度的高低取决于两点，一个是支撑的设计，一个是反射镜的装配，反射镜支撑设计的好，如果装配不好，面形会下降很多，如果支撑的设计不到位，在某种程度上装配的好，同样面形能提升很多。

反射镜支撑的装配一直以来就是机械设计人员设计工作的重点，高精度的装配工装就是反射镜支撑装配的重要保证；在众多反射镜支撑方式中，背部支撑的反射镜组件，是最多的反射镜支撑方式，背部支撑的反射镜组件在装配时，通常是反射镜反射面朝下，背部向上，在反射镜背部进行支撑件的安装，以往的装配方式没有考虑到支撑件自身的重力对反射镜面形的影响，因为在太空环境下是没有重力存在的，而反射镜装配时的支撑件重力对反射镜面形是有影响的，随着空间相机地面像元分辨率的不断提升，支撑件的重力对反射镜面形的影响越来越不能忽略。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

本发明实施例提供了一种单自由度自适应平衡装配机构，用于对反射镜的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力。所述单自由度自适应平衡装配机构包括：精密平台，自适应平衡装置，细绳，支架，以及位置调整装置；

所述反射镜和所述支架都设置在所述精密平台上，并以所述精密平台为基准调平；

所述自适应平衡装置，与所述反射镜的支撑件连接；

所述位置调整装置，通过所述细绳设置在所述支架上，且所述位置调整装置与所述自适应平衡装置连接，所述位置调整装置施加在所述细绳上的拉力与所述反射镜的支撑件以及所述自适应平衡装置的重力之和相等。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构还包括反射镜调平装置，所述反射镜调平装置可对所述反射镜进行调平。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构还包括支架调平装置，所述支架调平装置可对所述支架进行调平。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构还包括转接板，所述反射镜通过所述转接板与所述自适应平衡装置相连接。

在一些实施例中，所述自适应平衡装置包括：

自适应平衡装置上部分，自适应平衡装置下部分以及钢球；

所述自适应平衡装置上部分和所述自适应平衡装置下部分通过所述钢球接触；

所述自适应平衡装置上部分连接所述细绳；

所述自适应平衡装置下部分与所述反射镜的支撑件固定连接。

在一些实施例中，所述细绳为钢丝细绳，所述钢丝细绳的直径为0.15mm-1mm。

在一些实施例中，所述细绳通过所述位置调整装置调整成与所述精密平台的平面垂直。

在一些实施例中，所述位置调整装置包括砝码和滑轮；

所述滑轮固定在所述支架上；

所述砝码通过所述细绳支承在所述滑轮上，并随所述滑轮的滑动上下运动。

在一些实施例中，所述滑轮为两个，且所述滑轮相对所述精密平台水平设置在所述支架上。

在一些实施例中，所述位置调整装置还包括水平仪，所述水平仪设置在所述支架上，且与所述滑轮设置在支架的同一水平面上。

本发明的技术效果：本发明公开的单自由度自适应平衡装配机构，利用单自由度自适应平衡装配机构中的自适应平衡装置和位置调整装置的相互作用来对反射镜的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力，从而消除反射镜的支撑件在装配时对反射镜的面形形成影响，提供单一的力，抵消支撑件的重力，并且不引人倾斜的拉力，保证反射镜的镜面面形和在轨一致，有利于提升相机的MTF，从而很好的保证了相机的成像质量。而且还可通过改变支架的体积，来适应不同口径的反射镜的装配，所以适用广泛。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的单自由度自适应平衡装配机构的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的自适应平衡装置的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的单自由度自适应平衡装配机构的细绳与水平方向存在偏角时的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的单自由度自适应平衡装配机构的细绳与竖直方向存在旋转角时的示意图。

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。

参考图1至图2所示，本发明实施例提供了一种单自由度自适应平衡装配机构100，用于对反射镜1的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力。所述单自由度自适应平衡装配机构100包括：精密平台2，自适应平衡装置3，钢丝细绳4，支架5，以及位置调整装置6；

所述反射镜1和所述支架5都设置在所述精密平台2上，并以所述精密平台2为基准调平；

所述自适应平衡装置3，与所述反射镜1的支撑件连接；

所述位置调整装置6，通过所述细绳4设置在所述支架5上，且所述位置调整装置6与所述自适应平衡装置3连接，所述位置调整装置6施加在所述细绳4上的拉力与所述反射镜1的支撑件以及所述自适应平衡装置3的重力之和相等。

在一些实施例中，精密平台2需和大地保持水平，然后以精密平台2为基准，进行反射镜1和支架5的调整。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构100还包括反射镜调平装置7，所述反射镜调平装置7可对所述反射镜1进行调平。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构100还包括支架调平装置8，所述支架调平装置8可对所述支架5进行调平。

在一些实施例中，所述单自由度自适应平衡装配机构100还包括转接板9，所述反射镜1通过所述转接板9与所述自适应平衡装置3相连接。

在一些实施例中，所述自适应平衡装置3包括：

自适应平衡装置上部分31，自适应平衡装置下部分32以及钢球33；

所述自适应平衡装置上部分31和所述自适应平衡装置下部分32通过所述钢球33接触；

所述自适应平衡装置上部分31连接所述细绳4；

所述自适应平衡装置下部分32与所述反射镜1的支撑件固定连接。在设计时考虑了轻量化设计，所述自适应平衡装置3的壁厚为2mm。在一些实施例中，所述自适应平衡装置上部分31的壁厚为2mm。在一些实施例中，所述自适应平衡装置下部分32的壁厚为2mm。可以理解的是，所述自适应平衡装置3的壁厚也可设置的更厚一些，但是为了轻量化设计的考量，将自适应平衡装置上部分31的壁厚设置为2mm不但能使得所述自适应平衡装置3更牢靠，也兼顾了轻量化的优点。

自适应平衡装置3可以始终提供单一的竖直力，如图3所示，当细绳4存在有绕x轴或绕y轴的偏转角θ时，自适应平衡装置3可以自定心，使反射镜1的支撑件保持与大地水平；如图4所示，当细绳4存在有绕z轴的旋转角α时，自适应平衡装置3同样可以实现自定心，保持反射镜1的支撑件与大地水平。即无论细绳4是否发生偏斜或旋转，自适应平衡装置始终能够提供单一竖直力。

在一些实施例中，所述细绳4为钢丝细绳4，所述钢丝细绳4的直径为0.15mm-1mm。所述钢丝细绳4是连接所述支撑件和精确配重的载体，其直径根据可根据所述支撑件的重量选取。

在一些实施例中，所述细绳4通过所述位置调整装置6调整成与所述精密平台2的平面垂直。

在一些实施例中，所述位置调整装置6包括砝码61和滑轮62；

所述滑轮62固定在所述支架5上；

所述砝码61通过所述细绳4支承在所述滑轮62上，并随所述滑轮62的滑动上下运动。所述位置调整装置6可以实现两个自由度的调整以实现钢丝细绳4的竖直对心。所述支架5是整个单自由度自适应平衡装配机构100的支撑，可以选用钢材料焊接完成，可以增强其牢靠性。可以理解的是，所述支架5也可通过螺栓紧固的方式装配而成。

在一些实施例中，所述滑轮62为两个，且所述滑轮62相对所述精密平台2水平设置在所述支架5上。

在一些实施例中，所述位置调整装置6还包括水平仪63，所述水平仪63设置在所述支架5上，且与所述滑轮62设置在支架5的同一水平面上。所述水平仪63用于确定支架的水平位置，并以此为基准进行调整。

本发明实施例提供的单自由度自适应平衡装配机构100的装配装配方法包括如下步骤：

S1，将反射镜1和支架5均安放在精密平台2上；

S2，将所述反射镜1和所述支架5以精密平台2为基准进行调平；

S3，将反射镜1的支撑件与自适应平衡装置3连接；

S4，将所述自适应平衡装置3的上端与钢丝细绳4进行连接，所述钢丝细绳4经过支架5上的滑轮62后与位置调整装置6的砝码61相连接；

S5，通过位置调整机构,将钢丝细绳4调整成为与精密平台2的基准平面垂直。

下面结合具体实施例对本发明的具体方案作进一步详细的说明。

实施例1：

参考图1至图2所示，是本发明一个实施例提供的一种单自由度自适应平衡装配机构100，用于对反射镜1的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力。所述单自由度自适应平衡装配机构100包括：精密平台2，自适应平衡装置3，钢丝细绳4，支架5，位置调整装置6，反射镜调平装置7，支架调平装置8以及转接板9；

所述自适应平衡装置3，与所述反射镜1的支撑件连接；

所述位置调整装置6，通过所述细绳4设置在所述支架5上，且所述位置调整装置6与所述自适应平衡装置3连接，所述位置调整装置6施加在所述细绳4上的拉力与所述反射镜1的支撑件以及所述自适应平衡装置3的重力之和相等；所述反射镜调平装置7可对所述反射镜1进行调平；所述支架调平装置8可对所述支架5进行调平；所述反射镜1通过所述转接板9与所述自适应平衡装置3相连接。

首先调整精密平台2和大地保持水平，然后以精密平台2为基准，进行反射镜1和支架5的调整。

在本实施例中，所述自适应平衡装置3包括：

所述自适应平衡装置上部分31连接所述细绳4；

所述自适应平衡装置下部分32与所述反射镜1的支撑件固定连接。在设计时考虑了轻量化设计，故在本实施例中，所述自适应平衡装置上部分31的壁厚为2mm，所述自适应平衡装置下部分32的壁厚为2mm，如此设计能使得所述自适应平衡装置3更牢靠，也兼顾了轻量化的优点。

在本实施例中，所述细绳4为钢丝细绳4，所述钢丝细绳4的直径为0.15mm-1mm。所述钢丝细绳4通过所述位置调整装置6调整成与所述精密平台2的平面垂直。

在本实施例中，所述位置调整装置6包括砝码61和滑轮62；

所述滑轮62为两个，且所述滑轮62相对所述精密平台2水平设置在所述支架5上。

所述砝码61通过所述细绳4支承在所述滑轮62上，并随所述滑轮62的滑动上下运动。所述位置调整装置6可以实现两个自由度的调整以实现钢丝细绳4的竖直对心。所述支架5是整个单自由度自适应平衡装配机构100的支撑，可以选用钢材料焊接完成，可以增强其牢靠性。

所述位置调整装置6还包括水平仪63，所述水平仪63设置在所述支架5上，且与所述滑轮62设置在支架5的同一水平面上。所述水平仪63用于确定支架的水平位置，并以此为基准进行调整。

S1，将反射镜1和支架5均安放在精密平台2上；

S3，将反射镜1的支撑件与自适应平衡装置3连接；

自适应平衡装置3通过转接板9与反射镜1的支撑件相连接，自适应平衡装置3是由自适应平衡装置上部分31和自适应平衡装置下部分32两部分组成，且两部分不直接接触，中间传递力的途径是通过φ25mm的钢球33实现，自适应平衡装置下部分32连接反射镜1的支撑件，自适应平衡装置上部分31与刚度较大的钢丝细绳4自由连接，钢丝细绳4通过支架5上的位置调整装置6调整成垂直于平台所在平面，在钢丝细绳4的引出端加载精确配重的砝码61，配重的砝码61质量是预先按照支撑件加上自适应平衡装置3的质量精确测量得出。在反射镜1背部支撑粘接装配过程中，可以一直使用该装置。

本发明实施例提供的单自由度自适应平衡装配机构利用单自由度自适应平衡装配机构中的自适应平衡装置和位置调整装置的相互作用来对反射镜的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力，从而消除反射镜的支撑件在装配时对反射镜的面形形成影响。

本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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

1.一种单自由度自适应平衡装配机构，用于对反射镜的支撑件的装配提供单自由度自适应平衡力，其特征在于，所述单自由度自适应平衡装配机构包括：精密平台，自适应平衡装置，细绳，支架，以及位置调整装置；所述反射镜和所述支架都设置在所述精密平台上，并以所述精密平台为基准调平；

所述自适应平衡装置，与所述反射镜的支撑件连接；

2.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，还包括反射镜调平装置，所述反射镜调平装置可对所述反射镜进行调平。

3.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，还包括支架调平装置，所述支架调平装置可对所述支架进行调平。

4.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，还包括转接板，所述反射镜通过所述转接板与所述自适应平衡装置相连接。

5.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，所述自适应平衡装置包括：

自适应平衡装置上部分，自适应平衡装置下部分以及钢球；

所述自适应平衡装置上部分连接所述细绳；

6.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，所述细绳为钢丝细绳，所述钢丝细绳的直径为0.15mm-1mm。

7.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，所述细绳通过所述位置调整装置调整成与所述精密平台的平面垂直。

8.根据权利要求1所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，

所述位置调整装置包括砝码和滑轮；

所述滑轮固定在所述支架上；

9.根据权利要求8所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，所述滑轮为两个，且所述滑轮相对所述精密平台水平设置在所述支架上。

10.根据权利要求8所述的单自由度自适应平衡装配机构，其特征在于，所述位置调整装置还包括水平仪，所述水平仪设置在所述支架上，且与所述滑轮设置在支架的同一水平面上。