CN108286639B - 一种同轴光学双相机拼接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴光学双相机拼接结构，该方案使用螺钉机械连接的方式，将两台高分辨率相机主支撑结构固连到一起，保证了两台相机光轴的夹角，实现了两台相机的拼接。再通过支撑结构，将双相机组合体固定到卫星平台上，解决了相机与卫星平台力热耦合问题，双相机内部连接部位设有复位销，并采用配制销钉方式在结构装配初期保证相机间的相对位置关系。本发明与现有技术相比，重量轻、刚度好、装配方便、双相机之间夹角精度及稳定性高、在轨几何稳定性好，用较小的代价实现大幅宽的功能，在实现航天遥感相机高分辨率及宽覆盖方面具有重要意义。

Description

一种同轴光学双相机拼接结构

技术领域

本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种同轴光学双相机拼接结构，特别是一种双相机力热一体化构型。

背景技术

随着航天光学遥感技术的发展，相机逐渐朝着高分辨率和宽覆盖方向发展，但对于同一台航天光学遥感相机来说，分辨率与幅宽是难以兼顾的两个技术指标。为实现大幅宽，现代高分辨率相机往往采用多相机拼接的布局方式。

目前最常采用的方式是多台相机各自完成研制后，装配到卫星平台上，依靠安装平板的孔位公差和外形保证各相机之间的方位关系，通常在装星时会设置精测和调整环节，以便对相机间的位置进行调整。卫星需通过使用配制、钻模等手段来确保相机的安装位置。通常导致安装环节复杂且精度难于保证，在轨由于卫星平台的热变形，导致相机位置变化量大等缺点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种同轴光学双相机拼接结构，解决了相机与卫星平台力热耦合问题，保证了相机间夹角精度高、在轨几何稳定性好、定位精度高。

本发明的技术解决方案是：

一种同轴光学双相机拼接结构，包括：相机连接板、主承力结构、支撑结构；

相机连接板为平板，一面有连接待拼接光学相机A的螺纹孔，另一面有连接待拼接光学相机B的螺纹孔，两面螺纹孔的位置满足装配角度理论值；

主承力结构为平板，主承力结构上用于连接支撑结构的平面为第一平面，连接待拼接光学相机的平面为第二平面，主承力结构一边的端部有与第一平面垂直的突出薄板，薄板表面布有通孔；

支撑结构为桁架结构，支撑结构的一端固定在主承力结构的第一平面上，另一端和卫星平台连接；

待拼接光学相机A和待拼接光学相机B分别固定在两个主承力结构的第二平面上，两个主承力结构通过相机连接板上的螺纹孔与相机连接板连接，主承力结构的第一平面通过支撑结构固定在卫星平台上。

所述支撑结构包括：双铰板、销轴、支撑杆、单铰板、底板；

所述双铰板为一平板，平板与表面对应的另一面有三个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴连接的销孔；

所述销轴为空心圆柱结构，用于支撑杆和单铰板铰接以及支撑杆和双铰板铰接；

所述支撑杆为阻尼杆，两端有销孔；

所述单铰板为平板结构，平板表面的凸台开有销孔；

双铰板固定在主承力结构上，每个双铰板通过销轴与两个支撑杆的一端固定，两个支撑杆的另一端使用销轴与单铰板固定。

所述两个支撑结构为一组支撑脚，两个支撑结构按设计位置排列；

所述单铰板平板的凸台为两个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴连接的销孔。

所述支撑结构的设计位置具体为：每个支撑结构上的两个支撑杆之间的角度为角度设计值，且两个支撑结构上的支撑杆的投影互相垂直。

所述每个支撑结构上的两个支撑杆之间的角度设计值范围为30°～60°。

所述安装有相机A和相机B的两个主承力结构的第一平面安装有三组支撑脚，三组支撑脚的安装点为等腰三角，顶角为90°。

所述相机连接板两面螺纹孔的装配角度理论值具体为：相机连接板每个端面有2个螺纹孔，用于连接待拼接光学相机A的端面的两个螺纹孔轴线的连线与用于连接待拼接光学相机B的端面的两个螺纹孔轴线的连线的夹角等于待拼接光学相机A光轴和光学相机B光轴的拼接角度。

所述相机连接板两面还分别有2个有用于定位待拼接光学相机A和待拼接光学相机B的销孔，且用于定位待拼接光学相机A的销孔与用于定位待拼接光学相机B的销孔的轴线夹角等于待拼接光学相机A光轴和待拼接光学相机B光轴的拼接角度。

所述主承力结构和相机连接板的材料为钛合金。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明相机构型采用相机连接板实现两相机的拼接，并利用公共的支撑结构与卫星平台连接，构型结构重量轻，能节省可观的卫星资源，并能尽可能的增加幅宽；

2)本发明通过螺钉连接方法实现双相机拼接构型并配制销钉进行定位，相机之间的夹角精度高，相机入轨后几何稳定性好，相机之间的夹角变化小；

3)本发明相机拼接构型通过相机连接板保证，不需要在与卫星装配时再进行角度调整，装配方便，反复拆装复位也不影响相机之间的角度。

4)本发明相机构型直接为星敏感器提供装配接口，并进行一体化热设计，通过具有热应力卸载的支撑结构与卫星连接，使得星敏感器在轨指向精度高，相机可有很高的定位精度；

5)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为本发明的示意图；

图2为本发明双相机拼接夹角示意图；

图3为本发明相机连接块示意图；

图4为本发明技术流程图；

图5为本发明支撑结构安装示意图；

图6为本发明支撑结构示意图；

图7为本发明三维示意图。

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所示，一种同轴光学双相机拼接结构，包括：相机连接板3、圆柱销4、主承力结构5、支撑结构6；

相机A1和相机B2通过各自主承力结构5分别用螺钉连接到相机连接板3上，并通过圆柱销4进行定位，最后双相机组合完毕后与支撑结构6相连。相机A1和相机B2光轴之间呈一定的角度，如图2所示，该角度在结构装配初期进行测量，并实时调整。在调整到位后，配制圆柱销4，后续两台相机各自进行镜头装调、定焦等工作，并最终通过圆柱销4复位。

相机A1与相机B2型式为三反同轴光学系统，相机各部组件均安装在承力板式的主承力结构5上，主承力结构5的一侧设有两处用于螺钉连接的通孔，数量为8-Φ9。

连接板上设有用于连接相机A1与相机B2的螺纹孔，连接相机A1的孔与连接相机B2的孔呈一定角度，该夹角即是相机A1和相机B2光轴之间的角度，如图3所示，螺纹孔数量为16-M8。。

相机A1与相机B2和连接板3上设有用于双相机光轴夹角确定后配制安装圆柱销4的销孔，数量为4-Φ5，圆柱销4为标准销钉，公差等级为m6，销钉与销孔采用间隙配合，单边配合间隙0.002mm―0.005mm。

相机A1和相机B2与连接板3装配前，三者均事先进行消应力处理，使其尺寸稳定性满足要求。装配过程中，可使用三坐标测量的方式测定两个主支撑结构5之间的角度，当角度超过设计允许范围时，进行实时调整和重新装配，必要时可进行结构修配，直至角度满足要求；当角度值在设计允许范围时，配制相机A1和相机B2与连接板3之间的销孔，并装配圆柱销4，最后复测该角度，满足指标要求，则相机A1和相机B2与连接板3分解，各自进行单相机装配，若不满足指标要求，相机A1和相机B2与连接板3重新装配。最后相机A1和相机B2完成单机装配组成双相机组合体时，依靠定位的圆柱销4即可进行复位。流程如图4所示。

双相机组合后，通过支撑结构6完成与卫星平台的连接，支撑结构5为三组布置，支撑点1和支撑点2连线与支撑点1和支撑点3连线之间的夹角为90°，如图5所示。

支撑结构6每个支撑点只约束两个自由度，支撑点1仅约束X1和Z1两方向平动，支撑点2仅约束Y2和Z2两方向平动，支撑点3仅约束X3和Z3两方向平动，如图5所示。

支撑结构6与相机A1和相机B2连接时，支撑结构6上布置通孔，数量24-Φ6，相机A1和相机B2的主承力结构5上布置螺纹孔，数量24-M6。

相机A1和相机B2分别与各自主承力结构5相连，通过相机连接板3将两个相机的主承力结构5连接，通过支撑结构6与卫星平台相连，如图7所示。

支撑结构6如图6所示，其设有频率特性和阻尼特性可调的环节，通过调整支撑杆63的频率特性，避免与其他结构发生频率共振，通过调整支撑结构63的阻尼特性，降低力学试验时相机各部组件的响应。同时三组支撑结构6对双相机组合体实现了静定支撑，避免了与卫星平台装配时由于平台不共面产生的装配应力传递到相机，影响相机精度，同时在温度变化及热载荷作用时，避免了由于卫星平台与相机因材料热不匹配而产生的热应力，起到热卸载作用。

相机A1和相机B2的主承力结构5设有星敏感器的安装接口，并与相机进行一体化热控设计，保证了温度变化时，各星敏感器之间的夹角、双相机组合体与各星敏感器之间的夹角变化在允许公差范围内，具有较高稳定度，保证了星敏感器在轨的指向精度。

一种同轴光学双相机拼接结构，包括：相机连接板3、主承力结构5、支撑结构6；

相机连接板3为平板，一面有连接待拼接光学相机A1的螺纹孔，另一面有连接待拼接光学相机B2的螺纹孔，两面螺纹孔的位置满足装配角度理论值；

主承力结构5为平板，主承力结构5上用于连接支撑结构6的平面为第一平面，连接待拼接光学相机的平面为第二平面，主承力结构5一边的端部有与第一平面垂直的突出薄板，薄板表面布有通孔；

支撑结构6为桁架结构，支撑结构6的一端固定在主承力结构5的第一平面上，另一端和卫星平台连接；

待拼接光学相机A1和待拼接光学相机B2分别固定在两个主承力结构5的第二平面上，两个主承力结构5通过相机连接板3上的螺纹孔与相机连接板3连接，主承力结构5的第一平面通过支撑结构6固定在卫星平台上。

所述支撑结构6包括：双铰板61、销轴62、支撑杆63、单铰板64、底板65；

所述双铰板61为一平板，平板与表面对应的另一面有三个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴62连接的销孔；

所述销轴62为空心圆柱结构，用于支撑杆63和单铰板64铰接以及支撑杆63和双铰板61铰接；

所述支撑杆63为阻尼杆，两端有销孔；

所述单铰板64为平板结构，平板表面的凸台开有销孔；

双铰板61固定在主承力结构5上，每个双铰板61通过销轴62与两个支撑杆63的一端固定，两个支撑杆63的另一端使用销轴62与单铰板64固定。

所述两个支撑结构6为一组支撑脚，两个支撑结构6按设计位置排列。

所述单铰板64平板的凸台为两个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴62连接的销孔。

所述支撑结构6的设计位置具体为：每个支撑结构6上的两个支撑杆63之间的角度为角度设计值，且两个支撑结构6上的支撑杆63的投影互相垂直。

所述每个支撑结构6上的两个支撑杆63之间的角度设计值范围为30°～60°。

所述安装有相机A1和相机B2的两个主承力结构5的第一平面安装有三组支撑脚，三组支撑脚的安装点为等腰三角，顶角为90°。

所述相机连接板3两面螺纹孔的装配角度理论值具体为：相机连接板3每个端面有2个螺纹孔，用于连接待拼接光学相机A1的端面的两个螺纹孔轴线的连线与用于连接待拼接光学相机B2的端面的两个螺纹孔轴线的连线的夹角等于待拼接光学相机A1光轴和光学相机B2光轴的拼接角度。

所述相机连接板3两面还分别有2个有用于定位待拼接光学相机A1和待拼接光学相机B2的销孔，且用于定位待拼接光学相机A1的销孔与用于定位待拼接光学相机B2的销孔的轴线夹角等于待拼接光学相机A1光轴和待拼接光学相机B2光轴的拼接角度。

一种使用上述一种同轴光学双相机拼接结构实施双相机拼接的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)将两块主承力结构5分别使用螺钉固定在相机连接板3不同的端面上，检测两块主承力结构5第二平面之间的夹角，调整该夹角使其满足设计指标，在待拼接相机A1和待拼接相机B2的主承力结构5间打定位销孔4；

2)拆除相机连接板3不同的端面上的两个主承力结构5，两个主承力结构5分别安装固定待拼接相机A1和待拼接相机B2，待拼接相机A1和待拼接相机B2独立完成装调，定焦工作；

3)将安装有完成装调，定焦工作的待拼接相机A1和待拼接相机B2的主承力结构5，通过定位销4与相机连接板3安装复位；

4)检测相机A1光轴和相机B2光轴之间的夹角，若夹角不满足设计指标，则调整相机A1和相机B2相互位置关系，直至满足设计指标，并重新配制定位销4；

5)通过螺钉将支撑结构6的上铰板61固定在主承力结构5上；两个支撑结构6为一组支撑脚，两个主承力结构5共安装有3组支撑脚，3组支撑脚在主承力结构5上的安装点为等腰三角形，顶角为90°；

6)支撑结构6的另一端固定在卫星平台上，完成同轴光学双相机拼接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种同轴光学双相机拼接结构，其特征在于，包括：相机连接板(3)、圆柱销(4)、主承力结构(5)、支撑结构(6)；

相机连接板(3)为平板，一面有连接待拼接光学相机A(1)的螺纹孔，另一面有连接待拼接光学相机B(2)的螺纹孔，两面螺纹孔的位置满足装配角度理论值；

主承力结构(5)为平板，主承力结构(5)上用于连接支撑结构(6)的平面为第一平面，连接待拼接光学相机的平面为第二平面，主承力结构(5)一边的端部有与第一平面垂直的突出薄板，薄板表面布有通孔；

支撑结构(6)为桁架结构，支撑结构(6)的一端固定在主承力结构(5)的第一平面上，另一端和卫星平台连接；

待拼接光学相机A(1)和待拼接光学相机B(2)分别固定在两个主承力结构(5)的第二平面上，两个主承力结构(5)通过相机连接板(3)上的螺纹孔与相机连接板(3)连接，主承力结构(5)的第一平面通过支撑结构(6)固定在卫星平台上；

相机A(1)和相机B(2)通过各自主承力结构(5)分别用螺钉连接到相机连接板(3)上，并通过圆柱销(4)进行定位，最后双相机各自组合完毕后与支撑结构(6)相连；相机A(1)和相机B(2)光轴之间呈一定的角度，所述一定的角度在结构装配初期进行测量，并实时调整；在调整到位后，配制圆柱销(4)，后续两台相机各自进行镜头装调、定焦等工作，并最终通过圆柱销(4)复位；

所述支撑结构(6)包括：双铰板(61)、销轴(62)、支撑杆(63)、单铰板(64)、底板(65)；

所述双铰板(61)为一平板，平板与表面对应的另一面有三个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴(62)连接的销孔；

所述销轴(62)为空心圆柱结构，用于支撑杆(63)和单铰板(64)铰接以及支撑杆(63)和双铰板(61)铰接；

所述支撑杆(63)为阻尼杆，两端有销孔；

所述单铰板(64)为平板结构，平板表面的凸台开有销孔；

双铰板(61)固定在主承力结构(5)上，每个双铰板(61)通过销轴(62)与两个支撑杆(63)的一端固定，两个支撑杆(63)的另一端使用销轴(62)与单铰板(64)固定；

所述两个支撑结构(6)为一组支撑脚，两个支撑结构(6)按设计位置排列；

所述单铰板(64)平板的凸台为两个并排的三角形板，三角形板在相同位置开有用于和销轴(62)连接的销孔；

所述支撑结构(6)的设计位置具体为：每个支撑结构(6)上的两个支撑杆(63)之间的角度为角度设计值，且两个支撑结构(6)上的支撑杆(63)的投影互相垂直；

所述每个支撑结构(6)上的两个支撑杆(63)之间的角度设计值范围为30°～60°；

所述相机连接板(3)两面螺纹孔的装配角度理论值具体为：相机连接板(3)每个端面有2个螺纹孔，用于连接待拼接光学相机A(1)的端面的两个螺纹孔轴线的连线与用于连接待拼接光学相机B(2)的端面的两个螺纹孔轴线的连线的夹角等于待拼接光学相机A(1)光轴和光学相机B(2)光轴的拼接角度；

所述相机连接板(3)两面还分别有2个有用于定位待拼接光学相机A(1)和待拼接光学相机B(2)的销孔，且用于定位待拼接光学相机A(1)的销孔与用于定位待拼接光学相机B(2)的销孔的轴线夹角等于待拼接光学相机A(1)光轴和待拼接光学相机B(2)光轴的拼接角度。

2.根据权利要求1所述的一种同轴光学双相机拼接结构，其特征在于：安装有相机A(1)和相机B(2)的两个主承力结构(5)的第一平面安装有三组支撑脚，三组支撑脚的安装点为等腰三角，顶角为90°。

3.根据权利要求1～2之一所述的一种同轴光学双相机拼接结构，其特征在于：所述主承力结构(5)和相机连接板(3)的材料为钛合金。

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