CN109120921A - 一种低温真空遥感器焦面调整机构 - Google Patents

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Abstract

一种低温真空遥感器焦面调整机构，包括：焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)等；焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)之间通过锥形弹簧(8)压紧；微精密推进器(6)安装在焦面连接工装(4)上，沿焦面连接工装(4)的周向均匀分布，微精密推进器(6)的顶针立于成像连接工装(5)的限位槽内，通过控制顶针的上下移动，调节焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)之间的距离和夹角；每个微精密推进器(6)周围安装两组精测组件(7)，两组精测组件(7)分别安装在焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)上。本发明可以降低定焦过程中的时间、试验等成本，消除干扰测试结果的影响，实现高精度的焦面配准。

Description

一种低温真空遥感器焦面调整机构
技术领域
本发明属于空间光学遥感器技术领域,涉及一种焦面调整机构。
背景技术
在光学遥感器的装调过程中，探测器焦面能否准确的安装在遥感器的实际焦面位置上直接关系到相机的最终成像质量。如图1，一般的探测器焦面调整方法是用积分球照射靶标到平行光管使其发出平行光入射到成像镜头内，利用三维平移台手动调节探测器焦面与成像镜头之间的距离和夹角，当CCD上呈现清晰的靶标图像后，通过在探测器焦面与成像镜头之间塞入修配好的垫片并拧紧螺钉，固定得到的最佳焦面位置。
该方法原理简单,在常温常压下操作方便,精度较高。但是面对一些需要在低温真空环境下进行焦面定位的遥感器时，由于环境的改变，焦面调整机构和遥感器结构发生相对形变，同时光的传播介质变化引起折射率的变化，在常温常压环境下测试的最佳焦面位置也随之改变。目前只能通过理论计算预估垫片厚度，塞入到探测器焦面和成像镜头之间；由于相机通常由多种材料构成，其结构形变具有不确定性，无法准确预估垫片厚度在低温环境下是否满足要求，需要多次修配垫片使相机在低温真空环境下处于最佳焦面位置，由于每次在常温常压环境下安装垫片后，需要将相机重新放置于真空罐内测试，直到修配后的垫片厚度能使相机焦面定位准确。这种方法中的每一次拆装都面临不确定性，操作风险和难度很大，并且多次修配垫片的过程需要花费大量的时间成本和昂贵的热真空循环费用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有的低温真空焦面调整方法的缺陷，提供一种低温真空遥感器焦面调整机构，充分考虑到低温真空和常温常压环境下的相对变化，采用一种和垫片变化量相近的电动调整结构在真空下进行实时调整焦面位置，可以降低定焦过程中的时间、试验等成本，消除干扰测试结果的影响，实现高精度的焦面配准。
本发明所采用的技术方案是：一种低温真空遥感器焦面调整机构，包括：焦面连接工装、成像连接工装、微精密推进器、精测组件和锥形弹簧；焦面连接工装、成像连接工装之间通过锥形弹簧压紧；微精密推进器安装在焦面连接工装上，沿焦面连接工装的周向均匀分布，微精密推进器的顶针立于成像连接工装的限位槽内，通过控制顶针的上下移动，调节焦面连接工装、成像连接工装之间的距离和夹角；每个微精密推进器周围安装两组精测组件，两组精测组件分别安装在焦面连接工装、成像连接工装上。
所述精测组件包括支撑柱、球形棱镜和保护盖，球形棱镜安装在支撑柱一端，支撑柱另一端安装在焦面连接工装或成像连接工装上；保护盖安装在支撑柱的球形棱镜端，在非工作状态下，保护球形棱镜测试镜面不被损坏；利用激光跟踪仪对球形棱镜测量计算得到焦面连接工装、成像连接工装之间的角度和距离。
所述焦面连接工装根据其上固定的探测器焦面的外形设置相应外形结构和相应接口。
所述成像连接工装根据其固定的成像镜头的外形设置相应外形结构和相应接口。
所述微精密推进器至少有三个。
每个微精密推进器周围至少安装一组锥形弹簧，沿焦面连接工装的周向均匀分布，并根据探测器焦面的重量确定锥形弹簧的安装数量和规格。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的焦面调整机构可以进行探测器焦面的水平或竖直装调；焦面连接工装或成像镜头连接工装可以根据探测器焦面或成像镜头的外形尺寸和接口进行相应的设计，可以灵活的适用于各类遥感器探测器焦面装调；
(2)本发明的焦面调整机构中的微精密推进器和锥形弹簧可根据探测器焦面的质量特性进行相应数量和规格的设置，满足机构工作时的推力和预紧力要求；
(3)本发明的焦面调整机构中精测组件的核心器件为球形棱镜，通过激光跟踪仪测量球形棱镜的三维空间位置坐标，直接获取探测器焦面和成像镜头在不同环境下的相对变化数据；
(4)本发明的焦面调整机构消除了诸多低温真空环境下焦面调整过程中的不确定因素，节省了焦面调整过程中花费的时间和资源成本、为遥感器的快速精准进行焦面调整提供了技术保障，对光学测试和技术领域都有重要的价值。
附图说明
图1是常温常压环境的焦面调整方法；
图2是本发明低温真空焦面调整机构工作安装视图；
图3是本发明低温真空焦面调整机构结构视图；
图4是本发明中的精测组件结构视图。
具体实施方式
本发明是在低温真空环境下的进行焦面调整过程中，通过调整探测器焦面与成像镜头的微量角度，将光路准确的成像在探测器焦面上。下面结合附图和实施案例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示，低温真空焦面调整机构2的上端与探测器焦面1连接，下端与成像镜头3安装并保持固定，通过低温真空焦面调整机构2调节探测器焦面1与成像镜头3的角度和距离，完成低温真空环境下的探测器焦面定焦。
如图3所示，一种低温真空遥感器焦面调整机构2，包括：焦面连接工装4、成像连接工装5、微精密推进器6、精测组件7和锥形弹簧8，焦面连接工装4根据其上固定的探测器焦面1的外形设置相应接口，成像连接工装5根据其固定的成像镜头3的外形设置相应接口；焦面连接工装4、成像连接工装5之间通过锥形弹簧8压紧；微精密推进器6安装在焦面连接工装4上，沿焦面连接工装4的周向均匀分布，至少有三个，微精密推进器6的顶针立于成像连接工装5的限位槽内，通过控制顶针的上下移动，调节焦面连接工装4、成像连接工装5之间的距离和夹角；每个微精密推进器6周围安装两组精测组件7，两组精测组件7分别安装在焦面连接工装4、成像连接工装5上；如图4所示，精测组件7包括支撑柱71、球形棱镜72和保护盖73，球形棱镜72安装在支撑柱71一端，支撑柱71另一端安装在焦面连接工装4或成像连接工装5上，保护盖73安装在支撑柱71的球形棱镜端，在非工作状态下，保护球形棱镜72测试镜面不被损坏，激光跟踪仪通过对精测组件7中的球形棱镜72测量得到焦面连接工装4、成像连接工装5之间的角度和距离；每个微精密推进器6周围至少安装一组锥形弹簧8，沿焦面连接工装4的周向均匀分布，并根据探测器焦面1的重量设计锥形弹簧8的安装数量和规格。
低温真空遥感器焦面调整机构2在测试中的工作过程如下：
首先，在20℃、1.01×105Pa的常温常压环境下进行测试，将低温真空遥感器焦面调整机构2与探测器焦面1和成像镜头3配合安装，在遥感器入光口前放置配套平行光管(可在遥感器内焦面最佳位置呈现靶标清晰图像)，使其发出的平行光入射进入遥感器的入光口内，通过调节微精密推进器6，改变探测器焦面1与成像镜头3之间的距离和夹角，使其走过焦，当在探测器焦面1上呈现出清晰地靶标图像时，停止调节微精密推进器6；通过激光跟踪仪对球形棱镜72进行第一次测量，得到在常温常压环境下，CCD在最佳焦面位置时的探测器焦面1与成像镜头3之间的角度α1和距离L1；
然后，将遥感器放入真空罐中，当其内达到-60℃，1×10-3Pa的低温真空环境并稳定时，开始进行低温真空调焦；使从平行光管发出的平行光穿过真空罐的窗口玻璃入射进入遥感器的入光口，调节微精密推进器6，使其走过焦，当在探测器焦面1上呈现出清晰地靶标图像时，停止调节微精密推进器6；将遥感器移出真空罐，在20℃、1.01×105Pa的常温常压环境下静置，待其结构温度恢复到常温状态后，通过激光跟踪仪对球形棱镜72进行第二次测量，得到在低温真空环境下，CCD在最佳焦面位置时，恢复到常温常压下结构变形后的探测器焦面1与成像镜头3之间的角度α2和距离L2；当在常温常压下探测器焦面1与成像镜头3之间关系为角度α2和距离L2时，认定在低温真空环境时，探测器焦面1在最佳焦面位置；
最后，按照角度α2和距离L2修配探测器焦面1与成像镜头3之间的垫片，拆除低温真空遥感器焦面调整机构2并在探测器焦面1与成像镜头3之间放入修配好的垫片并固定，将遥感器重新放入-60℃，1×10-3Pa的低温真空环境的真空罐中，验证焦面位置。
实施例:
探测器焦面1安装在焦面连接工装4上，成像连接工装5安装在成像镜头3上；3个微精密推进器6安装在焦面连接工装4上，通过3个微精密推进器6的顶针三点支撑于成像连接工装5的限位槽内；3个锥形弹簧8被螺钉压紧在焦面连接工装4上，螺钉穿过焦面连接工装4拧紧在成像连接工装5上，焦面连接工装4与成像连接工装5压紧；微精密推进器6通过控制其三处顶针上下移动，进行探测器焦面1与成像镜头3之间的距离和夹角的调整。
低温真空遥感器焦面调整机构2整体呈圆环形，三维尺寸为φ300mm×200mm。焦面连接工装4按照探测器焦面1外形接口配做，整体为圆形，由2个半圆形组装而成，采用不锈钢1Cr13材料，尺寸为φ300mm×10mm，重0.7kg；
成像连接工装5按照成像镜头3外形接口配做，整体为圆形，由2个半圆形组装而成,采用不锈钢1Cr13材料，尺寸为φ300mm×10mm，重1kg,其上的限位槽表面的粗糙度优于1.6μm；
微精密推进器6用于调整探测器焦面1与成像镜头3之间的距离和俯仰角度，其采用麦克尼斯公司生产的型号为MPA-20的微精密推进器，外形尺寸为φ40mm×180mm为，能够在-184℃-260℃的温度和10e-3Pa真空环境下工作，其顶针最大移动位移为12mm,轴向最大推力为100N。
如图4所示，精测组件7包括支撑柱71、球形棱镜72和保护盖73，外形尺寸为φ20mm×50mm；其中，支撑柱71和保护盖73采用不锈钢1Cr13材料，球形棱镜采用徕卡公司生产的激光跟踪仪用0.5英寸红环球形棱镜简称：RRR，最小精度误差为1.5″。
锥形弹簧8将探测器焦面1压紧在成像镜头3上，并稳定机构运行状态；其采用65Mn(GB/T1222-1984)材料，表面镀防冷焊膜。
本实施例中的低温真空焦面调整机构最大承重25kg；最大轴向调整量为12mm,调节精度为10μm；最大俯仰度调整量为3°,调节精度为11″。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，包括：焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)、微精密推进器(6)、精测组件(7)和锥形弹簧(8)；焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)之间通过锥形弹簧(8)压紧；微精密推进器(6)安装在焦面连接工装(4)上，沿焦面连接工装(4)的周向均匀分布，微精密推进器(6)的顶针立于成像连接工装(5)的限位槽内，通过控制顶针的上下移动，调节焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)之间的距离和夹角；每个微精密推进器(6)周围安装两组精测组件(7)，两组精测组件(7)分别安装在焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，所述精测组件(7)包括支撑柱(71)、球形棱镜(72)和保护盖(73)，球形棱镜(72)安装在支撑柱(71)一端，支撑柱(71)另一端安装在焦面连接工装(4)或成像连接工装(5)上；保护盖(73)安装在支撑柱(71)的球形棱镜端，在非工作状态下，保护球形棱镜(72)测试镜面不被损坏；利用激光跟踪仪对球形棱镜(72)测量计算得到焦面连接工装(4)、成像连接工装(5)之间的角度和距离。
3.根据权利要求1或2所述的一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，所述焦面连接工装(4)根据其上固定的探测器焦面(1)的外形设置相应外形结构和相应接口。
4.根据权利要求3所述的一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，所述成像连接工装(5)根据其固定的成像镜头(3)的外形设置相应外形结构和相应接口。
5.根据权利要求1或2所述的一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，所述微精密推进器(6)至少有三个。
6.根据权利要求1或2所述的一种低温真空遥感器焦面调整机构，其特征在于，每个微精密推进器(6)周围至少安装一组锥形弹簧(8)，沿焦面连接工装(4)的周向均匀分布，并根据探测器焦面(1)的重量确定锥形弹簧(8)的安装数量和规格。
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