CN109682396A - 一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统及装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及星敏感器的光机装调和测量技术领域，具体地说公开了一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，包括第一平台以及设置在第一平台左侧的第二平台，第一平台与上述第二平台的顶端分别固定安装有夹持台与套筒，还包括：两个自准直仪，两个自准直仪分别穿设在夹持台与套筒内；工装，固定安装在上述第一平台的顶端；产品机壳，固定安装在上述工装的顶面；六维调整架，固定安装在工装的顶端，且六维调整架的一端安装有基准棱镜。本发明通过增设六维调整架和双自准直仪，提高了棱镜安装时的校准效率和精度。

Description

一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统及装调方法

技术领域

本发明涉及光机装调和测量技术领域，具体为一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统及装调方法。

背景技术

星敏感器多用于航天器的姿态测量。其一般定义三个坐标系，分别是测量坐标系、机械坐标系和棱镜坐标系。在实际应用中，为了将星敏感器输出的姿态信息转换至航天器的坐标系下，首先需要建立测量坐标系和棱镜坐标系的转换关系；然后在航天器装配过程中，对星敏感器进行精测，即建立航天器坐标系与棱镜坐标系的转换关系；最终得到星敏感器测量坐标系和航天器坐标系的转换矩阵。

一般情况下，星敏感器棱镜安装一般采用辅助工装固定、提高配合面加工精度、修研结构零件等方式，在修研校准阶段，由于无法做到一次成功，需要边打磨边测量，因人工打磨无法精确控制研磨量，需要反复研磨测量。因此传统的棱镜装调方式存在安装精度、安装效率低下的情况，存在改进的必要性和优化空间。

发明内容

本发明提供一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统及装调方法，克服现有安装精度、安装效率低下的问题。

为了上述问题，本发明提供了一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，包括第一平台以及设置在所述第一平台左侧的第二平台，所述第一平台与所述第二平台的顶端分别固定安装有夹持台与套筒，还包括：

两个自准直仪，两个上述自准直仪分别穿设在上述夹持台与上述套筒内，且位于上述夹持台内的上述自准直仪呈竖直状态，位于上述套筒内的上述自准直仪为水平状态，用于确定机械坐标系的X轴和Z轴，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；

工装，固定安装在上述第一平台的顶端；

产品机壳，固定安装在上述工装的顶面；

六维调整架，固定安装在上述工装的顶端，且上述六维调整架的一端安装有基准棱镜，上述六维调整架能够对基准棱镜进行六个维度的调节。

进一步的，上述六维调整架具有调整架支撑座、X向高精度平移滑台、Y向高精度平移滑台和Z向高精度平移滑台，上述X向高精度平移滑台、上述Y向高精度平移滑台、上述Z向高精度平移滑台可分别在机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴上来回移动；

上述调整架支撑座固定安装在上述工装顶端的一侧，上述X向高精度平移滑台固定安装在上述调整架支撑座的顶端，上述Y向高精度平移滑台固定安装在上述X向高精度平移滑台的顶端，上述Z向高精度平移滑台固定安装在上述Y向高精度平移滑台顶端的一侧。

进一步的，上述X向高精度平移滑台与Y向高精度平移滑台的行程范围为±10mm，Z向高精度平移滑台的行程范围为±20mm。

进一步的，上述六维调整架还具有绕X向高精度弧摆滑台、绕Y向高精度弧摆滑台和绕Z向高精度弧摆滑台，上述绕X向高精度弧摆滑台、上述绕Y向高精度弧摆滑台、上述绕Z向高精度弧摆滑台可分别绕机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴转动；

上述绕X向高精度弧摆滑台的一端固定安装在上述Z向高精度平移滑台一侧面的底部，上述绕Z向高精度弧摆滑台的一端固定安装在上述绕X向高精度弧摆滑台的一端，上述绕Y向高精度弧摆滑台固定安装在上述绕Y向高精度弧摆滑台的一端。

进一步的，上述绕X向高精度弧摆滑台与上述绕Y向高精度弧摆滑台角度移动量范围为±4°，上述绕Z向高精度弧摆滑台角度移动量范围为±7°。

进一步的，上述绕X向高精度弧摆滑台、上述绕Y向高精度弧摆滑台与上述绕Z向高精度弧摆滑台的轴线汇于空间一点，且该点位于基准棱镜的上表面。

进一步的，上述绕Y向高精度弧摆滑台的另一端固定安装有端部Y向高精度平移滑台，上述端部Y向高精度平移滑台的前端固定安装有夹持端，上述夹持端上设置有夹紧旋钮，且上述基准棱镜位于上述夹持端的内部，通过调节夹紧旋钮，端部平移滑台的活动端移动并带动夹持端对基准棱镜进行夹持固定。

进一步的，上述工装用K9玻璃加工而成，上述工装的上表面和左表面为镜面，且其平面度在20nm以上，上述工装的左表面与上表面垂直度在0.01mm以上。

同时，本发明还提供了一种星敏感器的基准棱镜高效装调方法，包括下列步骤，

首先，将工装固定在第一平台上，将六维调整架安装在工装合适位置，随后在该六维调整架夹持端上安装好待安装的基准棱镜。

进一步地，上述工装上有定位销孔，产品机壳通过销钉固定在上述工装上。

然后，利用六维调整架对基准棱镜进行六个维度的调节，并将基准棱镜移动到产品机壳的待安装区域正上方附近。

进一步地，在产品机壳装基准棱镜位置均匀涂抹环氧胶HY914。分别调整两个自准直仪，使位于水平方向的自准直仪和处于竖直状态的自准直仪光线分别同时打在工装和基准棱镜4的左表面以及上表面，继续调整自准直仪，使自准直仪水平光轴与工装表面垂直，竖直光轴与工装上表面垂直，从而建立起机械坐标系的X轴和Z轴，随后固定自准直仪位置。

再后，通过六维调整架调整基准棱镜缓慢向下移动，同时不断调整基准棱镜的其他五个位置，直到自准直仪成像与基准位置重合。

最后，进行基准棱镜与产品机壳的固封。

静置保持一定时间待环氧胶HY914完全凝固后，松开夹持基准棱镜的夹持端，并旋转Z向平移旋钮，移开六维调整架，即可实现基准棱镜的安装。

本发明所提供的一种一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统及装调方法，设计了专用的六维调整架，通过调整架实现棱镜位置六维调整，结合双向自准直仪，实现同步进行棱镜位置调整和坐标系测量，提高了星敏感器棱镜坐标系和机械坐标系的校准效率和精度，弥补了传统的星敏感器棱镜坐标系和机械坐标系校准时效率低，精度低的缺陷。因此具备以下有益效果：

(1)通过增加基准棱镜装调专用六维调整架，可对基准棱镜六个方向的位置进行相互独立、互不干扰的调整，提高调整效率。

(2)通过设置绕X向高精度弧摆滑台、绕Y向高精度弧摆滑台与绕Z向高精度弧摆滑台的轴线汇于空间一点，且该点位于基准棱镜的上表面，保证调整基准棱镜三维平动位置时，三维转动不再变化，提高调整精度和效率。

(3)通过设置两个自准直仪，外化产品的机械坐标系，安装基准棱镜时可随时对比基准棱镜坐标系与机械坐标系的偏差，实现测量和调整的同步进行，校准精度和效率大大提高。

附图说明

图1为本发明一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统的结构示意图。

图2为本发明中六维调整架的结构示意图。

图3为具体实施时产品机壳与工装固定的结构示意图。

附图中标记说明如下

图中：1：第一大理石平台；2：工装；3：产品机壳；4：基准棱镜；5：六维调整架；6：双向自准直仪；7自准直夹持台；8：套筒；9：第二大理石平台；10：Y向高精度平移滑台；11：X向高精度平移滑台；12：Z向高精度平移滑台；13：绕X向高精度弧摆滑台；14：绕Z向高精度弧摆滑台；15：绕Y向高精度弧摆滑台；16：端部Y向高精度平移滑台；17：Y向平移旋钮；18：X向平移旋钮；19：Z向平移旋钮；20：X向转动旋钮；21：Z向转动旋钮；22：Y向转动旋钮；23：夹紧旋钮；24：夹持端；25：调整架支撑座；26：销钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示是本发明所提供的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统的结构示意图。该系统包括第一大理石平台1以及设置在第一大理石平台1左侧的第二大理石平台9，第一大理石平台1与第二大理石平台9的顶端分别固定安装有夹持台7与套筒8，还包括：

两个自准直仪6，两个自准直仪6分别穿设在夹持台7与套筒8内，且位于夹持台7内的自准直仪6呈竖直状态，位于套筒8内的自准直仪6为水平状态，用于确定机械坐标系的X轴和Z轴，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；

工装2，固定安装在第一大理石平台1的顶端，工装2用K9玻璃加工而成，工装2的上表面和左表面为镜面，且其平面度在20nm以上，工装2的左表面与上表面垂直度在0.01mm以上，具体的，在工装2上设计多排销钉孔，通过销钉26与不同位置销钉孔的配合，可用于不同规格产品机壳的固定。当然，在工装2上还可设计多排通孔和螺栓孔，用于与第一大理石平台1和调整架支撑座25固定安装；

产品机壳3，固定安装在工装2的顶面；

六维调整架5，固定安装在工装2的顶端，且六维调整架5的一端安装有基准棱镜4，六维调整架5能够对基准棱镜4进行六个维度的调节；

进一步地，请参考图2，是上述六维调整架的结构示意图。该六维调整架5具有调整架支撑座25、X向高精度平移滑台11、Y向高精度平移滑台10和Z向高精度平移滑台12，X向高精度平移滑台11、Y向高精度平移滑台10、Z向高精度平移滑台12可分别在机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴上来回移动，用于控制基准棱镜4在X轴、Y轴、Z轴三个方向的平移运动；

调整架支撑座25固定安装在工装2顶端的一侧，X向高精度平移滑台11固定安装在调整架支撑座25的顶端，Y向高精度平移滑台10固定安装在X向高精度平移滑台11的顶端，Z向高精度平移滑台10固定安装在Y向高精度平移滑台10顶端的一侧，X向高精度平移滑台11与Y向高精度平移滑台10的行程范围为±10mm，Z向高精度平移滑台12的行程范围为±20mm，这样可以方便基准棱镜4点胶固封后移开调整架，当然，调整架支撑座25、X向高精度平移滑台11、Y向高精度平移滑台10、Z向高精度平移滑台12中的两者之间连接时，可采用螺栓与螺纹孔相互配合的连接方式，便于拆装，当然，X向高精度平移滑台11、Y向高精度平移滑台10和Z向高精度平移滑台12上还可以分别设置X向平移旋钮18、Y向平移旋钮17和Z向平移旋钮19；

六维调整架5还具有绕X向高精度弧摆滑台13、绕Y向高精度弧摆滑台15和绕Z向高精度弧摆滑台14，绕X向高精度弧摆滑台13、绕Y向高精度弧摆滑台15、绕Z向高精度弧摆滑台14可分别绕机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴转动，用于控制基准棱镜4在X轴、Y轴、Z轴三个方向的转动；

绕X向高精度弧摆滑台13的一端固定安装在Z向高精度平移滑台12一侧面的底部，绕Z向高精度弧摆滑台14的一端固定安装在绕X向高精度弧摆滑台13的一端，绕Y向高精度弧摆滑台15固定安装在绕Y向高精度弧摆滑台15的一端，当然，绕X向高精度弧摆滑台13、绕Y向高精度弧摆滑台15和绕Z向高精度弧摆滑台14中的两者之间连接时，可采用螺栓与螺纹孔相互配合的连接方式，便于拆装，进而使得整个六维调整架5的拆装维修更加方便，绕X向高精度弧摆滑台13与绕Y向高精度弧摆滑台15角度移动量范围为±4°，绕Z向高精度弧摆滑台14角度移动量范围为±7°，具体的，通过在角度计上带锁，可锁定调好的角度，当然，在绕X向高精度弧摆滑台13、绕Y向高精度弧摆滑台15和绕Z向高精度弧摆滑台14上还可分别设置X向转动旋钮20、Y向转动旋钮22和Z向转动旋钮21；

绕X向高精度弧摆滑台13、绕Y向高精度弧摆滑台15与绕Z向高精度弧摆滑台14的轴线汇于空间一点，且该点位于基准棱镜4的上表面，设计时，保证绕XYZ转动的三段弧摆轴线汇于空间一点，该点位于安装棱镜上表面上。从而实现棱镜位置平移后角度不再发生变化，进而而保证装调精度和效率；

绕Y向高精度弧摆滑台15的另一端固定安装有端部Y向高精度平移滑台16，端部Y向高精度平移滑台16的前端固定安装有夹持端24，夹持端24上设置有夹紧旋钮23，且基准棱镜4位于夹持端24的内部，通过调节夹紧旋钮23，端部平移滑台16的活动端移动并带动夹持端24对基准棱镜4进行夹持固定，夹持装置采用手动控制，而非气动控制，考虑到基准棱镜4安装的高精度要求，多次试验发现气动夹持会出现气源不稳导致较大安装误差，采用的手动夹持装置通过端部Y向高精度平移滑台16控制基准棱镜4的夹持和夹紧力，更加方便快捷，还可以在夹持端24与基准棱镜4的接触面上有保护涂层，避免擦磨棱镜。在夹持端24上方还可以设计限位凸台，用于保证基准棱镜4的上表面位置，有效对基准棱镜4进行固定。

两个自准直仪6能够形成机械坐标系的X轴与Z轴，而机械坐标系的Y轴由右手法则确定，当沿机械坐标系X轴来回拉动X向平移旋钮18时，可以通过X向高精度平移滑台11的移动，在X轴方向调节基准棱镜4的位置，同理，分别沿机械坐标系Y轴方向、Z轴方向来回拉动Y向平移旋钮17、Z向平移旋钮19，可在Y轴方向、Z轴方向调节基准棱镜4的位置，当沿机械坐标系的X轴为轴线转动X向转动旋钮，可以通过绕X向高精度弧摆滑台14的转动，对基准棱镜4进行位置调节，同理，分别沿机械坐标系Y轴、Z轴为轴线转动Y向转动旋钮22和Z向转动旋钮21，可以进一步对基准棱镜4的位置进行两个维度的调节，进而达到对基准棱镜4进行六维调节的目的。

请参考图3，是工程实施时产品机壳与工装固定的结构示意图。使用时先将工装2固定在第一大理石平台1上。工装2上有定位销孔，产品机壳3通过销钉26固定在工装2上。将六维调整架5安装在工装2合适位置。随后在六维调整架5夹持端24上安装好待安装的基准棱镜4，利用六维调整架5对基准棱镜4进行六个维度的调节，并将基准棱镜4移动到产品机壳3的待安装区域正上方附近。在产品机壳3装基准棱镜4位置均匀涂抹环氧胶HY914。分别调整两个自准直仪6，使位于水平方向的自准直仪6和处于竖直状态的自准直仪6光线分别同时打在工装2和基准棱镜4的左表面以及上表面，继续调整自准直仪6，使自准直仪6水平光轴与工装2左表面垂直，竖直光轴与工装2上表面垂直，从而建立起机械坐标系的X轴和Z轴，随后固定自准直仪6位置。紧接着，通过六维调整架5调整基准棱镜4缓慢向下移动，同时不断调整基准棱镜4的其他五个位置，并用自准直仪6随时观察待安装棱镜4左表面和上表面的反射像。这样，一边调节基准棱镜4位置，一边观察自准直仪6成像，直到自准直仪6成像与基准位置重合，然后进行基准棱镜4与产品机壳3的固封。静置保持一定时间待环氧胶HY914完全凝固后，松开夹持基准棱镜4的夹持端24，并旋转Z向平移旋钮19，移开六维调整架5，即可实现基准棱镜4的安装。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，包括第一平台以及设置在所述第一平台左侧的第二平台，所述第一平台与所述第二平台的顶端分别固定安装有夹持台与套筒，其特征在于，还包括,

两个自准直仪，两个所述自准直仪分别穿设在所述夹持台与所述套筒内，且位于所述夹持台内的所述自准直仪呈竖直状态，位于所述套筒内的所述自准直仪为水平状态，用于确定机械坐标系的X轴和Z轴，机械坐标系的Y轴由右手法则确定；

工装，固定安装在所述第一平台的顶端；

产品机壳，固定安装在所述工装的顶面；

六维调整架，固定安装在所述工装的顶端，且所述六维调整架的一端安装有基准棱镜，所述六维调整架能够对基准棱镜进行六个维度的调节。

2.如权利要求1所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于,所述六维调整架具有调整架支撑座、X向高精度平移滑台、Y向高精度平移滑台和Z向高精度平移滑台，所述X向高精度平移滑台、所述Y向高精度平移滑台、所述Z向高精度平移滑台可分别在机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴上来回移动；

所述调整架支撑座固定安装在所述工装顶端的一侧，所述X向高精度平移滑台固定安装在所述调整架支撑座的顶端，所述Y向高精度平移滑台固定安装在所述X向高精度平移滑台的顶端，所述Z向高精度平移滑台固定安装在所述Y向高精度平移滑台顶端的一侧。

3.如权利要求2所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：所述X向高精度平移滑台与Y向高精度平移滑台的行程范围为±10mm，Z向高精度平移滑台的行程范围为±20mm。

4.如权利要求1所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：

所述六维调整架还具有绕X向高精度弧摆滑台、绕Y向高精度弧摆滑台和绕Z向高精度弧摆滑台，所述绕X向高精度弧摆滑台、所述绕Y向高精度弧摆滑台、所述绕Z向高精度弧摆滑台可分别绕机械坐标系的X轴、Y轴、Z轴转动；

所述绕X向高精度弧摆滑台的一端固定安装在所述Z向高精度平移滑台一侧面的底部，所述绕Z向高精度弧摆滑台的一端固定安装在所述绕X向高精度弧摆滑台的一端，所述绕Y向高精度弧摆滑台固定安装在所述绕Y向高精度弧摆滑台的一端。

5.如权利要求4所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：

所述绕X向高精度弧摆滑台与所述绕Y向高精度弧摆滑台角度移动量范围为±4°，所述绕Z向高精度弧摆滑台角度移动量范围为±7°。

6.如权利要求4所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：所述绕X向高精度弧摆滑台、所述绕Y向高精度弧摆滑台与所述绕Z向高精度弧摆滑台的轴线汇于空间一点，且该点位于基准棱镜的上表面。

7.如权利要求4所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：

所述绕Y向高精度弧摆滑台的另一端固定安装有端部Y向高精度平移滑台，所述端部Y向高精度平移滑台的前端固定安装有夹持端，所述夹持端上设置有夹紧旋钮，且所述基准棱镜位于所述夹持端的内部，通过调节夹紧旋钮，端部平移滑台的活动端移动并带动夹持端对基准棱镜进行夹持固定。

8.如权利要求1所述的一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统，其特征在于：所述工装用K9玻璃加工而成，所述工装的上表面和左表面为镜面，且其平面度在20nm以上。

所述工装的左表面与上表面垂直度在0.01mm以上。

9.一种星敏感器的基准棱镜高效装调系统的装调方法，其特征在于，该方法包含：

将工装固定在第一平台上，将六维调整架安装在所述工装合适位置，随后在所述六维调整架夹持端上安装好待安装的基准棱镜；

利用所述六维调整架对所述基准棱镜进行六个维度的调节，并将所述基准棱镜移动到产品机壳的待安装区域正上方附近；

通过所述六维调整架调整所述基准棱镜缓慢向下移动，同时不断调整所述基准棱镜的其他五个位置，直到自准直仪成像与基准位置重合；

进行所述基准棱镜与所述产品机壳的固封。