CN109759291B - 用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统 - Google Patents

Abstract

为了解决现有技术中反射镜与支撑的胶接精度低，不能保证胶接可靠性的技术问题，本发明提供了一种用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，包括支撑模拟件、反射镜模拟件、注胶过度件A、注胶过度件B、针管、塞尺、间隙保证工装和同轴度保证工装；支撑模拟件、反射镜模拟件、注胶过度件A、注胶过度件B、针管、塞尺用于配合使用，开展模拟注胶试验；间隙保证工装和同轴度保证工装用于正式胶接时的定位。利用本发明能够使胶斑大小可控，保证粘接强度和胶接精度，同时也不会产生过大的装配应力。

Description

用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统

技术领域

本发明用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，本发明适用于口径在100mm至1000mm之间，中心具有用于使反射光路进入后光学系统的通孔，侧面具有矩形孔(由于三点支撑最稳定，所以多为三个矩形孔)的反射镜。反射镜可以为球面镜或平面镜，且反射镜的背部是平面的。

背景技术

随着空间光学技术发展，空间光学载荷的使用越来越普遍，其结构设计形式、地面装调方法呈现出多元化的趋势。我国空间光学技术在近几年迅速发展，光学载荷的轻量化也取得了很大的进步，光学系统结构布局也更为紧凑，轻量化和狭小的装配空间对光学件与结构件的装配精度和装配强度有着越来越高的要求。

目前，光学系统中的反射镜与支撑多采用胶接的方式连接，具体是在反射镜侧面的矩形孔内涂胶，然后将支撑端部的凸台插入涂有胶的矩形孔内，实现反射镜与支撑的胶接。这种胶接装配方式，无法保证胶接装配精度，且不能保证可靠性，对总体光学系统的观测设计指标会产生不利影响，进而影响了空间光学载荷的在轨使用精度。

发明内容

为了解决现有技术中反射镜与支撑的胶接精度低，不能保证胶接可靠性的技术问题，本发明提供了一种用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，采用该工装系统进行胶接装配，能够保证胶接精度和胶接可靠性，同时不会产生过大的装配应力。

本发明的技术方案是：

用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，所述反射镜的侧壁上设置有第一矩形孔；所述支撑上与反射镜侧壁形状相适配的端面上设置有凸台，凸台的四个侧面均开设有第一注胶孔；所述凸台的形状与所述第一矩形孔相适配，可插入所述第一矩形孔内，且凸台与第一矩形孔为间隙配合；所述凸台的端面中部还开设有沿反射镜径向贯穿支撑的通孔；

其特殊之处在于：

所述工装系统包括零件和工装；

零件包括支撑模拟件、反射镜模拟件、注胶过度件A、注胶过度件B、针管和塞尺；

支撑模拟件的外部轮廓及尺寸与所述凸台的外部轮廓及尺寸一致；支撑模拟件的四个侧面均开设有第二注胶孔，第二注胶孔的大小与所述第一注胶孔的大小一致；支撑模拟件的端部开设有盲孔，盲孔的轮廓和尺寸与所述凸台上通孔的轮廓和尺寸一致；第二注胶孔距离支撑模拟件非封闭端的尺寸，与第一注胶孔距离支撑上与凸台相对端部边缘的尺寸一致；

反射镜模拟件包括反射镜模拟件本体，反射镜模拟件本体的其中一个端面上设置有与所述第一矩形孔形状、尺寸一致的第二矩形孔，所述第二矩形孔为盲孔，第二矩形孔的底部设置有螺孔；

注胶过度件A包括垂直连接的第一插接部和第一限位部，第一插接部的形状、尺寸与所述支撑模拟件的盲孔相适配；第一限位部的尺寸大于所述支撑模拟件的盲孔尺寸；注胶过度件A内还设有第一L形孔，第一L形孔的一段用于与针管的输出端相配合，另一段与位于支撑模拟件上侧面或下侧面的第二注胶孔相对应；

注胶过度件B包括垂直连接的第二插接部和第二限位部，第二插接部的形状、尺寸与所述支撑模拟件的盲孔相适配；第二限位部的尺寸大于所述支撑模拟件的盲孔尺寸；注胶过度件B内还设有第二L形孔，第二L形孔的一段用于与针管的输出端相配合，另一段与位于支撑模拟件左侧面或右侧面的第二注胶孔相对应；

工装包括间隙保证工装和一个同轴度保证工装；间隙保证工装在装配环节用于支撑反射镜，使得支撑的凸台距离所述第一矩形孔的上下面各有设计要求的间隙；同轴度保证工装用于使反射镜的光轴与整个光学系统的光轴保持一致。

进一步地，间隙保证工装有三个；单个间隙保证工装整体呈长方体状，其底部端面上沿长方体宽度方向开设有用于走线或避开螺钉的矩形槽；长方体上、下两面的平面度为0.01，上下两面的平行度为0.015，长方体的高度H的确定方法为：将间隙保证工装置于反射镜支撑板上，将反射镜置于间隙保证工装上，将支撑置于反射镜支撑板上，当支撑的凸台推入反射镜侧壁的第一矩形孔时，间隙保证工装的高度H应使得支撑的凸台与所述第一矩形孔的上下配合面各有设计要求的间隙。

进一步地，反射镜口径为100-400mm，所述设计要求的间隙为0.1mm；

反射镜口径为400-600mm，所述设计要求的间隙为0.15mm；

反射镜口径为600-1000mm，所述设计要求的间隙为0.2mm。

进一步地，同轴度保证工装包括同轴叠加的大圆柱段和小圆柱段，大圆柱段用于与所述反射镜的中心孔配合，小圆柱段用于与反射镜支撑板上的中心孔配合，配合间隙均不超过0.02mm。

本发明的优点：

1、鉴于反射镜与支撑胶接装配的难点在于装配空间较为狭小，胶接贴合面在实际注胶装配过程中不可视(即无法用肉眼观察)，本发明设计了便于开展模拟注胶试验的零件(支撑模拟件、反射镜模拟件、注胶过度件A、注胶过度件B等)，利用它们可以方便、快捷地开展模拟注胶试验从而确定最优推入胶量，从而使得胶斑大小可控，保证了粘接强度和胶接精度。

2、本发明在正式胶接时采用间隙保证工装和同轴度保证工装进行定位，保证了胶接和装配精度，同时也不会产生过大的装配应力。

附图说明

图1为开展上孔位位置的注胶试验时，各零件位置关系示意图(爆炸图)，图中未示出塞尺。

图2为开展上孔位位置的注胶试验时，各零件位置关系示意图(装配图)。

图3为开展上孔位位置的注胶试验后，支撑模拟件上的胶斑示意图。

图4为开展左孔位位置的注胶试验时，各零件位置关系示意图(爆炸图)，图中未示出塞尺。

图5为开展左孔位位置的注胶试验时，各零件位置关系示意图(装配图)。

图6为开展左孔位位置的注胶试验后，支撑模拟件上的胶斑示意图。

图1-图6中附图标号：1-针管，2-注胶过度件A，3-支撑模拟件，4-反射镜模拟件，5-胶斑，6-注胶过度件B，7-塞尺，8-胶斑。

图7是注胶装配之前，各零件相对位置示意图。

图8是注胶装配时，各零件相对位置示意图(以上孔位位置的注胶为例)。图7-图8中附图标号：1-针管，2-注胶过度件A，9-同轴度保证工装，10-反射镜，11-反射镜支撑板，12-间隙保证工装，13-支撑，14-螺孔。

图9是胶接装配完成后的示意图。

图10是间隙保证工装的结构示意图，(a)为立体图，(b)为主视图。图中标号：36-矩形凹槽。

图11是同轴度保证工装的结构示意图，(a)为立体图，(b)为主视图，(c)为俯视图，(d)为仰视图。图中标号：14-螺孔，34-大圆柱段，35-小圆柱段。

图12是反射镜的结构示意图，(a)为立体图，(b)为主视图，(c)为俯视图。图中标号：15-第一矩形孔，16-反射镜背部，17-反射镜镜面。

图13是反射镜支撑板的结构示意图。图中标号：18-螺孔。

图14是支撑的结构示意图，(a)为立体图一，(b)为立体图二，(c)为主视图，(d)为左视图，(e)为右视图，(f)为俯视图，(g)为仰视图。图中标号：19-凸台，20-第一注胶孔，21-通孔，22-通孔。

图15是支撑模拟件的结构示意图，(a)为立体图一，(b)为立体图二，(c)为主视图。图中标号：23-第二注胶孔，24-盲孔。

图16是反射镜模拟件的结构示意图。图中标号：25-反射镜模拟件本体，26-第二矩形孔，27-螺孔。

图17是注胶过度件A的结构示意图，(a)为立体图，(b)为轴向剖视图。图中标号：28-第一插接部，29-第一限位部，30-第一L形孔。

图18是注胶过度件B的结构示意图，(a)为立体图，(b)为轴向剖视图。图中标号：31-第二插接部，32-第二限位部，33-第二L形孔。

图19是针管的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

为便于后续理解，首先结合附图对本实施例中待胶接装配的反射镜、支撑的结构作以下说明：

反射镜口径在100mm至400mm之间；如图12所示，反射镜包括反射镜镜面17和反射镜背部16，反射镜背部16的侧壁上设置有三个第一矩形孔15。

如图14所示，支撑的其中一个端面上设置有凸台19，凸台19的四个侧面均开设有第一注胶孔20；凸台19的形状与反射镜上的第一矩形孔15相适配，可插入第一矩形孔15内，凸台19与第一矩形孔15为间隙配合，且上下左右各保证0.1mm的间隙；凸台19的端面中部还开设有沿反射镜径向贯穿支撑的通孔21；支撑的底部设置有用于与反射镜支撑板连接的通孔22。

本发明所提供的用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，包括零件和工装。

零件包括支撑模拟件(若干件)、反射镜模拟件(若干件)、注胶过度件A(若干件)、注胶过度件B(若干件)、针管(若干件)和0.1mm塞尺(其他实施例中，可根据精度要求灵活选择塞尺规格)；工装包括间隙保证工装(三个)和同轴度保证工装(一个)。

如图15所示，支撑模拟件的外部轮廓及尺寸与所述凸台的外部轮廓及尺寸一致；支撑模拟件的四个侧面均开设有第二注胶孔23，第二注胶孔23的大小与支撑上的第一注胶孔20的大小一致；支撑模拟件的端部开设有盲孔24(也即支撑模拟件的另一端是封闭的，封闭的目的是在注胶试验结束后，需要用螺钉顶住支撑模拟件的端部，从而将支撑模拟件与反射镜模拟件分离)，盲孔24的轮廓和尺寸与支撑的凸台19上通孔21的轮廓和尺寸一致。第二注胶孔23距离支撑模拟件非封闭端的尺寸，与第一注胶孔20距离支撑上与凸台相对端部边缘(即图14中(c)图中A处)的尺寸一致。

反射镜模拟件只要能真实反映出反射镜侧壁上的第一矩形孔15的特征即可；如图16所示，本实施例中反射镜模拟件包括反射镜模拟件本体25，反射镜模拟件本体25的其中一个端面上设置有与反射镜上第一矩形孔15形状、尺寸一致的第二矩形孔26，第二矩形孔26为盲孔，第二矩形孔26的底部设置有螺孔27。

如图17所示，注胶过度件A包括垂直连接的第一插接部28和第一限位部29，第一插接部28的形状、尺寸与支撑模拟件的盲孔24相适配(也与支撑的凸台19上的通孔21相适配)；第一限位部29的尺寸大于支撑模拟件的盲孔24尺寸，使得第一限位部29能够卡在支撑模拟件(或支撑)外侧；注胶过度件A内还设有第一L形孔30，第一L形孔30的一段用于与针管相配合，另一段与位于支撑模拟件上侧面或下侧面的第二注胶孔23相对应。

如图18所示，注胶过度件B包括垂直连接的第二插接部31和第二限位部32，第二插接部31的形状、尺寸与支撑模拟件的盲孔24相适配(也与支撑的凸台19上的通孔21相适配)；第二限位部32的尺寸大于支撑模拟件的盲孔24尺寸，使得第二限位部32能够卡在支撑模拟件(或支撑)外侧；注胶过度件B内还设有第二L形孔33，第二L形孔33的一段用于与针管相配合，另一段与位于支撑模拟件左侧面或右侧面的第二注胶孔23相对应。

如图19所示，针管采用医用针管。

工装包括使反射镜与反射镜支撑板具有较高同轴度的同轴度保证工装，以及使支撑与反射镜侧壁的第一矩形孔具有适当注胶间隙的间隙保证工装。

如图10所示，间隙保证工装整体呈六面体状，其底部端面上沿六面体宽度方向开设有矩形凹槽36，该矩形凹槽36的目的是避开一些螺钉，走线。间隙保证工装的关键参数在于上下两面的平面度为0.01，上下两面的平行度为0.015，以保证均匀的注胶间隙，即支撑与反射镜具有适当间隙，从而更好地保证粘接强度，整体高度为H。H的确定方法为：将间隙保证工装置于反射镜支撑板上，将反射镜置于间隙保证工装之上，将支撑置于反射镜支撑板上，当支撑的凸台推入反射镜侧壁的第一矩形孔时，间隙保证工装的高度H应使得支撑的凸台与反射镜侧壁第一矩形孔的上下配合面各有0.1mm间隙。若反射镜的口径为400-600mm，所述间隙应为0.15mm；若反射镜的口径为600-1000mm，所述间隙应为0.2mm。间隙保证工装应有三个，因为三点确定一个平面，若是采用四个间隙保证工装，则会过约束；若是只采用两个间隙保证工装则会造成不稳定约束，影响装配精度。

如图11所示，同轴度保证工装的目的是使反射镜的光轴与整个光学系统的光轴保持一致，这样才能有较高的成像质量。同轴度保证工装包括同轴叠加的大圆柱段34和小圆柱段35，大圆柱段34用于与反射镜的中心孔精密配合，小圆柱段35用于与反射镜支撑板上的中心孔精密配合，配合间隙均不超过0.02mm。大圆柱段的上端还设有两个螺孔14，用于配合后续使用的吊环螺钉。

利用本发明的工装系统进行支撑与反射镜胶接装配的方法如下：

一、注胶试验前准备工作

开展注胶试验前，应先制作、准备好本发明的工装系统，并按照比例要求配置好胶接用胶。本实施例的胶接用胶采用3M 2216A/B组份胶。

二、进行注胶模拟试验。

在实际注胶过程中，一共有上、下、左、右四处位置需要注胶。本实施例先进行上、下孔位位置的注胶试验(注胶位置在上、下位置，由于结构对称，只需要做上部位置时的试验即可)，然后进行左、右孔位位置的注胶试验(注胶位置在左、右位置，由于结构对称，只需选择左、右中任一个位置进行试验即可)。

第一组试验：上孔位位置的注胶试验，参见图1-图2。

在反射镜模拟件的盲孔的左、右、下面放入0.1mm的塞尺，这样做的目的是保证上、下、左、右四处位置的间隙各为0.1mm，然后将支撑模拟件插入到反射镜模拟件中，再将反射镜模拟件与支撑模拟件的组合体置于水平台面之上。

将胶置入针管中填满，将针管插入注胶过度件A上的第一L形孔的一端内，轻推针管，将胶缓慢注入注胶过度件A，当胶恰要从第一L形孔的另一端露出时，停止推针管，这样可以保证胶将注胶过度件A的第一L形孔完全填满。停止推针管后，记录下此刻针管上的读数为V₁。

然后，将针管和注胶过度件A的组合体放入支撑模拟件中。轻推针管使胶缓慢进入反射镜模拟件与支撑模拟件之间的注胶缝隙内，此时仔细观察，当胶斑恰要从反射镜模拟件流出时，停止注胶，记录下此刻针管上的度数V_max。此时得△V＝|V_max-V₁|。

将注胶过度件A与针管的组合体缓慢取出(该组合体在后续的n次试验中继续使用)。支撑模拟件与反射镜模拟件的组合体标记为第一组试验1号件，静置待其固化。

随后再进行n次注胶试验(本实施例中n取4-6)。若反射镜的口径为400-600mm，n取6-8；若反射镜的口径为600-1000mm，n取8-14。

另取新的支撑模拟件与反射镜模拟件，按照前述方法操作。将注胶过度件A与针管的组合体放入支撑模拟件中。轻推针管，推入的胶量为△V/(n+1)。将注胶过度件A与针管的组合体缓慢取出。支撑模拟件与反射镜模拟件的组合体标记为第一组试验2号件，静置待其固化。

重复上述过程，针管中推入胶量分别为2△V/(n+1)、3△V/(n+1)、···、n△V/(n+1)。支撑模拟件与反射镜模拟件的组合体标记为第一组试验3号件、第一组试验4号件、···、第一组试验n+1号件，静置待其固化。

所有试验件静置72个小时，使胶完全固化后，将它们放入高温箱中，升温至100度(其他实施例中可上下浮动5度)，保持100度40分钟使胶软化，随后取出。

将螺钉拧入反射镜模拟件的螺孔，拧紧螺钉的过程中，支撑模拟件被螺钉逐渐顶出，从而将支撑模拟件与反射镜模拟件逐渐分离。此时，第一组试验1号件、第一组试验2号件、…、第一组试验n+1号件中支撑模拟件上胶斑(如图3所示)大小可以用直尺或游标卡尺测量，由于胶斑大小直接影响着粘接强度，因此选择合适的胶斑大小所对应的推入胶量作为上、下孔位置的最优推入胶量。本实施例中反射镜口径为100-400mm，选择直径为6-8mm的胶斑所对应的推入胶量作为上、下孔位置的最优推入胶量；若反射镜的口径为400-600mm，则可选择直径为8-10mm的胶斑所对应的推入胶量作为上、下孔位置的最优推入胶量；若反射镜的口径为600-1000mm，则可选择直径为10-12mm的胶斑所对应的推入胶量作为上、下孔位置的最优推入胶量。

第二组试验：左孔位位置的注胶试验，如图4-图5。

另取新的替代件及针管。在反射镜模拟件的盲孔的右、上、下面均放入0.1mm的塞尺。其它过程和第一组试验一致，区别仅在于注胶过度件使用注胶过度件B，得出直径为8mm胶斑(如图6所示)所对应的推入胶量，作为左、右孔位置的最优推入胶量。

三、进行正式注胶，完成胶接装配。

进行胶接装配前，先将如图13所示的反射镜支撑板11放置在水平工作台面上，将三个间隙保证工装12置于同一个圆周上且等间距设置，然后将反射镜10放置在间隙保证工装12之上，并尽量使反射镜10上的中心孔与反射镜支撑板11上的中心孔保持同心，最后将同轴度保证工装9放入反射镜10和反射镜支撑板11的中心孔中。

将三个支撑13的凸台分别插入反射镜侧壁的三个第一矩形孔中，在每个支撑13的左右两侧放入0.1mm的塞尺。略微转动反射镜10，使支撑13下部的通孔孔位与反射镜支撑板11的螺孔孔位对齐，用螺钉将支撑与反射镜支撑板相连。随后将塞尺取出，如图7所示。此刻以后，反射镜10、支撑13、反射镜支撑板11不再会有空间位置的相对变化，即注胶后的空间相对位置也和此刻相同。

使用3M 2216 A/B组份胶，按照比例要求配置好胶，然后置入到针管中。

进行第一个支撑处的注胶胶接：

参见图8，将装有胶的针管1插入注胶过度件A2，轻推针管，使胶恰好将要露出注胶过度件A时停止推动针管。然后，将注胶过度件A2与针管1组合体放入支撑13中，并使注胶过度件A2注胶的孔朝上。轻推针管进行注胶，推入胶量应为前述试验得到的上、下孔位置的最优推入胶量。取出注胶过度件A与针管组合体，翻转使注胶孔朝下后，放入支撑中。轻推针管进行注胶，推入胶量应为前述试验得到的上、下孔位置的最优推入胶量。

将装有胶的针管插入注胶过度件B，轻推针管，使胶恰好将要露出注胶过度件B时停止推动针管。然后，将注胶过度件B与针管组合体放入支撑中，并使注胶过度件B注胶的孔朝左。轻推针管进行注胶，推入胶量应为前述试验得到的左、右孔位置的最优推入胶量。取出注胶过度件B与针管组合体，翻转使注胶孔朝右后，放入支撑中。轻推针管进行注胶，推入胶量应为前述试验得到的左、右孔位置的最优推入胶量。

其它支撑处的注胶胶接过程同上。

注胶完成后，静置72小时，待胶完全固化。

固化后，将吊环螺钉装入同轴度保证工装的2个螺孔中，借助吊环，将同轴度保证工装取出。

然后，将三个间隙保证工装取出。

至此，反射镜与支撑的胶接装配过程完成，装配后如图9所示。

Claims (4)

1.用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，所述反射镜的侧壁上设置有第一矩形孔；所述支撑上与反射镜侧壁形状相适配的端面上设置有凸台，凸台的四个侧面均开设有第一注胶孔；所述凸台的形状与所述第一矩形孔相适配，可插入所述第一矩形孔内，且凸台与第一矩形孔为间隙配合；所述凸台的端面中部还开设有沿反射镜径向贯穿支撑的通孔；

其特征在于：

所述工装系统包括零件和工装；

零件包括支撑模拟件、反射镜模拟件、注胶过度件A、注胶过度件B、针管和塞尺；

支撑模拟件的外部轮廓及尺寸与所述凸台的外部轮廓及尺寸一致；支撑模拟件的四个侧面均开设有第二注胶孔，第二注胶孔的大小与所述第一注胶孔的大小一致；支撑模拟件的端部开设有盲孔，盲孔的轮廓和尺寸与所述凸台上通孔的轮廓和尺寸一致；第二注胶孔距离支撑模拟件非封闭端的尺寸，与第一注胶孔距离支撑上与凸台相对端部边缘的尺寸一致；

反射镜模拟件包括反射镜模拟件本体，反射镜模拟件本体的其中一个端面上设置有与所述第一矩形孔形状、尺寸一致的第二矩形孔，所述第二矩形孔为盲孔，第二矩形孔的底部设置有螺孔；

注胶过度件A包括垂直连接的第一插接部和第一限位部，第一插接部的形状、尺寸与所述支撑模拟件的盲孔相适配；第一限位部的尺寸大于所述支撑模拟件的盲孔尺寸；注胶过度件A内还设有第一L形孔，第一L形孔的一段用于与针管的输出端相配合，另一段与位于支撑模拟件上侧面或下侧面的第二注胶孔相对应；

注胶过度件B包括垂直连接的第二插接部和第二限位部，第二插接部的形状、尺寸与所述支撑模拟件的盲孔相适配；第二限位部的尺寸大于所述支撑模拟件的盲孔尺寸；注胶过度件B内还设有第二L形孔，第二L形孔的一段用于与针管的输出端相配合，另一段与位于支撑模拟件左侧面或右侧面的第二注胶孔相对应；

工装包括间隙保证工装和一个同轴度保证工装；间隙保证工装在装配环节用于支撑反射镜，使得支撑的凸台距离所述第一矩形孔的上下面各有设计要求的间隙；同轴度保证工装用于使反射镜的光轴与整个光学系统的光轴保持一致。

2.根据权利要求1所述的用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，其特征在于：间隙保证工装有三个；单个间隙保证工装整体呈长方体状，其底部端面上沿长方体宽度方向开设有用于走线或避开螺钉的矩形槽；长方体上、下两面的平面度为0.01，上下两面的平行度为0.015，长方体的高度H的确定方法为：将间隙保证工装置于反射镜支撑板上，将反射镜置于间隙保证工装上，将支撑置于反射镜支撑板上，当支撑的凸台推入反射镜侧壁的第一矩形孔时，间隙保证工装的高度H应使得支撑的凸台与所述第一矩形孔的上下配合面各有设计要求的间隙。

3.根据权利要求2所述的用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，其特征在于：

反射镜口径为100-400mm，所述设计要求的间隙为0.1mm；

反射镜口径为400-600mm，所述设计要求的间隙为0.15mm；

反射镜口径为600-1000mm，所述设计要求的间隙为0.2mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于反射镜与支撑胶接装配的工装系统，其特征在于：同轴度保证工装包括同轴叠加的大圆柱段和小圆柱段，大圆柱段用于与所述反射镜的中心孔配合，小圆柱段用于与反射镜支撑板上的中心孔配合，配合间隙均不超过0.02mm。