CN110764338B - 一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置 - Google Patents

Abstract

一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，属于空间光学遥感技术领域。本发明解决了现有技术中因需要单独设计调焦机构实现相机调焦，导致对零件的质量和装配要求较高，同时增加了有效载荷的包络尺寸和质量的问题。主承力背板同轴固接在下圆环结构底端，相机的主镜装设在主承力背板上，相机的次镜装设在上圆环结构上，主承力桁架材料与主承力背板材料的线胀系数特性相匹配，下圆环结构的外壁以及每个桁架杆上分别粘贴有导热膜，每个导热膜上均粘贴有热敏电阻及若干加热片。通过加热片、热敏电阻和导热膜的配合使用，并结合材料线胀系数相匹配的主承力桁架和主承力背板，实现相机调焦。

Description

一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置

技术领域

本发明涉及一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，属于空间光学遥感技术领域。

背景技术

微型遥感载荷技术作为微型航天器分布式遥感技术研究的核心内容，能够大幅度降低有效载荷的质量并提高载荷的长期稳定性和环境适应性，在全球热点敏感地区、突发事件、国土资源的监测和评估、环境及自然灾害监测、海岸线监护管理、抢险救灾等领域有着重要的科学意义与经济价值。

在轻型空间光学遥感器中，主承力结构在相机整体质量中占据很大比重，并为光学元件提供安装、定位的作用；主反射镜组件安装在主承力背板上，次镜安装在主承力桁架上，同时主承力背板还是空间光学遥感器与卫星平台之间的机械接口，因此，通常要求主承力结构在满足强度和刚度要求的同时，具有足够的轻量化率。另一方面在高性能的成像系统中，为保持精确的指向以及全局的图像质量，相机的反射镜必须满足严苛的镜面误差要求。然而，遥感载荷在运输、发射或在轨运行的过程中，由于环境条件(例如，重力释放、热辐射、温度变化、装配误差等)变化的影响，会使各光学镜面的位置、面形发生变化，进而在一定程度上引起光学系统焦平面位置的偏移，导致成像质量的恶化。

现有技术空间相机的主承力结构只起到光学元件的安装定位作用，为实现调焦采用的解决措施一般是另外设计调焦机构直接调节光学系统焦平面位置，使系统达到指标要求；技术人员根据光学图像的质量确定光学系统焦面的位置，之后发出指令实现调焦。由于空间相机的光学系统各有不同，按照调控对象可分为：焦面调焦、镜组调焦和反射镜调焦，执行机构多为丝杠螺母机构和凸轮机构。上述方法通过高精度的传动结构保证机构的定位精度和晃动精度，但丝杠螺母调焦结构在真空、冷黑的空间环境下，经常出现卡滞、冷焊粘接现象，而且螺旋传动抵抗动力学冲击能力较差；凸轮调焦机构易磨损，有噪声，制造要求较高，对零件的质量和装配具有严格的要求，同时增加了有效载荷的包络尺寸和质量。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中因需要单独设计调焦机构实现相机调焦，导致对零件的质量和装配要求较高，同时增加了有效载荷的包络尺寸和质量的问题，进而提供了一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，它包括主承力桁架及主承力背板，它还包括若干加热片、若干热敏电阻及若干导热膜，所述主承力桁架包括同轴布置的上圆环结构、下圆环结构以及固接在上圆环结构与下圆环结构之间的三个桁架杆，主承力背板同轴固接在下圆环结构底端，相机的主镜装设在主承力背板上，相机的次镜装设在上圆环结构上，主承力桁架材料与主承力背板材料的线胀系数特性相匹配，下圆环结构的外壁以及每个桁架杆上分别粘贴有导热膜，每个导热膜上均粘贴有热敏电阻及若干加热片。

进一步地，主承力桁架的材料为铸钛合金、铝或高体分铝基碳化硅，主承力背板的材料为碳化硅、铝或高体分铝基碳化硅。

进一步地，三个所述桁架杆沿周向均布。

进一步地，下圆环结构外壁上的若干导热膜均匀布置。

进一步地，每个桁架杆上均开设有若干轻量化孔。

进一步地，下圆环结构的上、下两部分别同轴加工有第一环状凸台，下圆环结构的外壁加工有若干加强筋，且每个所述加强筋均平行于下圆环结构的中心轴线设置，若干所述加强筋沿下圆环结构的周向均布，且每个加强筋的上、下两端分别与两个第一环状凸台固接。

进一步地，下圆环结构的底端加工有轻量化槽。

进一步地，上圆环结构的底部同轴加工有第二环状凸台，次镜通过第二环状凸台装设在上圆环结构上。

进一步地，所述主承力桁架及所述主承力背板分别为一体成型结构。

进一步地，所述主承力背板包括背板主体及固设在背板主体侧壁的三个相机支腿安装座，背板主体的横截面呈圆形，三个相机支腿安装座沿背板主体的外壁周向均布，背板主体的上表面加工有环形的桁架安装接口和三个主镜组件安装接口，其中三个主镜组件安装接口均匀布置。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本申请通过加热片、热敏电阻和导热膜的配合使用，并结合材料线胀系数相匹配的主承力桁架和主承力背板，使得整体结构在光轴方向拥有合理的变形，进而实现热控调焦的功能，与现有技术相比，去除了传统的调焦机械结构，有效解决了现有技术中对零件质量和装配要求较高的问题，并且提高了主承力结构和热控设施的利用率，充分提高了有效载荷的轻量化率。

附图说明

图1为本申请的立体结构示意图；

图2为主承力桁架的立体结构示意图；

图3为主承力背板的俯视示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，它包括主承力桁架1及主承力背板2，它还包括若干加热片3、若干热敏电阻4及若干导热膜5，

所述主承力桁架1包括同轴布置的上圆环结构11、下圆环结构12以及固接在上圆环结构11与下圆环结构12之间的三个桁架杆13，主承力背板2同轴固接在下圆环结构12底端，相机的主镜装设在主承力背板2上，相机的次镜装设在上圆环结构11上，

主承力桁架1材料与主承力背板2材料的线胀系数特性相匹配，下圆环结构12的外壁以及每个桁架杆13上分别粘贴有导热膜5，每个导热膜5上均粘贴有热敏电阻4及若干加热片3。

上圆环结构11、下圆环结构12及主承力背板2上分别通过机械加工的方式加工出若干螺纹孔作为安装接口，主承力背板2与下圆环结构12之间通过各安装接口及若干螺栓连接。

主承力桁架1和主承力背板2均选用较大线胀系数的材料。二者采用相同的材料，或者一个选择铸钛合金，另一个选择高体分碳化硅(其与铸钛合金的线胀系数相接近)。

本申请中通过将加热片3的电能转化为热能，再通过导热膜5将热量更加均匀地分布给主承力桁架1，然后通过热敏电阻4提供准确的温度变化。加热片3、热敏电阻4和导热膜5配合使用，保证了控温精度，且通过材料线胀系数相匹配的主承力桁架1和主承力背板2，有效改善了主、次镜在非光轴方向的相对线位移和角位移，通过精准控温使得主、次镜光轴方向的位移精度在调焦精度以内。

本申请通过加热片3、热敏电阻4和导热膜5的配合使用，并结合材料线胀系数相匹配的主承力桁架1和主承力背板2，实现相机调焦，与现有技术相比，去除了传统的调焦机械结构，有效解决了现有技术中对零件质量和装配要求较高的问题，并且提高了主承力结构和热控设施的利用率，充分提高了有效载荷的轻量化率。

本申请的加工及装配过程如下：

1、加工出下圆环结构的底端面(即加工出轻量化槽)以及桁架安装接口，保证下圆环结构的底端面与桁架安装接口的平面能够配合，即达到相同的平面度和公差度要求；

2、将主承力桁架和主承力背板通过桁架安装接口固接在一起，将加热片、热敏电阻和导热膜粘接在三个桁架杆以及下圆环结构上；

3、对相机支腿安装接口进行研磨，使连接面的平面度达到公差要求；

4、将安装好的主承力装置通过相机支腿安装接口连接到相应的平台上，装配完成。

主承力桁架1的材料为铸钛合金、铝或高体分铝基碳化硅，主承力背板2的材料为碳化硅、铝或高体分铝基碳化硅。主承力桁架1和主承力背板2均选用较大线胀系数的材料。铸钛合金对应选用高体分铝基碳化硅或铝对铝，高体分铝基碳化硅对应选用铸钛合金。或者二者选用相同的材料。

三个所述桁架杆13沿周向均布。

下圆环结构12外壁上的若干导热膜5均匀布置。如此设计，保证下圆环结构12的温度变化均匀，进一步保证主次镜光轴方向的位移精度在调焦精度范围内。

每个桁架杆13上均开设有若干轻量化孔。如此设计，桁架杆13采用大尺寸薄板结构，通过设计轻量化孔，可以达到在尽量小的遮光比下，降低重量，保证桁架杆13沿光轴方向的旋转。轻量化孔沿桁架杆13的厚度方向开设，导热膜盖设部分轻量化孔。

下圆环结构12的上、下两部分别同轴加工有第一环状凸台12-1，下圆环结构12的外壁加工有若干加强筋12-2，且每个所述加强筋12-2均平行于下圆环结构12的中心轴线设置，若干所述加强筋12-2沿下圆环结构12的周向均布，且每个加强筋12-2的上、下两端分别与两个第一环状凸台12-1固接。如此设计，每个第一环状凸台12-1均与下圆环结构12一体成型制造。通过设置第一环状凸台12-1及加强筋12-2，在保证下圆环结构12轻量化的同时，有效提高主承力桁架1下部的刚度，减小热控调焦时主承力背板2热变形对调焦的影响。

下圆环结构12的底端加工有轻量化槽12-3。如此设计，在保证下圆环结构12与主承力背板2之间的连接强度的同时，减小了下圆环结构12底端周向包络尺寸，增大了桁架杆13底部刚度。

上圆环结构11的底部同轴加工有第二环状凸台11-1，次镜通过第二环状凸台11-1装设在上圆环结构11上。如此设计，便于次镜的安装，且有效增加桁架杆13顶部的局部刚度，进一步改善了次镜在非光轴方向的相对线位移和角位移。上圆环结构11的外壁还可加工若干加强筋12-2以进一步保证上圆环结构11的刚度。

所述主承力桁架1及所述主承力背板2分别为一体成型结构。如此设计，上圆环结构11、三个桁架杆13及下圆环结构12通过高体分铝基碳化硅一体铸造而成。

所述主承力背板2包括背板主体21及固设在背板主体21侧壁的三个相机支腿安装座22，背板主体21的横截面呈圆形，三个相机支腿安装座22沿背板主体21的外壁周向均布，背板主体21的上表面加工有环形的桁架安装接口23和三个主镜组件安装接口24，其中三个主镜组件安装接口24均匀布置。每个相机支腿安装座22上均加工有相机支腿安装接口25，主承力背板2上表面还加工有若干轻量化筋。主承力背板上可加工有三角形、方形或六角形蜂窝芯等轻量化结构。

Claims (10)

1.一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，它包括主承力桁架(1)及主承力背板(2)，其特征在于：它还包括若干加热片(3)、若干热敏电阻(4)及若干导热膜(5)，所述主承力桁架(1)包括同轴布置的上圆环结构(11)、下圆环结构(12)以及固接在上圆环结构(11)与下圆环结构(12)之间的三个桁架杆(13)，主承力背板(2)同轴固接在下圆环结构(12)底端，相机的主镜装设在主承力背板(2)上，相机的次镜装设在上圆环结构(11)上，主承力桁架(1)材料与主承力背板(2)材料的线胀系数特性相匹配，下圆环结构(12)的外壁以及每个桁架杆(13)上分别粘贴有导热膜(5)，每个导热膜(5)上均粘贴有热敏电阻(4)及若干加热片(3)，通过材料线胀系数相匹配的主承力桁架(1)和主承力背板(2)，有效改善了主、次镜在非光轴方向的相对线位移和角位移。

2.根据权利要求1所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：主承力桁架(1)的材料为铸钛合金、铝或高体份铝基碳化硅，主承力背板(2)的材料为碳化硅、铝或高体份铝基碳化硅。

3.根据权利要求1或2所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：三个所述桁架杆(13)沿周向均布。

4.根据权利要求3所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：下圆环结构(12)外壁上的若干导热膜(5)均匀布置。

5.根据权利要求3所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：每个桁架杆(13)上均开设有若干轻量化孔。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：下圆环结构(12)的上、下两部分别同轴加工有第一环状凸台(12-1)，下圆环结构(12)的外壁加工有若干加强筋(12-2)，且每个所述加强筋(12-2)均平行于下圆环结构(12)的中心轴线设置，若干所述加强筋(12-2)沿下圆环结构(12)的周向均布，且每个加强筋(12-2)的上、下两端分别与两个第一环状凸台(12-1)固接。

7.根据权利要求6所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：下圆环结构(12)的底端加工有轻量化槽(12-3)。

8.根据权利要求1、2、4、5或7所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：上圆环结构(11)的底部同轴加工有第二环状凸台(11-1)，次镜通过第二环状凸台(11-1)装设在上圆环结构(11)上。

9.根据权利要求8所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：所述主承力桁架(1)及所述主承力背板(2)分别为一体成型结构。

10.根据权利要求1、2、4、5、7或9所述的一种具备调焦功能的轻型空间相机主承力装置，其特征在于：所述主承力背板(2)包括背板主体(21)及固设在背板主体(21)侧壁的三个相机支腿安装座(22)，背板主体(21)的横截面呈圆形，三个相机支腿安装座(22)沿背板主体(21)的外壁周向均布，背板主体(21)的上表面加工有环形的桁架安装接口(23)和三个主镜组件安装接口(24)，其中三个主镜组件安装接口(24)均匀布置。

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