CN111981010A - 一种实现探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置及方法，装置包括安装平台、纵向定位调节杆、横向定位调节杆、横向弹簧夹持杆、纵向弹簧夹持杆、基准块及支撑杆，装置应用于探测器相对于基准块具有高精度的三轴指向精度及几何空间位置要求的精密胶接装配，通过结合探测器的测量设备可实现探测器相对于基准块的六自由的精密调整及胶接装配。本发明可以实现探测器空间位置的六自由的精密调整；可实现探测器的任意空间位置固定、涂胶空间精密控制、探测器重复安装的高重复定位精度以及防止胶固化过程中出现变形的功能；可实现精密量化调整；可灵活调整探测器的操作空间，可适应不同规格的探测器和测量设备的胶接装配。

Description

一种实现探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置及方法

技术领域

本发明涉及机械装配领域，特别提出一种实现星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置，同样适用于采用胶接装配且具有三轴指向精度要求的零件机械装配。

背景技术

星敏感器以天球惯性坐标系中的恒星作为参考基准，恒星通过光学镜头在探测器上成像，获得像点坐标，根据像点坐标计算出星敏感器在天球惯性坐标系。光机组件是星敏感器成像的执行部件，主要由探测器和光学镜头组成。造成星敏感器像点坐标测量误差的因素除了光学镜头的像差外，主要由光机组件的焦距、主点和倾斜度等装配参数的控制误差引起。

以前在装配光机组件时，对探测器的装配位置或精度没有进行严格控制，是通过调节光学镜头的装配位置，保证光学镜头与探测器的装配位置关系。但是这种方式存在装配过程控制不严、工艺参数没有量化控制，导致产品装配精度一致性差、装调周期的不可控性等，装配工艺性差，不利于产品质量和生产效率的提升。

另外，由于探测器上的测量坐标系和棱镜上的装机基准坐标系的三轴指向精度要求是通过底座进行传递，若探测器的装配精度较低，导致星敏感器的安装偏置误差不可控。为了提高探测器装配工艺性、光机组件装配精度一致性以及降低产品的偏置误差，非常有必要从通过研制一种可以实现六自由调整的辅助装置实现探测器相对于底座基准块的精密装配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现星敏感器探测器的六自由精密胶接装配的辅助装置，用于实现探测器坐标系与基准块坐标系之间的三轴指向保持一致；本发明可以实现探测器空间位置的六自由的调整，调整精度高，可实现任意涂胶空间的调整和固定，可量化显示、操作方便快速；还可以实现探测器取下涂胶重新安装之后的重复定位，适用范围广，可以实现不同不同规格尺寸的探测器装配。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种实现星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置，其特征在于，包含三根横向定位调节杆、三根纵向定位调节杆、三根横向弹性夹持杆和三根纵向弹性夹持杆，设置在一安装台上；

所述安装台上设有基准块，探测器夹持器置于所述基准块之上，所述探测器夹持器用于夹持所述探测器；所述三根横向定位调节杆和所述三根横向弹性夹持杆围绕所述探测器夹持器设置；每个所述横向弹性夹持杆与相应的一横向定位调节杆相对设置，每个所述纵向弹性夹持杆靠近相应的一纵向定位调节杆；所述横向定位调节杆与所述纵向定位调节杆以及各自对应的横向弹性夹持杆与纵向弹性夹持杆分别与所述探测器夹持器接触，实现所述探测器的任意空间位置固定和涂胶空间的控制。

可选的，所述安装台下端设置若干个支撑杆，用于支撑所述安装台。

可选的，所述三根横向定位调节杆和/或所述三根纵向定位调节杆的靠近探测器的一端采用不锈钢材料制成的精密光滑的圆头；所述三根横向弹性夹持杆的靠近探测器的一端采用塑料制成的圆头。

可选的，任意一所述横向定位调节杆和与其相对设置的所述横向弹性夹持杆同轴设置。

可选的，所述横向定位调节杆、所述纵向定位调节杆和所述横向弹性夹持杆分别与所述探测器夹持器之间是点面接触方式。

可选的，所述横向定位调节杆和所述纵向定位调节杆均具有刻度显示。

可选的，所述安装台上的横向定位调节杆、纵向定位调节杆、横向弹性夹持杆和纵向弹性夹持杆的空间位置均可调。

可选的，所述三根横向定位调节杆分别为第一横向定位调节杆、第二横向定位调节杆和第三横向定位调节杆，第二横向定位调节杆和第三横向定位调节杆的轴线相互平行，所述第一横向定位调节杆和第二横向定位调节杆的轴线相互垂直；当调整所述第一横向定位调节杆时，使所述探测器沿着第一横向定位调节杆轴线方向上进行移动；当调整第三横向定位调节杆和第二横向定位调节杆时，使所述探测器沿着第二横向定位调节杆轴线方向上进行移动；当调整第三横向定位调节杆或第二横向定位调节杆时，使所述探测器逆时针或顺时针旋转。

本发明还提供了一种基于上文所述的辅助装置的星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的方法该方法包含以下步骤：

步骤S1、调整安装台上的横向定位调节杆、纵向定位调节杆、横向弹性夹持杆和纵向弹性夹持杆的空间位置，使所述横向定位调节杆与探测器夹持器的接触位置等高；

步骤S2、将基准块装配到所述安装台上，通过测量设备测量所述基准块上的基准面，建立探测器装配基准坐标系，将探测器夹持器放到基准块之上；将所述横向定位调节杆与所述纵向定位调节杆及各自对应的横向弹性夹持杆和纵向弹性夹持杆分别与所述探测器夹持器接触；

步骤S3、通过测量设备测量探测器光敏面并获取探测器的三轴指向位置；通过三根纵向定位调节杆实现探测器的平行度偏差调整，并通过三根横向定位调节杆与相应的三根横向弹性夹持杆的相互配合实现探测器的对中偏差和旋转偏差调整；探测器位置调整后，通过三根纵向定位调节杆精确调整探测器涂胶空间；

步骤S4、保持横向定位调节杆和纵向定位调节杆不动，拉开所述横向弹性夹持器并锁紧，再取下所述探测器并对两者的接触面进行涂胶，将探测器放置到工装上，松开所述横向弹性夹持器，使得探测器与定位调节杆贴合并恢复到原位，最后锁紧横向弹性夹持杆和纵向弹性夹持杆，使得探测器在胶固化过程中不发生变形。

可选的，所述三根横向定位调节杆分别为第一横向定位调节杆、第二横向定位调节杆和第三横向定位调节杆，第二横向定位调节杆和第三横向定位调节杆的轴线相互平行，所述第一横向定位调节杆和第二横向定位调节杆的轴线相互垂直；当调整所述第一横向定位调节杆时，使所述探测器沿着第一横向定位调节杆轴线方向上进行移动；当调整第三横向定位调节杆和第二横向定位调节杆时，使所述探测器沿着第二横向定位调节杆轴线方向上进行移动；当调整第三横向定位调节杆或第二横向定位调节杆时，使所述探测器逆时针或顺时针旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)本发明的星敏感器探测器胶接辅助装置，在纵向、横向定位调节杆与相应纵向、横向弹性夹持杆相互配合下，可以实现探测器空间位置的六自由的调整，调整精度高；(2)本发明通过定位杆和夹持杆的锁死功能，可以实现探测器的任意空间位置固定、涂胶空间精密控制、探测器重复安装的高重复定位精度以及防止胶固化过程中出现变形的功能；(3)本发明可量化显示、操作方便快速；本发明的纵向和横向定位调节杆具有精密刻度显示，可实现精密量化调整；通过调节横向定位杆和对应夹持杆的横向空间位置、纵向定位杆和夹持杆的纵向空间位置及选用不同规格的等高垫和支撑杆，可以灵活调整探测器的操作空间，可以适应不同规格的探测器和测量设备的胶接装配。

附图说明

图1为本发明的六自由精密胶接装配的辅助装置的立体示意图；

图2为本发明的六自由精密胶接装配的辅助装置的俯视图；

图3为本发明的六自由精密胶接装配的辅助装置的侧视图；

图4a-图4c为本发明的探测器六自由度调整的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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-图3结合所示，本发明提供了一种实现星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置，包含：三根横向定位调节杆1、三根纵向定位调节杆2、三根横向弹性夹持杆3和三根纵向弹性夹持杆4，均安装在安装台5上端。安装台5下端安装有若干个支撑杆6，用于支撑该安装台5。

所述三根横向定位调节杆1分别为第一横向定位调节杆101、第二横向定位调节杆102和第三横向定位调节杆103；所述三根纵向定位调节杆2分别为第一纵向定位调节杆201、第二纵向定位调节杆202和第三纵向定位调节杆203。所述三根横向弹性夹持杆3分别为第一横向弹性夹持杆301、第二横向弹性夹持杆302和第三横向弹性夹持杆303；所述三根纵向弹性夹持杆4分别为第一纵向弹性夹持杆401、第二纵向弹性夹持杆402和第三纵向弹性夹持杆403。

其中，三根横向定位调节杆1和三根纵向定位调节杆2的靠近探测器的一端(即图1中的上端)均采用不锈钢材料制成的精密光滑的圆头，三根横向弹性夹持杆3的靠近探测器的一端采用塑料制成的圆头。同时，保证横向定位调节杆1与对应的横向弹性夹持杆3同轴设计，即第一横向定位调节杆101与第一横向弹性夹持杆301同轴设置，第二横向定位调节杆102与第二横向弹性夹持杆302同轴设置，第三横向定位调节杆103与第三横向弹性夹持杆303同轴设置。进一步地，第二横向定位调节杆102和第三横向定位调节杆103的轴线平行，第二横向定位调节杆102和第一横向定位调节杆101的轴向垂直。每个纵向弹性夹持杆4靠近相应纵向定位调节杆2，例如第一纵向弹性夹持杆401靠近第一纵向定位调节杆201，第二纵向弹性夹持杆402靠近第二纵向定位调节杆202，第三纵向定位调节杆203靠近第三纵向弹性夹持杆403。每个纵向弹性夹持杆4和相应的纵向定位调节杆2的轴线平行并沿着竖直方向。

本实施例中，各个纵向定位调节杆2、各个横向定位调节杆1、各个横向弹性夹持杆3与探测器夹持器8之间是点与面的接触方式，并且三根纵向定位调节杆2与三根横向定位调节杆1以及三根纵向弹性夹持杆4与三根横向弹性夹持杆3均具有锁死功能。本实施例中，所述安装台5上设置基准块7(等高块或等高垫，)，其中，将基准块7装配到安装台5上后，通过三坐标测量设备、影像仪等测量设备，测量该基准块7上的基准面，建立探测器装配基准坐标系，然后将探测器夹持器8(探测器安装在夹持器当中)放到基准块7之上。

基于上述可知，本发明可实现探测器在任意空间位置进行固定；可以精确控制探测器与基准块7之间的涂胶空间；可以保证取下探测器涂胶后重新安装的重复定位精度很高；可以防止探测器在胶固化过程中发生变形的问题。

示例地，所述纵向定位调节杆2和所述横向定位调节杆1均具有精密刻度显示，调整精度可以达到0.0005mm。本发明配合精密三坐标或自准直仪等测量设备，可实现探测器位置的快速、精密的量化调整到位，可实现精密量化调整(调整精度受限于设备测量精度)。

横向定位调节杆1和对应的横向弹性夹持杆3、纵向定位调节杆2和对应的纵向弹性夹持杆4的整体空间位置均可调，所述基准块7的规格可以选择，支撑杆6的高度可以选择，本发明对此不做限制，具体根据实际情况而定。因此，本发明可以灵活调整探测器的操作空间；适应不同量程、精度的测量设备；适应不同规格尺寸的探测器和基准块的胶接装配。

一个示例中，通过定位调节杆、弹性夹持杆与探测器夹持器的相互作用下，可实现探测器的六自由度的精密调整，具体过程如下：

(a)通过三根纵向定位调节杆2与对应的纵向弹性夹持杆4的相互作用，可以实现探测器的平行度精密调整；

(b)通过三根横向定位调节杆1、横向弹性夹持杆3与探测器夹持器的配合作用下，可以实现探测器的位置平移及旋转操作，如图4a-图4c所示，具体为：(i)只调节4号定位调节杆(第一横向定位调节杆101)，可以实现探测器的左右移动(左右是图4a所示方向，不作为实际方位的限制，其是第一横向定位调节杆101轴线方向)；(ii)只调节5号定位调节杆(第三横向定位调节杆103)、6号定位调节杆(第二横向定位调节杆102)，可以实现探测器的上下移动(上下是图4b所示方向，不作为实际方位的限制，其是第二横向定位调节杆102轴线方向)；(iii)只要调整5号定位调节杆(第三横向定位调节杆103)或6号定位调节杆(第二横向定位调节杆102)，可以实现探测器的逆时针或顺时针旋转移动。

如图1-图3结合所示，本发明提供了一种星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的方法，包含以下步骤：

(1)先根据设备的量程选择合适的支撑杆6的高度及探测器的尺寸大小，并选择合适的基准块7的尺寸，通过安装台5上的空间位置调整机构(例如横向空间调整结构11和纵向空间调整机构33)调整横向定位调节杆1与纵向定位调节杆2以及横向弹性夹持杆3与纵向弹性夹持杆4的空间位置，直到横向定位调节杆1与探测器夹持器的接触位置等高为止。

(2)将基准块7装配到安装台5上，通过三坐标测量设备、影像仪等测量设备，测量该基准块7上的基准面，建立探测器装配基准坐标系，然后将探测器夹持器(探测器安装在夹持器当中)放到基准块7之上。松开弹性夹持杆的锁紧机构22，使得横向定位调节杆1和纵向定位调节杆2及各自对应弹性夹持杆分别与探测器夹持器8接触。

(3)通过三座测量机、影像仪或双轴光电自准直仪等测量设备来测量探测器光敏面并获取探测器的三轴指向位置。然后在三根纵向定位调节杆2的作用下，可以实现探测器的平行度偏差调整；在三根横向定位调节杆1与相应的三根横向弹性夹持杆3相互配合下，实现探测器的对中偏差和旋转偏差调整，三轴调整精度0.005mm(受限于测量精度)。将探测器位置调整到位之后，通过三根纵向定位调节杆2的作用下，可以根据设计需要精确调整探测器涂胶空间。

(4)调整到位后，保持横向定位调节杆1、纵向定位调节杆2不动，拉开横向弹性夹持器3并锁紧，再取下探测器，对两者(该横向弹性夹持器3与探测器)的接触面进行涂胶，然后将探测器放置到工装上，打开锁紧机构松开所述横向弹性夹持器3，使得探测器与定位调节杆(横向定位调节杆1和纵向定位调节杆2)贴合并恢复到原位，重复定位精度可以达到0.001mm以内。最后锁紧横向弹性夹持杆3和纵向弹性夹持杆4，可以保证探测器在胶固化过程中不发生变形，变形量小于0.0005mm。

综上所述，本发明提供了一种可以实现星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置，包括安装平台、纵向定位调节杆、横向定位调节杆、横向弹性夹持杆、纵向弹性夹持杆、等高垫及支撑杆；该装置主要应用于探测器相对于基准块具有高精度的三轴指向精度及几何空间位置要求的精密胶接装配，通过结合探测器的测量设备(三坐标影像仪等视觉测量系统)可以实现探测器相对于基准块的六自由的精密调整及胶接装配；本发明通过六根定位杆和六根夹持杆的精密调整、定位及锁死功能，可以实现探测器相对于基准块的任意空间位置固定、两者之间的涂胶空间精密控制，保证取下探测器涂胶重新安装的重复定位精度很高，重复定位精度可达0.001mm，同时可以防止胶固化过程中出现变形的功能；本发明通过调节横向定位杆和对应夹持杆的横向空间位置、纵向定位杆和夹持杆的纵向空间位置以及选用不同规格的等高垫，可以灵活调整探测器的操作空间，适应不同规格尺寸的探测器和基准块的胶接装配。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种实现星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的辅助装置，其特征在于，包含三根横向定位调节杆(1)、三根纵向定位调节杆(2)、三根横向弹性夹持杆(3)和三根纵向弹性夹持杆(4)，设置在一安装台(5)上；所述安装台(5)上设有基准块(7)，探测器夹持器(8)置于所述基准块(7)之上，所述探测器夹持器(8)用于夹持所述探测器；所述三根横向定位调节杆(1)和所述三根横向弹性夹持杆(3)围绕所述探测器夹持器(8)设置；每个所述横向弹性夹持杆(3)与相应的一横向定位调节杆(1)相对设置，每个所述纵向弹性夹持杆(4)靠近相应的一纵向定位调节杆(2)；所述横向定位调节杆(1)与所述纵向定位调节杆(2)以及各自对应的横向弹性夹持杆(3)与纵向弹性夹持杆(4)分别与所述探测器夹持器(8)接触，实现所述探测器的任意空间位置固定和涂胶空间的控制。

2.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述安装台(5)下端设置若干个支撑杆(6)，用于支撑所述安装台(5)。

3.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述三根横向定位调节杆(1)和/或所述三根纵向定位调节杆(2)的靠近探测器的一端采用不锈钢材料制成的精密光滑的圆头；

所述三根横向弹性夹持杆(3)的靠近探测器的一端采用塑料制成的圆头。

4.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

任意一所述横向定位调节杆(1)和与其相对设置的所述横向弹性夹持杆(3)同轴设置。

5.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述横向定位调节杆(1)、所述纵向定位调节杆(2)和所述横向弹性夹持杆(3)分别与所述探测器夹持器(8)之间是点面接触方式。

6.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述横向定位调节杆(1)和所述纵向定位调节杆(2)均具有刻度显示。

7.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述安装台(5)上的横向定位调节杆(1)、纵向定位调节杆(2)、横向弹性夹持杆(3)和纵向弹性夹持杆(4)的空间位置均可调。

8.如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，

所述三根横向定位调节杆(1)分别为第一横向定位调节杆(101)、第二横向定位调节杆(102)和第三横向定位调节杆(103)，第二横向定位调节杆(102)和第三横向定位调节杆(103)的轴线相互平行，所述第一横向定位调节杆(101)和第二横向定位调节杆(102)的轴线相互垂直；当调整所述第一横向定位调节杆(101)时，使所述探测器沿着第一横向定位调节杆(101)轴线方向上进行移动；

当调整第三横向定位调节杆(103)和第二横向定位调节杆(102)时，使所述探测器沿着第二横向定位调节杆(102)轴线方向上进行移动；

当调整第三横向定位调节杆(103)或第二横向定位调节杆(102)时，使所述探测器逆时针或顺时针旋转。

9.一种基于如权利要求1～8中任意一项所述的辅助装置的星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：

步骤S1、调整安装台(5)上的横向定位调节杆(1)、纵向定位调节杆(2)、横向弹性夹持杆(3)和纵向弹性夹持杆(4)的空间位置，使所述横向定位调节杆(1)与探测器夹持器的接触位置等高；

步骤S2、将基准块(7)装配到所述安装台(5)上，通过测量设备测量所述基准块(7)上的基准面，建立探测器装配基准坐标系，将探测器夹持器放到基准块(7)之上；将所述横向定位调节杆(1)与所述纵向定位调节杆(2)及各自对应的横向弹性夹持杆(3)和纵向弹性夹持杆(4)分别与所述探测器夹持器(8)接触；

步骤S3、通过测量设备测量探测器光敏面并获取探测器的三轴指向位置；通过三根纵向定位调节杆(2)实现探测器的平行度偏差调整，并通过三根横向定位调节杆(1)与相应的三根横向弹性夹持杆(3)的相互配合实现探测器的对中偏差和旋转偏差调整；探测器位置调整后，通过三根纵向定位调节杆(2)精确调整探测器涂胶空间；

步骤S4、保持横向定位调节杆(1)和纵向定位调节杆(2)不动，拉开所述横向弹性夹持器(3)并锁紧，再取下所述探测器并对两者的接触面进行涂胶，将探测器放置到工装上，松开所述横向弹性夹持器(3)，使得探测器与定位调节杆贴合并恢复到原位，最后锁紧横向弹性夹持杆(3)和纵向弹性夹持杆(4)，使得探测器在胶固化过程中不发生变形。

10.如权利要求9所述的星敏感器探测器六自由度精密胶接装配的方法，其特征在于，

所述三根横向定位调节杆(1)分别为第一横向定位调节杆(101)、第二横向定位调节杆(102)和第三横向定位调节杆(103)，第二横向定位调节杆(102)和第三横向定位调节杆(103)的轴线相互平行，所述第一横向定位调节杆(101)和第二横向定位调节杆(102)的轴线相互垂直；当调整所述第一横向定位调节杆(101)时，使所述探测器沿着第一横向定位调节杆(101)轴线方向上进行移动；

当调整第三横向定位调节杆(103)和第二横向定位调节杆(102)时，使所述探测器沿着第二横向定位调节杆(102)轴线方向上进行移动；

当调整第三横向定位调节杆(103)或第二横向定位调节杆(102)时，使所述探测器逆时针或顺时针旋转。

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