CN113884018A - 空间环境下二维高精度转台及其真空低温下变形测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空间环境下二维高精度转台及其真空低温下变形测量方法,包括：经纬仪、反射镜片、窗口镜。反射镜片需在真空低温下，粘贴在变形敏感面上或其法线上，窗口镜为光线出入真空罐提供光学通道，并保证罐内外压差。经纬仪提供输出光线并观测反射回的靶标，通过转台热变形前后返回靶标位置的差异计算某特定方向的热变形量。本发明通过对高精度转台的热变形检测，校正转台在光学测试中引入的热变形误差，确保转台在真空低温下光学测试中的精度要求。
Description
技术领域
本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种空间环境下二维高精度转台及其真空低温下变形测量方法，尤其是一种空间环境下用于光学测量的高精度转台的变形测量方法。
背景技术
高精度转台在真空低温下使用，主要用于承载航天器以一定角度和速度运动，满足光学和热学等测试需求。真空低温环境主要用于在地面模拟太空环境，一般在地面模拟空间环境，真空环境模拟器内真空度达到1×10-3Pa，周围热沉温度达到100K，需要为热沉持续通液氮以维持深低温环境。
抽真空建立真空环境会造成空间环境模拟器及罐内安装基准的变形，另外，环境到达100K，即使对转台实施了温控措施，但由于内部温差等因素可能导致转台发生微变形。从而导致转台上航天器位置或角度发生变换，影响光学或热学测试精度。
转台要求低的时候(精度1′以上)，变形引起的误差基本可忽略。而随着航天器探测精度提高，分辨率提升，且新型光学测试需求不断提出，转台的精度要求越来越高，已经达到5角秒以内，因此转台的微变形引起的误差就成为了突出矛盾。需要在光学测试中校正转台变形引入的误差，就需要对转台引入的误差实现准确测量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间环境下二维高精度转台及其真空低温下变形测量方法。
根据本发明提供的一种空间环境下二维高精度转台，包括经纬仪、反射镜片以及窗口镜，其中：
所述经纬仪配备有三维调节平台，能够调节上下、左右、前后三个方向；
窗口镜安装在空间环境模拟设备的罐门上；
反射镜片安装在不随转台变形而变形的支架上。
优选地，窗口镜的两面耐受1个大气压的压差。
优选地，反射镜片适应真空低温环境，所述低温环境为温度低于0℃的环境。
优选地，经纬仪发出的光线经过窗口镜照射到反射镜片上，由反射镜片返回至经纬仪的光线发生偏转，根据偏转量Δd和反射镜片至经纬仪的距离L得到偏转角α＝arctan(Δd/L)。
优选地，所述窗口镜采用石英玻璃平面镜。
优选地，所述窗口镜的厚度：直径不小于1：10。
优选地，经纬仪、窗口镜、反射镜片中心光轴成一条直线，并与空间环境模拟设备中心轴线重合。
优选地，所述支架安装在转台台面中心点，将反射镜片中心对齐空间环境模拟设备的罐体中轴线。
优选地，所述转台的精度优于10〞。
根据本发明提供的一种基于上述的空间环境下二维高精度转台的真空低温下变形测量方法，包括如下步骤：
初始步骤：在罐门开启的状态下，调整反射镜及经纬仪高度，与罐体中心轴线重合；
初始光路调整步骤：调整反射镜片，使反射面垂直于地面，调整经纬仪使反射光斑与出射光线重合，反射光斑与十字光标重合；
关门检测步骤：关闭罐门，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α窗；
抽真空检测步骤：设备抽真空，当真空度到达1×10-3Pa时，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α真空；
通液氮检测步骤：热沉通液氮，当热沉温度全部到达100K，转台温控稳定在15℃左右，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α低温；
计算步骤：计算真空引起的变形量为：β真空＝α真空-α窗；β低温＝α低温-α窗。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明测量精度高，采用高精度经纬仪，测量准确度达到2角秒以内，满足航天器测试需求。
2、本发明测试过程简单易操作，传递链路短，系统误差可测可校正。
3、本发明与转台的调试可同步进行，不产生多余时间成本和测试成本。
4、本发明设计的方法能够对真空、低温两大环境因素对转台造成的变形进行精确测量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的变形测量布局图。
图中示出：1-经纬仪；2-窗口镜；3-反射镜片；4-转台；5-空间环境模拟设备；6-大门；7-调整平台；8-中心轴线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种空间环境下二维高精度转台及其真空低温下变形测量方法，高精度转台包括经纬仪、反射镜片、窗口镜。
经纬仪需配备三维调节平台，可在上下、左右、前后三个方向调节。调节支架及调节平台稳定无晃动，且能支撑经纬仪对准窗口镜中心。
反射镜片需适应真空低温环境，反射镜片需安装在不随温度而变形的支架上。支架安装在转台台面中心点，主要作用是将反射镜片中心对齐罐体中轴线。
窗口镜安装在空间环境模拟设备上，镜片两面需耐受1个大气压的压差。一般采用石英玻璃平面镜，玻璃清洁无油，要求有一定厚度承受大气压，且厚度：直径不小于1：10。
窗口镜位于空间环境模拟设备中心轴线上，窗口镜法线与中心轴线重合，在空间环境模拟设备产生变形的时候只会产生轴向位移，不会产生法向变形。
经纬仪、窗口镜、反射镜片中心光轴成一条直线，并与空间环境模拟设备中心轴线重合。
测量过程如下：
步骤S1：首先在大门开启的状态下，调整反射镜及经纬仪高度，与中心轴线重合，窗口镜设置在与中心轴线重合是为了消除窗口镜带来的光路变形；
步骤S2：调整反射镜片，使反射面垂直于地面，调整经纬仪使反射光斑与出射光线重合，即反射光斑与十字光标重合。
步骤S3：关闭大门，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α窗。
步骤S4：设备抽真空，当真空度到达1×10-3Pa时，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α真空。
步骤S5：热沉通液氮，当热沉温度全部到达100K，转台温控稳定在15℃左右，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α低温。
步骤S6：真空引起的变形量为：β真空＝α真空-α窗；β低温＝α低温-α窗。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种空间环境下二维高精度转台，其特征在于，包括经纬仪、反射镜片以及窗口镜，其中：
所述经纬仪配备有三维调节平台，能够调节上下、左右、前后三个方向；
窗口镜安装在空间环境模拟设备的罐门上；
反射镜片安装在不随转台变形而变形的支架上。
2.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，窗口镜的两面耐受1个大气压的压差。
3.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，反射镜片适应真空低温环境，所述低温环境为温度低于0℃的环境。
4.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，经纬仪发出的光线经过窗口镜照射到反射镜片上，由反射镜片返回至经纬仪的光线发生偏转，根据偏转量Δd和反射镜片至经纬仪的距离L得到偏转角α＝arctan(Δd/L)。
5.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，所述窗口镜采用石英玻璃平面镜。
6.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，所述窗口镜的厚度：直径不小于1：10。
7.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，经纬仪、窗口镜、反射镜片中心光轴成一条直线，并与空间环境模拟设备中心轴线重合。
8.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，所述支架安装在转台台面中心点，将反射镜片中心对齐空间环境模拟设备的罐体中轴线。
9.根据权利要求1所述的空间环境下二维高精度转台，其特征在于，所述转台的精度优于10〞。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的空间环境下二维高精度转台的真空低温下变形测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
初始步骤：在罐门开启的状态下，调整反射镜及经纬仪高度，与罐体中心轴线重合；
初始光路调整步骤：调整反射镜片，使反射面垂直于地面，调整经纬仪使反射光斑与出射光线重合，反射光斑与十字光标重合；
关门检测步骤：关闭罐门，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α窗；
抽真空检测步骤：设备抽真空，当真空度到达1×10-3Pa时，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α真空；
通液氮检测步骤：热沉通液氮，当热沉温度全部到达100K，转台温控稳定在15℃左右，检测经纬仪返回光斑，记录此时因窗口镜引入的偏转角α低温；
计算步骤：计算真空引起的变形量为：β真空＝α真空-α窗；β低温＝α低温-α窗。
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