CN114200634B - 一种空间相机指向反射镜组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间相机指向反射镜组件，采用嵌套对反射镜两侧面进行支撑，反射镜两侧开盲孔，使反射镜与嵌套采用销钉固定连接同时进行粘接，保证了反射镜与结构件的安装刚度；根据组件质心高度在嵌套法兰上设置转轴定位孔，转轴通过转轴定位孔定位并固定安装后进行轴系组合精加工，保证了组件回转轴线通过组件质心；同时在嵌套法兰所设转轴定位孔附近开应力消除槽，提高嵌套安装面的柔性，降低安装面不平度对反射镜面型的影响，有利于保证反射镜的面型精度。本发明特别适用于尺寸较大、长宽比较大、面型精度要求高的反射镜。

Description

一种空间相机指向反射镜组件

技术领域

本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种航天光学相机指向系统中的反射镜组件。

背景技术

在随着我国应用卫星事业的不断发展，对空间遥感器的要求越来越高，指向镜(又称摆镜或扫描镜)也越来越多应用于在轨遥感相机。一方面，采用带指向镜的扫描系统可以实现在不增大遥感器口径的同时增大遥感器视场，大大降低空间相机的研制成本；另一方面，通过指向镜沿穿轨方向的摆动，遥感器可以快速定位，获取特定区域的目标图像，减少了整星机动需求，提高了卫星的响应能力。

空间指向镜作为活动部件，特点是以转轴连接作为与外部的接口，在轨工作时空间位置随转角变化而变动。除满足常规空间反射镜在底面装配的重力面型要求，热变形要求，装配变形要求等，还要考虑在工作状态下外部载荷对面型的影响。设计指向镜组件时，除要考虑常规空间反射镜的材料选择、轻量化设计等，对于大口径指向镜还要重点考虑支撑问题，而且转动惯量越小越好。

国内外常见的指向反射镜支撑结构形式：

1)背部支撑。背部安装为目前空间反射镜的常用安装方式，一般选择合适的位置加工定位孔，粘接与反射镜热膨胀系数相匹配的的柔性支撑环节，柔性支撑结构以一定的组合方式连接到支撑背框。对于指向镜支撑，需要在背框两侧增加接口，分别安装两侧转轴，确保转轴通过组件质心。由于存在支撑背框，会增加整个组件的质量和转动惯量，适合尺寸较大，长宽比较小的反射镜。

2)周边支撑。最典型将反射镜置于镜框内，镜框外再安装转轴。镜座外形尺寸与质量都较大，装配应力较小，适用于比较小尺寸的反射镜，且要求反射镜工作环境温度相对稳定。对于面型要求比较高的摆镜，也可以在镜框安装环节设置减少应力的柔性环节，以减少装配应力和由于环境温度变化产生的热应力。

3)侧面支撑。侧面支撑以发射镜的两个侧面作为定位基准，在两侧面对称加工盲孔，采用与反射镜热膨胀系数相匹配的材料通过胶接的方式粘接到反射镜盲孔处，再通过转轴安装到支撑结构。这种方式在环境温度变化时反射镜在轴向的热变形受到机械结构的限制，会产生应力，应力向镜面传递会导致面型质量的下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种空间相机指向反射镜组件，采用嵌套对反射镜两侧面进行支撑，反射镜两侧开盲孔，使反射镜与嵌套采用销钉固定连接同时进行粘接，保证了反射镜与结构件的安装刚度；根据组件质心高度在嵌套法兰上设置转轴定位孔，转轴通过转轴定位孔定位并固定安装后进行轴系组合精加工，保证了组件回转轴线通过组件质心；同时在嵌套法兰所设转轴定位孔附近开应力消除槽，提高嵌套安装面的柔性，降低安装面不平度对反射镜面型的影响，有利于保证反射镜的面型精度。本发明特别适用于尺寸较大、长宽比较大、面型精度要求高的反射镜。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，包括反射镜，嵌套，嵌套销钉，转轴和转轴销钉；

反射镜两侧面设有盲孔，嵌套包括嵌套圆柱和嵌套安装法兰，嵌套安装法兰设于嵌套圆柱一端，嵌套圆柱另一端与所述盲孔配后，通过嵌套销钉实现反射镜和嵌套的固定连接；

转轴包括转轴主体和转轴安装法兰，转轴安装法兰设于转轴主体一端；嵌套安装法兰设有转轴定位孔，转轴安装法兰设有安装定位轴，嵌套与转轴通过所述转轴定位孔与安装定位轴的配合实现定位，并利用转轴销钉固定连接。

进一步的，所述反射镜背面设有镜体销钉孔，嵌套中的嵌套圆柱设有第一嵌套销钉孔，所述嵌套销钉穿过镜体销钉孔与第一嵌套销钉孔配合，实现反射镜和嵌套的固定连接；

所述转轴的转轴安装法兰设有转轴销钉孔，嵌套中的嵌套安装法兰设有第二嵌套销钉孔，所述转轴销钉穿过转轴销钉孔和第二嵌套销钉孔，实现嵌套与转轴的固定连接。

进一步的，所述嵌套中的嵌套圆柱侧面设有贮胶槽，所述贮胶槽深0.1～0.2mm，嵌套圆柱另一端与所述盲孔配合后，通过贮胶槽内的黏胶实现反射镜和嵌套的胶接，并通过嵌套销钉实现反射镜和嵌套的固定连接。

进一步的，所述嵌套中的嵌套安装法兰还设有嵌套螺纹连接孔，转轴的转轴安装法兰还设有转轴螺纹连接通孔，螺钉与嵌套螺纹连接孔和转轴螺纹连接通孔紧固后，所述转轴销钉穿过转轴销钉孔和第二嵌套销钉孔，实现嵌套与转轴的固定连接。

进一步的，嵌套中的嵌套安装法兰上设有与嵌套螺纹连接孔一一对应的应力消除槽；

所述应力消除槽的槽宽为0.5～2mm；

所述应力消除槽与嵌套螺纹连接孔个数相等，均为4个，应力消除槽用于减轻螺钉连接产生的强迫应力，基本与嵌套螺纹连接孔距离相等。

进一步的，所述镜体销钉孔和第一嵌套销钉孔垂直嵌套轴向；

所述镜体销钉孔、第一嵌套销钉孔和嵌套销钉分别为2个。

进一步的，所述第二嵌套销钉孔和转轴销钉孔均平行转轴轴向；

所述第二嵌套销钉孔、转轴销钉孔和转轴销钉分别为2个。

进一步的，所述反射镜为平面反射镜，反射镜部设有减重槽及基准面。

进一步的，所述嵌套采用金属材料，嵌套所用金属材料与反射镜材料的热膨胀系数之差≤反射镜材料的热膨胀系数的10％。

进一步的，所述转轴定位孔的轴线与反射镜组件回转轴线共线，并通过反射镜组件质心，转轴定位孔与安装定位轴间隙配合。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明空间相机指向反射镜组件中，使嵌套和反射镜之间，通过粘接和销钉双重固定，可以提高嵌套的安装位置精度，避免单纯由胶粘接造成的胶接强度不足的问题，提高了反射镜组件的整体连接刚度和强度；采用销钉定位的方式可以保证反复拆装后轴系的安装精度；

(2)本发明空间相机指向反射镜组件中，采用嵌套作为反射镜侧面孔与组件回转轴的过度环节，不要求反射镜侧面孔必须通过组件质心，仅需嵌套法兰所设转轴定位孔的轴线通过反射镜组件质心，提高了结构设计的灵活度；避免了安装配重进行配平，造成的质量及转动惯量的增加；

(3)本发明空间相机指向反射镜组件中，嵌套法兰螺钉连接孔附近开应力消除槽，使嵌套成为轴向设置的柔性结构，可以释放由于温度变化及安装面不平度带来的面型扰动，同时在径向保持较好的强度和刚度，在满足使用要求的情况下，也可以在轴系的一端使用深沟球轴承，轴向可以相对移动，以补偿平面镜因热变形产生的变化，特别适用于尺寸较大、长宽比较大、面型精度要求高的反射镜。

附图说明

图1为本发明一种空间相机指向反射镜组件爆炸图；

图2为本发明一种空间相机指向反射镜装配剖视图；

图3为本发明一种空间相机指向反射镜中反射镜示意图；

图4为本发明一种空间相机指向反射镜中嵌套结构示意图；

图5为本发明一种空间相机指向反射镜中转轴结构示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1和2，本发明公开了一种空间相机平面反射镜指向组件，采用嵌套对反射镜进行两侧支撑，包括反射镜1、嵌套2、嵌套销钉6、转轴3、转轴销钉5；

如图3，反射镜1为平面反射镜，镜体背后设置减轻槽，镜体两侧中心设置圆形盲孔，镜背部有基准面，镜体的嵌套安装位置设置镜体销钉孔102。

如图4，嵌套2采用与反射镜热膨胀相匹配的金属材料，具体的说，嵌套2所用金属材料与反射镜1材料的热膨胀系数之差≤反射镜1材料的热膨胀系数的10％，嵌套2嵌套圆柱和嵌套安装法兰，嵌套圆柱的外圆柱面设有贮胶槽，用来保障胶层厚度，确保胶结时的粘接力有足够裕度。。嵌套圆柱上设置两个第一嵌套销钉孔202。安装时嵌套销钉6穿过镜体销钉孔102深入第一嵌套销钉孔202。嵌套2中的嵌套安装法兰设有第二嵌套销钉孔203，还设有嵌套螺纹连接孔204，通过设计确定组件回转轴线位置并在嵌套法兰端面上设置转轴定位孔206，转轴定位孔206轴线通过组件质心，嵌套安装法兰端面设置应力消除槽205，用于降低安装面不平度对反射镜面型的影响。

如图5，转轴3包括转轴主体和转轴安装法兰，转轴法兰安装面外端伸出安装定位轴301，与嵌套法兰上的不完整的转轴定位孔206配合进行粗定位，具体的，由于反射镜1为背部开口轻量化方式，镜体质量分布在厚度方向不对称，造成反射镜1质心不在厚度尺寸中心，而是偏镜面一侧，所以转轴定位孔206为不完整的孔。转轴3的转轴安装法兰设有转轴销钉孔303，转轴3的转轴安装法兰还设有转轴螺纹连接通孔304，在嵌套螺纹连接孔204和转轴螺纹连接通孔304中安装螺钉4紧固，并使转轴销钉5穿过转轴销钉孔303和第二嵌套销钉孔203后，精加工两端轴系，保证轴系的同轴度和圆柱度。

实施例1：

装配前对嵌套2的嵌套法兰端面进行研磨，保证平面度达到0.002mm。

嵌套2中的嵌套圆柱201外圆与反射镜1两侧盲孔101直径进行配做，保证满足胶层厚度的间隙。嵌套2上的第一嵌套销钉孔202与反射镜1的镜体销钉孔102进行配做，最后配做嵌套销钉6。

将嵌套2与嵌套销钉6安装到反射镜1后，向嵌套圆柱201侧面所设贮胶槽注胶内的注胶孔注胶，将嵌套2安装到位。胶固化后安装两端转轴3。转轴3的安装定位轴301与转轴定位孔206采用间隙配合。安装螺钉4紧固后配打转轴销钉5。最后对整个组件进行安装转轴主体302进行组合加工，保证两端轴的圆柱度和同轴度。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，包括反射镜(1)，嵌套(2)，嵌套销钉(6)，转轴(3)和转轴销钉(5)；

反射镜(1)两侧面设有盲孔(101)，嵌套(2)包括嵌套圆柱和嵌套安装法兰，嵌套安装法兰设于嵌套圆柱一端，嵌套(2)中的嵌套圆柱侧面设有贮胶槽，嵌套圆柱另一端与所述盲孔(101)配合后，通过贮胶槽内的黏胶实现反射镜(1)和嵌套(2)的胶接，并通过嵌套销钉(6)实现反射镜(1)和嵌套(2)的固定连接；

转轴(3)包括转轴主体和转轴安装法兰，转轴安装法兰设于转轴主体一端；嵌套安装法兰设有转轴定位孔(206)，转轴安装法兰设有安装定位轴(301)，嵌套(2)与转轴(3)通过所述转轴定位孔(206)与安装定位轴(301)的配合实现定位，并利用转轴销钉(5)固定连接；

所述反射镜(1)背面设有镜体销钉孔(102)，嵌套(2)中的嵌套圆柱设有第一嵌套销钉孔(202)，所述嵌套销钉(6)穿过镜体销钉孔(102)与第一嵌套销钉孔(202)配合，实现反射镜(1)和嵌套(2)的固定连接；

所述转轴(3)的转轴安装法兰设有转轴销钉孔(303)，嵌套(2)中的嵌套安装法兰设有第二嵌套销钉孔(203)，所述转轴销钉(5)穿过转轴销钉孔(303)和第二嵌套销钉孔(203)，实现嵌套(2)与转轴(3)的固定连接；

所述嵌套(2)中的嵌套安装法兰还设有嵌套螺纹连接孔(204)，转轴(3)的转轴安装法兰还设有转轴螺纹连接通孔(304)，螺钉与嵌套螺纹连接孔(204)和转轴螺纹连接通孔(304)紧固后，所述转轴销钉(5)穿过转轴销钉孔(303)和第二嵌套销钉孔(203)，实现嵌套(2)与转轴(3)的固定连接；

所述嵌套(2)中的嵌套安装法兰上设有与嵌套螺纹连接孔(204)一一对应的应力消除槽(205)；

所述应力消除槽(205)的槽宽为0.5～2mm；

所述应力消除槽(205)与嵌套螺纹连接孔(204)个数相等，均为4个；

所述嵌套(2)采用金属材料，嵌套(2)所用金属材料与反射镜(1)材料的热膨胀系数之差≤反射镜(1)材料的热膨胀系数的10％。

2.根据权利要求1所述的一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，所述贮胶槽深0.1～0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，所述镜体销钉孔(102)和第一嵌套销钉孔(202)垂直嵌套(2)轴向；

所述镜体销钉孔(102)、第一嵌套销钉孔(202)和嵌套销钉(6)分别为2个。

4.根据权利要求1所述的一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，所述第二嵌套销钉孔(203)和转轴销钉孔(303)均平行转轴(3)轴向；

所述第二嵌套销钉孔(203)、转轴销钉孔(303)和转轴销钉(5)分别为2个。

5.根据权利要求1所述的一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，所述反射镜(1)为平面反射镜，反射镜(1)背部设有减重槽及基准面。

6.根据权利要求1所述的一种空间相机指向反射镜组件，其特征在于，所述转轴定位孔(206)的轴线与反射镜组件回转轴线共线，并通过反射镜组件质心，转轴定位孔(206)与安装定位轴间隙配合。