CN115079366B - 空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，通过在滤光窗口和支撑结构设置缓冲间隙ε，并在缓冲间隙ε内均设注胶带，在注胶带内开设矩形阵列式的注胶孔，再将粘结力小而韧性好的胶注入注胶孔内，并在激光干涉仪的监测下进行压紧，待胶固化后即完成滤光窗口与支撑结构之间的安装。滤光窗口依靠多个注胶点自适应支撑结构实现与支撑结构的隔离，使得装配完成后的滤光窗口处于一个自由度全释放的环境，避免了支撑机构受温度影响发生变形从而对反射镜面型产生影响，实现在轨大温差条件下能保证滤光窗口玻璃的面型精度。
Description
技术领域
本发明涉及空间成像光谱仪技术领域，特别涉及一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法。
背景技术
空间对日成像光谱仪需要直视太阳进行成像工作，由于太阳的辐射亮度是地面辐射亮度的1×105倍，因此成像光谱仪不能直接对日成像，需要在成像光谱仪和太阳之间加装一个滤光窗口，这个滤光窗口需要过滤掉90％的太阳能量，以此来保证成像光谱仪的探测器能正常工作而不因为光强太强导致探测器饱和。
由于滤光窗口要覆盖整个成像光谱仪的入光口，体积和重量都较大，如果安装在光谱仪上会导致光谱仪质心偏移，且滤光窗口的变形会导致光谱仪成像质量下降，因此滤光窗口需要安装在卫星舱板上，与成像光谱仪有一定距离。而滤光窗口安装在卫星舱板外部，其整体暴露于冷黑空间，窗口玻璃受太阳光直射使得所处热环境非常恶劣，导致滤光窗口地面装调和在轨使用温度相差15℃以上，同时还需要保证光学镜片(直径＞φ200mm)高面形精度要求(面形rms值优于12nm)。因此滤光窗口的地面装调工艺需要保证其在轨的大容差适应能力，即保证大温差变化下滤光窗口光学玻璃的面形稳定，从而保证光谱仪的高像质成像。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中滤光窗口地面装调和在轨使用温度相差大导致滤光窗口光学玻璃的面型不稳定的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，包括以下步骤：
S10、提供所述滤光窗口以及用于支撑所述滤光窗口的支撑结构，所述滤光窗口设置在空间成像光谱仪与太阳之间；
S20、设置所述滤光窗口的装配工艺参数，所述装配工艺参数包括在窗口玻璃和所述支撑结构之间设置足够的缓冲间隙ε和依据所述缓冲间隙ε设置的多个注胶带组，多个所述注胶带组均匀布置于所述缓冲间隙ε内，每个所述注胶带组包括至少一个注胶带，每个所述注胶带的长度与所述缓冲间隙ε的宽度一致且每个所述注胶带内开设有呈矩阵式对称注胶孔；
S30、将所述窗口玻璃安装在所述支撑结构的内部，使所述窗口玻璃与所述支撑结构之间存在的间隙大于所述缓冲间隙ε；
S40、对所述注胶孔进行注胶；
S50、在激光干涉仪的监测下，将所述窗口玻璃与所述支撑结构的间隙压紧至所述缓冲间隙ε；
S60、通过微应力固化对胶进行固化，固化后即完成了对所述滤光窗口与所述支撑结构的安装。
可选地，在所述步骤S30之前还包括对所述滤光窗口进行试装，以判断所述窗口玻璃的圆柱度和所述支撑结构的圆柱度是否匹配，所述窗口玻璃是否可以在所述支撑结构中自由运动。
可选地，所述缓冲间隙ε的大小依据所述窗口玻璃的直径尺寸D来确定：ε＝0.2+△λ×D/2×△t(mm)；其中，△λ＝λ2-λ1(λ2为支撑结构件热膨胀系数，λ1为窗口玻璃的热膨胀系数)；△t为在轨和地面装调的温差。
可选地，所述注胶孔的分布角度范围α＝360/n；其中，n为注胶孔数量，且所述注胶孔数量n取偶数，以抵消对面胶粒带来的应力。
可选地，所述注胶孔数量n依据所述窗口玻璃的直径设置。
可选地，所述步骤S30中，通过塞尺来固定所述窗口玻璃与所述支撑结构之间的间隙。
可选地，所述步骤S40中，所述注胶孔的注胶顺序为根据对称点依次注入。
可选地，所述窗口镜片厚度超过25mm时，每个所述注胶带组包括两个并排设置的注胶带。
可选地，注入所述注胶孔的胶粒直径为φ3mm-φ5mm之间。
可选地，所述微应力固化为“常温固化+后固化”的固化工艺路线或“高温固化”的快速固化工艺路线。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：
本发明提供一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，通过在滤光窗口和支撑结构设置缓冲间隙ε，并在缓冲间隙ε内均设注胶带，在注胶带内开设矩形阵列式的注胶孔，再将粘结力小而韧性好的胶注入注胶孔内，并在激光干涉仪的监测下进行压紧，待胶固化后即完成滤光窗口与支撑结构之间的安装。滤光窗口依靠多个注胶点自适应支撑结构实现与支撑结构的隔离，使得装配完成后的滤光窗口处于一个自由度全释放的环境，避免了支撑机构受温度影响发生变形从而对反射镜面型产生影响，实现在轨大温差条件下能保证滤光窗口玻璃的面型精度，并且具有很好的抗地面力学冲击的能力。
附图说明
图1是本申请提供的空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法一实施例中前置滤光窗口与支撑结构的装配示意图。
图2是本申请提供的空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法一实施例中注胶带的结构示意图。
图3是本申请提供的空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法一实施例中注胶顺序示意图。
附图标记说明如下：
10、窗口玻璃；20、支撑结构；30、缓冲间隙ε；40、注胶带组；50、注胶带；60、注胶孔。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本申请提供了一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，前置的滤光窗口在地面调试温度和在轨工作温度差异较大(温差在15℃以上)的情况下工作，为防止结构件由于温度变化产生变形影响滤光窗口玻璃10的面形值，基于阻尼设计思想，提出了窗口玻璃10自适应装配工艺。
现以圆形双层滤光窗口玻璃10的前置滤光窗口为例进行说明，该装配方法包括以下步骤：
步骤S10，提供滤光窗口以及用于支撑滤光窗口的支撑结构20，滤光窗口设置在空间成像光谱仪与太阳之间。
具体地，由于空间成像光谱仪不能直接对日成像，通过在空间成像光谱仪和太阳之间加装一个滤光窗口，则可以过滤掉90％的太阳能量，用于支撑滤光窗口的支撑结构20安装在卫星舱板外部，进而通过支撑结构20使得滤光窗口安装在卫星舱板外部。
步骤S20，请参阅图1和图2，设置滤光窗口的装配工艺参数，装配工艺参数包括在窗口玻璃10和支撑结构20之间设置足够的缓冲间隙ε30和依据缓冲间隙ε30设置的多个注胶带组40，多个注胶带组40均匀布置于缓冲间隙ε30内，每个注胶带组40包括至少一个注胶带50，每个注胶带50的长度与缓冲间隙ε30的宽度一致，如图2所示，每个注胶带50内开设有呈矩阵式对称的注胶孔60。
具体地，在本实施例中缓冲间隙ε30的大小依据所述窗口玻璃10的直径尺寸D来确定：
ε＝0.2+△λ×D/2×△t(mm)；
其中，△λ＝λ2-λ1(λ2为支撑结构20件热膨胀系数，λ1为窗口玻璃10的热膨胀系数)；△t为在轨和地面装调的温差。
注胶孔60设置在缓冲间隙ε30中，注胶孔60的大小依据缓冲间隙ε30的大小设置，而注胶孔60的分布角度范围α＝360/n；其中，n为注胶孔60数量，注胶孔60数量n依据窗口玻璃10的直径设置，例如，φ220mm的窗口玻璃10，n取20-24即可，且要取偶数，以用来抵消对面胶粒带来的应力。
如果窗口镜片厚度超过25mm时，每个注胶带组40包括两个并排设置的注胶带50，增加每个注胶带50的注胶孔60以在窗口镜片厚度大质量增加时，注胶后仍保证粘附力和良好的韧性。
步骤S30，将窗口玻璃10安装在支撑结构20的内部，使窗口玻璃10与支撑结构20之间存在的间隙大于缓冲间隙ε30。
进一步地，在步骤S30之前还包括试装，即对滤光窗口进行试装，以判断窗口玻璃10的圆柱度和支撑结构20的圆柱度是否匹配，窗口玻璃10是否可以在支撑结构20中自由运动。
预装即将窗口玻璃10安装在支撑结构20的内部，且窗口玻璃10处于自由可调整状态，即窗口玻璃10与支撑结构20之间存有间隙。在本实施例中，窗口玻璃10和支撑结构20件之间的单边间隙为0.25mm。具体地安装时，将窗口玻璃10装入支撑结构20内，安装时慢慢旋转窗口玻璃10，旋转方式为顺时针旋转或逆时针旋转，即不改变旋转方向以同一方向旋转，以保证窗口玻璃10和支撑结构20之间的间隙周向均匀，窗口玻璃10和支撑结构20之间的间隙可以通过塞尺(图中未示出)进行固定，以保证间隙的宽度不发生改变，塞尺的数量不作限制。
步骤S40，通过对注胶孔60进行注胶。
注胶是滤光窗口玻璃10自适应装配的核心环节。注胶环节中胶的选择，选用粘度大、不易流动、粘接力不强但干胶后弹性大的胶。注胶的顺序为注入一个注胶孔60后，再对其对称点注入。如图3所示的本实施例的注胶顺序为：a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、i1、i2、j1、j2。注胶时控制好注胶粒的直径保持一致性，胶粒直径要控制在φ3mm-φ5mm之间，若胶粒直降偏大在φ5mm，则所有胶粒的直径均应在控制在φ5mm。胶粒直径保持一致性的情况下，可以避免窗口玻璃10与支撑结构20压紧时发生应力变形。
步骤S50，在激光干涉仪的监测下，将窗口玻璃10与支撑结构20的间隙压紧至缓冲间隙ε30。
注胶完成后，需要对窗口玻璃10在激光干涉仪的监测下，将其与支撑结构20的间隙压紧至缓冲间隙ε30，压紧步骤是保证窗口玻璃10自适应装配的重要环节。若压的过紧，则无法实现窗口玻璃10的自适应装配，并产生支撑结构20变形进而导致窗口玻璃10面形发生变化；若压的过松，则窗口玻璃10在轴向会产生位移，在力学试验时窗口玻璃10和支撑结构20会发生碰撞，导致窗口玻璃10产生应力变形甚至破坏。因此在拧紧压圈时需要用激光干涉仪观测窗口玻璃10面形值，以面形值不发生任何变化为标记，作为压紧的判据。
步骤S60，通过微应力固化对胶进行固化，固化后即完成了对所述滤光窗口与所述支撑结构20的安装。
固化是胶缓慢释放粘接应力的关键步骤，可以通过“常温固化+后固化”的固化工艺路线或“高温固化”的快速固化工艺路线对固化工艺进行控制。“常温固化+后固化”是指除了一些特殊的快干胶外，其余胶在室温固化(20℃-30℃)时间较长，7-10天完成初固化，可以在45℃-50℃左右的条件下放置在高低温箱中进行后固化，固化效果更好；如果时间不允许，也可直接“高温固化”，在60℃左右的条件下放置在高低温箱中进行固化，1天即可完成固化，固化快但应力较大。可以根据自身的特点选择固化工艺，在固化尚未完成前不能进行任何操作以避免产生应力不均匀。
本申请提供的一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，通过在滤光窗口和支撑结构20设置缓冲间隙ε30，并在缓冲间隙ε30内均设注胶带50，在注胶带50内开设矩形阵列式的注胶孔60，再将粘结力小而韧性好的胶注入注胶孔60内，窗口玻璃10依靠多个注胶点自适应支撑结构20，使得装配完成后的滤光窗口处于一个自由度全释放的环境，避免了支撑机构受温度影响发生变形从而对反射镜面型产生影响，还可以保证地面力学环境试验和火箭发射主动段的振动对滤光窗口镜体不会产生影响。该装配方法经过了实际操作验证，操作简单，解决了设计上镜体自适应难以实现的问题，对各种成像光谱仪的前置滤光窗口均有很好的借鉴意义。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种空间成像光谱仪大容差前置滤光窗口的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、提供所述滤光窗口以及用于支撑所述滤光窗口的支撑结构，所述滤光窗口设置在空间成像光谱仪与太阳之间；
S20、设置所述滤光窗口的装配工艺参数，所述装配工艺参数包括在窗口玻璃和所述支撑结构之间设置足够的缓冲间隙ε和依据所述缓冲间隙ε设置的多个注胶带组，多个所述注胶带组均匀布置于所述缓冲间隙ε内，每个所述注胶带组包括至少一个注胶带，每个所述注胶带的长度与所述缓冲间隙ε的宽度一致且每个所述注胶带内开设有呈矩阵式对称注胶孔；
S30、将所述窗口玻璃安装在所述支撑结构的内部，使所述窗口玻璃与所述支撑结构之间存在的间隙大于所述缓冲间隙ε；
S40、对所述注胶孔进行注胶；
S50、在激光干涉仪的监测下，将所述窗口玻璃与所述支撑结构的间隙压紧至所述缓冲间隙ε；
S60、通过微应力固化对胶进行固化，固化后即完成了对所述滤光窗口与所述支撑结构的安装。
2.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，在所述步骤S30之前还包括对所述滤光窗口进行试装，以判断所述窗口玻璃的圆柱度和所述支撑结构的圆柱度是否匹配，所述窗口玻璃是否可以在所述支撑结构中自由运动。
3.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述缓冲间隙ε的大小依据所述窗口玻璃的直径尺寸D来确定：ε＝0.2+△λ×D/2×△t；△λ＝λ2-λ1；其中，λ2为支撑结构热膨胀系数，λ1为窗口玻璃的热膨胀系数；△t为在轨和地面装调的温差；所述缓冲间隙ε的单位为mm。
4.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述注胶孔的分布角度范围α＝360/n；其中，n为注胶孔数量，且所述注胶孔数量n取偶数，以抵消对面胶粒带来的应力。
5.根据权利要求4所述的装配方法，其特征在于，所述注胶孔数量n依据所述窗口玻璃的直径设置。
6.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述窗口玻璃厚度超过25mm时，每个所述注胶带组包括两个并排设置的注胶带。
7.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述步骤S30中，通过塞尺来固定所述窗口玻璃与所述支撑结构之间的间隙。
8.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述步骤S40中，所述注胶孔的注胶顺序为根据对称点依次注入。
9.根据权利要求8所述的装配方法，其特征在于，注入所述注胶孔的胶粒直径为φ3mm-φ5mm之间。
10.根据权利要求1所述的装配方法，其特征在于，所述微应力固化为“常温固化+后固化”的固化工艺路线或“高温固化”的快速固化工艺路线。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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