CN117053054B - 一种用于大口径空间相机的精密装调结构 - Google Patents

一种用于大口径空间相机的精密装调结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于大口径空间相机的精密装调结构，属于空间光学遥感技术领域，解决了现有的装调支撑装置存在的无法完全消除连接应力的问题。本发明中的一维约束平面、二维约束V型块、三维约束球碗分别与相机安装点螺栓连接并置于三个自由度释放钢球上，自由度释放钢球置于约束底面上，约束底面与压力传感器、传感器压片、滚珠轴承依次压紧相连，轴承座盖板与轴承座螺栓连接，轴承座与微调支撑块压紧相连，微调支撑块与安装板螺栓连接。本发明采用一维平面、二维V型块、三维球碗的共同约束方式，消除了相机与工装之间的连接应力，有效降低相机自重变形对整机结构的影响，使空间相机在地面装调状态下得到完全约束，适用性更强。

Description

一种用于大口径空间相机的精密装调结构
技术领域
本发明属于空间光学遥感技术领域，特别是涉及一种用于大口径空间相机的精密装调结构。
背景技术
随着我国空间光学遥感成像技术在军事领域和民用领域上的应用愈发广泛，为满足广域态势快速感知、高价值时敏目标跟踪监视等应用需求，高分辨率、超宽幅空间相机已成为重要领域。为保证最终的技术指标能够满足成像要求，空间相机的尺寸不断增大，地面环境试验和空间使用条件越发复杂。传统相机由于尺寸小，重量轻，在地面装调过程中，不同支撑方式所带来的影响不会有明显差异。随着相机质量不断增加，载荷比逐渐提高，结构本身所产生的重力变形，以及支撑工装与相机之间由于刚度、密度不同所产生的连接应力，对空间相机实验室环境下的成像质量影响越发明显。目前的装调支撑方案，一般采用三点支撑或多点支撑方式，使相机处于过约束状态，相机机身与装调工装直接通过螺栓连接，并通过提高连接面平面度、共面度的方式减小连接应力。这种支撑方式对相机安装面和工装安装面的形位公差要求高、生产成本和生产周期长，并且无法完全消除连接应力。所以为保证相机装调稳定性，需要重新设计一套装调工装，消除连接应力带来的影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于大口径空间相机的精密装调结构，可使空间相机在地面装调状态下得到完全约束，适用性更强。
为实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种用于大口径空间相机的精密装调结构，包括一维约束平面、二维约束V型块、三维约束球碗、支撑组件安装板和三个支撑组件，每一个所述支撑组件包括自由度释放钢球、约束底面、轴承座盖板、压力传感器、传感器压片、滚珠轴承、轴承座和微调支撑块；
一维约束平面、二维约束V型块、三维约束球碗分别与相机安装点螺栓连接并分别置于三个自由度释放钢球上，在每一个所述支撑组件中，自由度释放钢球置于约束底面上，约束底面与压力传感器外圈压紧相连，压力传感器内圈与传感器压片压紧相连，传感器压片与位于轴承座腔内的滚珠轴承压紧相连，轴承座盖板与轴承座螺栓连接，滚珠轴承外圈与轴承座过盈配合，滚珠轴承内圈与轴承座中的定位孔间隙配合，轴承座与微调支撑块压紧相连，微调支撑块与支撑组件安装板螺栓连接。
本发明的技术效果：本发明提供了一种用于大口径空间相机的精密装调结构，该装调结构采用1-2-3的约束方式，即采用一维平面、二维V型块、三维球碗的共同约束方式，消除了相机与工装之间的连接应力，有效降低相机自重变形对整机结构的影响，使空间相机在地面装调状态下得到完全约束。此外，装调结构中配置了高精度的压力传感器，可实时测量各支撑点受力状态，反馈测量数据，调整装调状态，保证光机系统具有良好的稳定性并且可以抵抗外界载荷对光机系统精度造成的不良影响，适用性更强。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种用于大口径空间相机的精密装调结构的结构示意图；
图2为本发明实施例中支撑组件的剖视图；
附图标记说明：1、一维约束平面；2、二维约束V型块；3、三维约束球碗；4、支撑组件安装板；5、自由度释放钢球；6、约束底面；7、轴承座盖板；8、压力传感器；9、传感器压片；10、滚珠轴承；11、轴承座；12、微调支撑块；13、支撑组件。
具体实施方式
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
参见图1至图2，本发明实施例提供一种用于大口径空间相机高精度稳定支撑的精密装调结构，该精密装调结构包括一维约束平面1、二维约束V型块2、三维约束球碗3、支撑组件安装板4和三个支撑组件13，其中每一个支撑组件13包括自由度释放钢球5、约束底面6、轴承座盖板7、压力传感器8、传感器压片9、滚珠轴承10、轴承座11和微调支撑块12。
在本实施例中，一维约束平面1、二维约束V型块2、三维约束球碗3分别与相机安装点螺栓连接，并且一维约束平面1、二维约束V型块2、三维约束球碗3分别置于三个自由度释放钢球5上，与三个自由度释放钢球5压紧。三个支撑组件13安装在支撑组件安装板4上，在每一个支撑组件13中，自由度释放钢球5置于约束底面6上，并且保证自由度释放钢球5与约束底面6球碗接触面积不低于约束底面6内球碗本身面积的80%，以保证两零件之间不会出现点接触，导致因约束不足而造成的整体结构出现微晃动的情况。约束底面6与压力传感器8外圈压紧相连，压力传感器8内全与传感器压片9压紧相连，传感器压片9与位于轴承座11腔内的滚珠轴承10压紧相连，轴承座盖板7与轴承座11通过螺栓连接，滚珠轴承10外圈与轴承座11过盈配合，滚珠轴承10内圈与轴承座11中的定位孔间隙配合，轴承座11与微调支撑块12压紧相连，微调支撑块12与支撑组件安装板4螺栓连接。微调支撑块12采用现有的支撑块实现，且微调支撑块12的表面粗糙度优于0.8，在相机落到工装前，可通过调整支撑块上方工装位置，达到在相机落到工装上后，充分释放相机及工装水平方向内应力的目的。
此外，仍参见图2，约束底面6的上表面设有球碗，自由度释放钢球5放置在该球碗内，并且球碗与自由度释放钢球的直径相匹配，二者间隙配合。约束底面6的下表面设有阶梯轴，该阶梯轴的轴肩与压力传感器8的外圈压紧相连，阶梯轴的轴端则嵌入轴承座11腔内的定位孔中，滚珠轴承10套设在定位孔的外侧，压力传感器8和传感器压片9均套设在阶梯轴的轴肩下方。
在本实施例中，一维约束平面1与支撑组件13中的自由度释放钢球5压紧，约束Z向平动；二维约束V型块2与支撑组件13中的自由度释放钢球5压紧，约束X向、Z向平动；三维约束球碗3与支撑组件13中的自由度释放钢球5压紧，约束X向、Y向、Z向平动，因此本实施例通过1-2-3约束方式达到了对相机完全约束的目的。通过将一维约束平面1、二维约束V型块2、三维约束球碗3与自由度释放钢球5、约束底面6、压力传感器8、传感器压片9、滚珠轴承10、轴承座11、微调支撑块12之间压紧，释放X向、Y向自由度，消除支撑结构内部零件间的应力，并通过压力传感器测量数值，可得到结构整体Z向压力。
有限元仿真表明本发明的精密装调结构实用有效，并通过实测相机不同方向支撑下光学系统面型，实测结果各组数据误差小于3%，证实了该结构的有效性。
本发明提供了一种应用于大口径空间相机高精度稳定支撑的精密装调结构，可使空间相机在地面装调状态下得到完全约束，通过调整支撑点位置，采用1-2-3的约束方式（一维平面、二维V型块、三维球碗）消除了相机与工装之间的连接应力，有效降低相机自重变形对整机结构的影响。此外，结构中配置了高精度压力传感器，可实时测量各支撑点受力状态，反馈测量数据，结合有限元软件迭代计算，通过装调结构下方高精度调整架调整装调状态，保证光机系统具有良好的稳定性并且可以抵抗外界载荷对光机系统精度造成的不良影响，适用性更强。同时，本发明的精密装调结构对连接面平面度、工面度要求不高，结构简单，且各组件易于加工，生产周期和生产成本都得到了进一步的降低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种用于大口径空间相机的精密装调结构，其特征在于，包括一维约束平面（1）、二维约束V型块（2）、三维约束球碗（3）、支撑组件安装板（4）和三个支撑组件（13），每一个所述支撑组件（13）包括自由度释放钢球（5）、约束底面（6）、轴承座盖板（7）、压力传感器（8）、传感器压片（9）、滚珠轴承（10）、轴承座（11）和微调支撑块（12）；
一维约束平面（1）、二维约束V型块（2）、三维约束球碗（3）分别与相机安装点螺栓连接并分别置于三个自由度释放钢球（5）上，在每一个所述支撑组件（13）中，所述约束底面（6）的上表面设有用于放置自由度释放钢球（5）的球碗，自由度释放钢球（5）置于约束底面（6）上，约束底面（6）与压力传感器（8）外圈压紧相连，所述约束底面（6）的下表面设有阶梯轴，阶梯轴的轴肩与压力传感器（8）外圈压紧相连，阶梯轴的轴端嵌入轴承座（11）腔内的定位孔中，压力传感器（8）内圈与传感器压片（9）压紧相连，传感器压片（9）与位于轴承座（11）腔内的滚珠轴承（10）压紧相连，轴承座盖板（7）与轴承座（11）螺栓连接，滚珠轴承（10）外圈与轴承座（11）过盈配合，滚珠轴承（10）内圈与轴承座（11）中的定位孔间隙配合，轴承座（11）与微调支撑块（12）压紧相连，微调支撑块（12）与支撑组件安装板（4）螺栓连接；
通过将一维约束平面（1）、二维约束V型块（2）、三维约束球碗（3）与自由度释放钢球（5）、约束底面（6）、压力传感器（8）、传感器压片（9）、滚珠轴承（10）、轴承座（11）、微调支撑块（12）之间压紧，释放X向、Y向自由度，消除支撑结构内部零件间的应力，并通过压力传感器（8）测量数值，可得到结构整体Z向压力。
2.根据权利要求1所述的一种用于大口径空间相机的精密装调结构，其特征在于，自由度释放钢球（5）与约束底面（6）上的球碗的接触面积大于等于球碗本身面积的80%。
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