空间光学相机的主框架装配装置及装配方法
【专利摘要】空间光学相机的主框架装配装置及装配方法，航空航天领域，解决了现有空间光学相机主框架装配方法存在的装配精度低，相机主框架的结构稳定性差，进而降低空间光学相机成像质量的问题。该装置包括：由口字形结构和U字形结构通过空心方钢管焊接而成的固定框；安装在口字形结构上的螺旋微调机构、螺旋调平机构和压紧机构，螺旋微调机构和螺旋调平机构用于对前框架进行六自由度调整，压紧机构用于将前框架固定在口字形结构上；安装在U字形结构上的连接座，连接座用于将后框架固定在U字形结构上。本发明保证了前、后框架的位置精度满足要求，装配精度高，装调难度低，在装配过程中不会产生残余应力，结构稳定性高。
【专利说明】空间光学相机的主框架装配装置及装配方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空航天【技术领域】，具体涉及一种空间光学相机的主框架装配装置及装配方法。
【背景技术】
[0002]空间光学相机主框架是空间光学相机的重要部件。空间光学相机中各反射镜组件和成像传感器均需按照光学位置安装在相机主框架上。如图1所示，相机主框架由前框架
11、后框架12、多个碳纤支杆13和多个支杆接头14组成，在装配相机主框架时，先将后框架12放置在平台上，再将所有碳纤支杆13两端涂上环氧树脂胶后与支杆接头14胶接，如图2所示，碳纤支杆13的两端均胶接有支杆接头14，利用环氧树脂胶固化时间较长的特点，分别调整支杆接头14与前框架11和后框架12的位置关系，然后将支杆接头14与前框架11和后框架12采用螺钉固定连接，静置待环氧树脂胶固化。
[0003]目前，对于空间光学相机主框架的装配都是采用上述的装配方法，然而，上述的装配过程中存在一定的安装误差:如图2所示，螺钉连接中，支杆接头14的光孔与螺钉有单边0.5mm的间隙，碳纤支杆13与支杆接头14间有单边0.2mm的间隙进行环氧树脂胶的填充。这两种安装误差控制不好会导致相机主框架的位置精度下降，降低各反射镜组件的安装精度，严重时会造成反射镜组件与相机主框架的位置干涉；前框架11的重力使碳纤支杆13与支杆接头14间的胶层压向一侧，造成胶层不均匀，会使相机主框架出现残余应力，在空间光学相机经历发射段振动和入轨后失重与真空环境后，相机主框架会有一定的残余应力释放，这会使各反射镜组件间的光学位置发生变化，降低相机主框架结构的稳定性，进而降低空间光学相机的成像质量。
【发明内容】
[0004]为了解决现有的空间光学相机主框架装配方法存在的装配精度低，相机主框架的结构稳定性差，进而降低空间光学相机成像质量的问题，本发明提供一种结构简单、可有效提高相机主框架安装精度和结构稳定性的空间光学相机的主框架装配装置及采用该装置实现的高精度空间光学相机主框架装配方法。
[0005]本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
[0006]空间光学相机的主框架装配装置，包括:
[0007]由口字形结构和U字形结构通过空心方钢管焊接而成的固定框；
[0008]安装在口字形结构上的螺旋微调机构、螺旋调平机构和压紧机构，所述螺旋微调机构和螺旋调平机构用于对前框架进行六自由度调整，所述压紧机构用于将前框架固定在口字形结构上；
[0009]安装在U字形结构上的连接座，所述连接座用于将后框架固定在U字形结构上。
[0010]所述口字形结构采用四根空心方钢管顺次焊接而成。
[0011]所述U字形结构采用三根空心方钢管焊接而成。[0012]所述连接座为四个，两个对称设置在U字形结构的U形两端上，其余两个对称设置在U字形结构的顶端上。
[0013]所述螺旋微调机构为六个，四个对称设置在口字形结构的两个对边上，其余两个对称设置在口字形结构的另外两个对边上。
[0014]所述螺旋调平机构为三个，三个螺旋调平机构分别设置在口字形结构的三个边上。
[0015]空间光学相机的主框架装配方法，包括以下步骤:
[0016]步骤一、将后框架放置在平台上，将固定框的U字形结构套在后框架上，通过连接座将后框架与固定框的U字形结构固定在一起；
[0017]步骤二、将前框架放置在固定框的口字形结构上，通过螺旋微调机构和螺旋调平机构对前框架进行六自由度调整，通过压紧机构将前框架与固定框的口字形结构压紧固定;
[0018]步骤三、将碳纤支杆和支杆接头套装在一起，再与前框架和后框架进行试装，微调支杆接头与前框架和后框架之间的连接位置，使碳纤支杆可在支杆接头内旋转；
[0019]步骤四、各组碳纤支杆与支杆接头试装完成后，将碳纤支杆与支杆接头逐个卸下，涂抹环氧树脂胶，并重新与前框架和后框架进行装配固定；
[0020]步骤五、在相机主框架装配完成后，采用激光测距仪对前框架与后框架之间的位置关系进行复检，若有超差，则通过螺旋微调机构和螺旋调平机构进行微调，直至前框架与后框架的位置精度满足空间光学相机主框架的设计要求，静置待环氧树脂胶固化。
[0021]所述步骤二中，通过螺旋微调机构和螺旋调平机构对前框架进行六自由度调整的具体步骤为:采用激光测距仪分别测量前框架与后框架三个高精度正交检测基准面的实际位置关系，通过计算得到理论位置与实际位置偏差，通过螺旋微调机构对相机主框架的前框架进行方位角和两个水平方向平动三个自由度的微调，通过螺旋调平机构对相机主框架的前框架进行俯仰角、扭摆角和高度方向平动三个自由度的微调，经过多次迭代测量和调整，将前框架与后框架的位置精度调整到空间光学相机主框架的设计要求内。
[0022]本发明的有益效果是:
[0023]采用本发明的装置进行相机主框架的装配可保证前框架与后框架间的位置精度满足设计要求，提高了相机主框架的装配精度，相机主框架的位置精度满足设计要求，降低反射镜光学装调的难度；各碳纤支杆与支杆接头均可独自进行装配，降低现场操作难度；碳纤支杆与支杆接头间胶层分布均匀，相机主框架在装配过程中不会产生残余应力，提高了相机主框架的结构稳定性。本发明可用于航天和精密结构的框架结构装配等领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为相机主框架的结构示意图；
[0025]图2为碳纤支杆与支杆接头通过环氧树脂胶胶接的剖视图；
[0026]图3为本发明的空间光学相机的主框架装配装置的结构示意图；
[0027]图4为采用本发明的装置对空间光学相机主框架进行装配后的立体结构示意图；
[0028]图5为与图4所示的立体结构示意图相反方向的视图；
[0029]图6为图5所示的立体结构示意图的右视图；[0030]图7为图5所示的立体结构示意图的主视图。
[0031]图中:11、前框架，12、后框架，13、碳纤支杆，14、支杆接头，21、固定框，22、连接座，23、螺旋微调机构，24、螺旋调平机构，25、压紧机构。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033]如图3所示，本发明的空间光学相机的主框架装配装置，包括固定框21、连接座22、螺旋微调机构23、螺旋调平机构24和压紧机构25。
[0034]根据相机主框架的不同结构形式以及各调节机构和固定结构的特点，固定框21设计为上、下两层结构，上层结构为采用四根空心方钢管顺次焊接而成的口字形结构，下层结构为采用三根空心方钢管焊接而成的U字形结构，口字形结构与U字形结构之间通过四根空心方钢管焊接在一起。
[0035]四个连接座22安装在固定框21的U字形结构上，其中两个连接座22对称设置在U字形结构的U形两端空心方钢管上，其余两个连接座22对称设置在U字形结构的顶端空心方钢管上，连接座22用于将相机主框架的后框架12与固定框21的U字形结构连接在一起。
[0036]六个螺旋微调机构23安装在固定框21的口字形结构上，其中四个螺旋微调机构23对称设置在口字形结构的两个对边空心方钢管上，其余两个螺旋微调机构23对称设置在口字形结构的另外两个对边空心方钢管上，六个螺旋微调机构23可以对相机主框架的前框架11进行方位角和两个水平方向平动三个自由度的微调。
[0037]三个螺旋调平机构24安装在固定框21的口字形结构上，三个螺旋调平机构24分别设置在口字形结构的三根空心方钢管上，三个螺旋调平机构24可以对相机主框架的前框架11进行俯仰角、扭摆角和高度方向平动三个自由度的微调。通过螺旋微调机构23和螺旋调平机构24对前框架11进行微调，再通过四个压紧机构25将前框架11与固定框21的口字形结构固定在一起。
[0038]如图4、图5、图6和图7所示，采用本发明的装置对空间光学相机主框架进行装配的方法，由以下步骤实现:
[0039](I)将相机主框架的后框架12放置在平台上，同时将固定框21的U字形结构套在后框架12上，通过连接座22将后框架12与固定框21的U字形结构固定在一起；
[0040](2)将相机主框架的前框架11放置在固定框21的口字形结构上，通过螺旋微调机构23和螺旋调平机构24对前框架11进行六自由度调整:
[0041]采用激光测距仪分别测量前框架11与后框架12三个高精度正交检测基准面的实际位置关系，通过计算得到理论位置与实际位置偏差，通过螺旋微调机构23对相机主框架的前框架11进行方位角和两个水平方向平动三个自由度的微调，通过螺旋调平机构24对相机主框架的前框架11进行俯仰角、扭摆角和高度方向平动三个自由度的微调，经过多次迭代测量和调整，将前框架11与后框架12的位置精度调整到空间光学相机主框架的设计要求内，这样做可以保证在整个装配过程中前框架11与后框架12之间的位置关系不会发生变化，保证安装精度；
[0042](3)将前框架11与后框架12的位置调整好后，通过压紧机构25将前框架11与固定框21的口字形结构压紧固定；
[0043](4)将相机主框架的碳纤支杆13和支杆接头14套装在一起，再与前框架11和后框架12进行试装，微调支杆接头14与前框架11和后框架12之间的连接位置，保证碳纤支杆13可在支杆接头14内轻松旋转，无卡滞、别劲等现象；
[0044](5)各组碳纤支杆13与支杆接头14试装完成后，将碳纤支杆13与支杆接头14逐个卸下，涂抹环氧树脂胶，并重新与前框架11和后框架12进行装配固定；
[0045](6)在相机主框架装配完成后，采用激光测距仪对前框架11与后框架12之间的位置关系进行复检，若有超差，则通过螺旋微调机构23和螺旋调平机构24进行微调，直至前框架11与后框架12的位置精度满足空间光学相机主框架的设计要求；
[0046](7)静置待环氧树脂胶固化。
【权利要求】
1.空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，包括: 由口字形结构和U字形结构通过空心方钢管焊接而成的固定框(21)； 安装在口字形结构上的螺旋微调机构(23)、螺旋调平机构(24)和压紧机构(25)，所述螺旋微调机构(23)和螺旋调平机构(24)用于对前框架(11)进行六自由度调整，所述压紧机构(25)用于将前框架(11)固定在口字形结构上； 安装在U字形结构上的连接座(22)，所述连接座(22)用于将后框架(12)固定在U字形结构上。
2.根据权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，所述口字形结构采用四根空心方钢管顺次焊接而成。
3.根据权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，所述U字形结构采用三根空心方钢管焊接而成。
4.根据权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，所述连接座(22)为四个，两个对称设置在U字形结构的U形两端上，其余两个对称设置在U字形结构的顶端上。
5.根据权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，所述螺旋微调机构(23)为六个，四个对称设置在口字形结构的两个对边上，其余两个对称设置在口字形结构的另外两个对边上。
6.根据权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配装置，其特征在于，所述螺旋调平机构(24)为三个，三个螺旋调平机构(24)分别设置在口字形结构的三个边上。
7.如权利要求1所述的空间光学相机的主框架装配方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、将后框架(12)放置在平台上，将固定框(21)的U字形结构套在后框架(12)上，通过连接座(22)将后框架(12)与固定框(21)的U字形结构固定在一起； 步骤二、将前框架(11)放置在固定框(21)的口字形结构上，通过螺旋微调机构(23)和螺旋调平机构(24 )对前框架(11)进行六自由度调整，通过压紧机构(25 )将前框架(11)与固定框(21)的口字形结构压紧固定； 步骤三、将碳纤支杆(13)和支杆接头(14)套装在一起，再与前框架(11)和后框架(12)进行试装，微调支杆接头(14)与前框架(11)和后框架(12)之间的连接位置，使碳纤支杆(13)可在支杆接头(14)内旋转； 步骤四、各组碳纤支杆(13)与支杆接头(14)试装完成后，将碳纤支杆(13)与支杆接头(14)逐个卸下，涂抹环氧树脂胶，并重新与前框架(11)和后框架(12)进行装配固定； 步骤五、在相机主框架装配完成后，采用激光测距仪对前框架(11)与后框架(12)之间的位置关系进行复检，若有超差，则通过螺旋微调机构(23)和螺旋调平机构(24)进行微调，直至前框架(11)与后框架(12)的位置精度满足空间光学相机主框架的设计要求，静置待环氧树脂胶固化。
8.根据权利要求7所述的空间光学相机的主框架装配方法，其特征在于，所述步骤二中，通过螺旋微调机构(23)和螺旋调平机构(24)对前框架(11)进行六自由度调整的具体步骤为:采用激光测距仪分别测量前框架(11)与后框架(12)三个高精度正交检测基准面的实际位置关系，通过计算得到理论位置与实际位置偏差，通过螺旋微调机构(23)对相机主框架的前框架(11)进行方位角和两个水平方向平动三个自由度的微调，通过螺旋调平机构(24)对相机主框架的前框架(11)进行俯仰角、扭摆角和高度方向平动三个自由度的微调，经过多次迭代测量和调整，将前框架(11)与后框架(12)的位置精度调整到空间光学相机主框架的设计 要求内。
【文档编号】H04N5/225GK103795907SQ201410032091
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】鲍赫, 李志来, 柴方茂, 杨会生, 杨利伟 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所