空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法

本发明属于空间光学遥感，涉及一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法。

背景技术：

1、空间相机是人类对地面和空间目标进行观测的重要仪器，随着人类对更高分辨率观测需求的提出，逐渐向大口径、长焦距的方向发展；然而，随着空间相机焦距加长，对连接核心光学元件的主支撑结构也提出更高的形位公差和热力学稳定性要求。

2、分离式桁架是实现长焦距空间相机主次镜连接和位置关系保障的一种主支撑结构，因采用装配拼接分离式桁架单元构成主支撑的思想，极大地降低了主支撑结构的加工制造难度。然而，为满足长焦距空间相机主次镜形位公差要求，需要更高的装配精度保证。此外，受重力的影响，分离式桁架结构在地面装调中很难保证理想的位置关系，在轨工作时会因重力释放产生结构应力，从而导致光学元件安装位置的改变。

3、一方面受限于目前的加工制造能力，分离式桁架组合而成的桁架上端面的共面度往往较差，直接安装将会带来较大的装配应力；另一方面分离式桁架装配过程中受地面重力影响会有一定的位置形变，直接装配，将产生较大的装配应力。

技术实现思路

1、本发明是为了解决空间相机分离式桁架结构地面高精度低应力装调，提出了一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，可保证分离式桁架地面装配与在轨应用结构位置的一致性。

2、一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，分离式桁架主支撑结构包括光学平台、桁架杆以及桁架顶板，重力卸载装置由网架、吊点转接工装及重力卸载调节工装组成，网架呈左右对称布置的u字形，由多孔球形接头和支撑架连接杆拼接而成；吊点转接工装由成对楔块、型材框架、吊盘和吊盘挂钩组成，吊盘安装在型材框架的几何中心处，吊盘挂钩安装位置与桁架杆上端面重力卸载安装位置的中心对齐；重力卸载调节工装由吊线、可调式挂钩、测力计和桁架上端面接口转接块组成，重力卸载工装一端与桁架杆连接，一端与吊盘挂钩连接，通过调节可调式挂钩可调整桁架杆顶面施加力的大小，测力计可对施加的卸载力进行实时显示，该方法包括以下步骤：

3、步骤一：进行光轴竖直向上的装配：通过等高块对光学平台进行多点支撑并整体放置在调平的大理石平台上，将桁架杆的下端面与光学平台进行定位安装；

4、步骤二：搭建网架，将吊点转接工装组装好，随后将吊点转接工装初步安装到网架上；

5、步骤三：将桁架杆分别安装在光学平台上的相应位置上；

6、步骤四：计算桁架在竖直方向重力作用下所需卸载力，搭建重力卸载装置，对桁架顶板进行重力卸载；

7、步骤五：将桁架杆定位工装与桁架杆连接为一个整体，安装过程中对桁架顶板重力卸载力进行监测，保证力的变化在允差范围内；

8、步骤六：拆卸重力卸载装置，对桁架杆顶端面形成的共面进行检测和研磨，保证其平面度满足设计要求；

9、步骤七：将桁架顶板与桁架顶端面进行安装，拆卸桁架杆定位工装，至此，完成空间相机分离式桁架的高精度装配。

10、本发明的有益效果为：

11、1、本发明提出了一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，可有效指导同类产品的高精度装配；

12、2、分离式桁架杆与光学平台，桁架顶板与桁架上端面之间安装时，通过圆柱销进行定位，可极大的提高安装的位置精度，便于后续光学装调的开展；

13、3、本发明采用竖直向上的装配方式，通过对桁架杆进行重力卸载，可有效消除桁架杆装配时重力变形的影响，从而避免带来额外的装配应力，提高装配后结构的稳定性；

14、4、本发明通过高精度的桁架杆定位工装，将分离式桁架杆固连为一个整体，对桁架上端面组合面采取研磨的方式提高该组合安装面的共面精度，安装桁架顶板后，可有效降低装配应力，提高装配后结构的稳定性。

技术特征：

1.一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，分离式桁架主支撑结构包括光学平台（6）、桁架杆（5）以及桁架顶板（9），重力卸载装置由网架（1）、吊点转接工装（2）及重力卸载调节工装（3）组成，网架（1）呈左右对称布置的u字形，由多孔球形接头和支撑架连接杆拼接而成；吊点转接工装（2）由成对楔块（2-1）、型材框架（2-2）、吊盘（2-3）和吊盘挂钩（2-4）组成，吊盘（2-3）安装在型材框架（2-2）的几何中心处，吊盘挂钩（2-4）安装位置与桁架杆（5）上端面重力卸载安装位置的中心对齐；重力卸载调节工装（3）由吊线（3-1）、可调式挂钩（3-2）、测力计（3-3）和桁架上端面接口转接块（3-4）组成，重力卸载工装（3）一端与桁架杆（5）连接，一端与吊盘挂钩（2-4）连接，通过调节可调式挂钩（3-2）能够调整桁架杆顶面施加力的大小，测力计（3-3）能够对施加的卸载力进行实时显示，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，等高块（7）的等高优于0.01mm，大理石平台（8）为00级且其调平精度优于1′。

3.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，步骤三包括：每根桁架杆底端均有两处圆柱销钉孔，光学平台相应位置上也有对应的圆柱销孔，其位置精度均优于0.02mm，桁架杆（5）的下端面与光学平台（6）之间的安装，是通过桁架杆（5）底端与光学平台之间配对的两处圆柱销孔进行的。

4.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，步骤四包括：

5.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，步骤二包括：

6.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，步骤四包括：桁架杆定位工装（4）与桁架组（5）之间的安装面的角度误差优于0.005°，对桁架杆定位工装（4）进行安装时，对测力计所显示的卸载力进行监控，要求变化不大于0.1n。

7.如权利要求1所述的空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，其特征在于，步骤六包括：对桁架杆顶端面形成的共面进行研磨，直至该共面的平面度优于0.01mm，该平面度采用激光跟踪仪进行测量。

技术总结
本发明公开了一种空间相机分离式桁架的高精度低应力装配方法，包括：对光学平台进行多点支撑并整体放置在大理石平台上，将桁架杆的下端面与光学平台进行高精度定位安装；计算桁架的重力卸载力，设计并搭建重力卸载工装，对桁架上端进行重力卸载，对该状态下桁架的重力变形进行补偿；设计高精度桁架定位工装将分离式桁架进行定位安装，安装过程中对桁架顶端重力卸载的力进行监测，保证力的变化在允差范围内；对桁架顶端形成的安装面进行检测和研磨，保证其平面度和平行度满足设计要求；将桁架顶板与桁架顶端面进行安装，并将高精度定位工装取下。根据本发明技术方案，解决了空间相机分离式桁架装调时受重力及装配精度影响导致的残余应力变形。

技术研发人员：郭骏立,栗振闯,秦涛,韩培仙,亓波,杜升平,包奇红,侯智芸,王冰,杨晓丽
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/1/20