一种焦平面的指示棱镜标定方法与流程

1.本发明涉及航天遥感装配技术领域，尤其涉及一种焦平面的指示棱镜标定方法。


背景技术：

2.指示棱镜，其一般采用立方体棱镜，粘接在机械座上，在设计时要露在结构体外部，方便测量，指示部件的本体坐标系，方便对单机进行测量；
3.其中，立方体棱镜是一种在卫星装配领域内经常使用的辅助工具，一般采用石英晶体，表面镀有反射膜，制造精度高，棱镜一般与机械件粘接后通过螺钉连接安装在固定主部件上，作为主部件的参考基准，辅助测量。指示棱镜一般选相邻两个面垂直度为2
″
，基准棱镜通常放置于部件表面，引出部件相邻两个垂直面的俯仰参数一般选相邻两个面垂直度优于1
″
，通常采用接触面贴合的方式将部件坐标系引出；
4.目前，在航天遥感装配过程中，针对焦平面部件来说，由于后续测试工作需要多次使用其坐标系指示焦平面坐标系，因此，如何通过指示棱镜指示焦平面的各个方向、并为后续焦平面的使用提供精准方位，成为了本领域技术人员亟需解决的重要问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种焦平面的指示棱镜标定方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明公开的一种焦平面的指示棱镜标定方法，该方法包括以下步骤：
8.s1：安装焦平面基板；
9.将工装安装到ccd拼接仪平台上，再将所述焦平面基板通过所述工装连接到所述ccd拼接仪平台上；
10.s2：调整所述焦平面基板坐标系；
11.将千分表固定在所述ccd拼接仪上，操作所述ccd拼接仪，通过所述ccd拼接仪带动所述千分表将所述焦平面基板上表面、侧面分别调整到与所述ccd拼接仪坐标系方向一致；
12.s3：将指示棱镜用螺钉安装至所述焦平面基板上；
13.s4：通过研磨调整所述指示棱镜坐标系；
14.将所述指示棱镜放置在所述焦平面基板上表面，使用两台光学经纬仪分别准直所述指示棱镜的+y面与+x面两个镜面，读出两台所述经纬仪的俯仰角读数，将所述指示棱镜的+x面与+y面俯仰修至与基准棱镜一致，将光学平尺贴合所述焦平面基板侧面，调整所述指示棱镜+x方向的偏摆与光学平尺一致；
15.s5：安装ccd组件；
16.s6：调整ccd组件坐标系，通过所述操作ccd拼接仪，将所述ccd组件坐标系调整至与所述ccd拼接仪坐标系一致，使得所述指示棱镜与所述ccd组件坐标系一致，即可最终实现棱镜标定。
17.进一步的，所述ccd组件包括ccd和ccd机械座，所述ccd安装在所述ccd机械座上表面，ccd机械座安装于焦平面基板上表面。
18.在上述技术方案中，本发明提供的一种焦平面的指示棱镜标定方法，有益效果：
19.本发明焦平面的指示棱镜标定方法，采用ccd拼接仪作为媒介，将焦平面基板、指示棱镜坐标系调整一致，最后的焦平面棱镜标定结果可使得焦平面与棱镜的最大标定误差为5.2
″
，实现了为后续焦平面的使用提供精准方位，且棱镜在后续的使用中效果较好。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明公开的ccd拼接仪装配现场示意图；
22.图2是图1的局部放大图；
23.图3是本发明公开的工装安装光学平尺示意图；
24.图4是本发明公开的经纬仪标定示意图。
25.附图标记说明：
26.ccd拼接仪1；工装2；高倍显微镜3；焦平面基板4；ccd机械座5；ccd6；指示棱镜7；显示成像系统8；基准棱镜9；光学平尺10。
具体实施方式
27.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
28.参见图1-4所示；
29.发明一种焦平面的指示棱镜标定方法，该方法包括以下步骤：
30.s1：安装焦平面基板4；
31.首先，设计特制辅助装配工装2，包含两个支架和一个承载板，承载板连接在两个支架之间，通过承载板承载焦平面基板4，组装时，先将工装2安装到ccd拼接仪1平台上，再组装焦平面基板4，从而将焦平面基板4通过工装2连接到ccd拼接仪1平台上；
32.s2：调整焦平面基板4坐标系，将千分表固定在ccd拼接仪1上，操作ccd拼接仪1，通过ccd拼接仪1带动千分表将焦平面基板4上表面、侧面分别调整到与ccd拼接仪1坐标系方向一致；
33.s3：将指示棱镜7用螺钉安装至焦平面基板4上；
34.s4：通过研磨调整指示棱镜7坐标系；
35.将指示棱镜7放置在焦平面基板4研磨端面的位置上，参见图4所示，使用两台光学经纬仪分别准直指示棱镜7的+y面与+x面两个镜面，读出两台经纬仪的俯仰角读数，将指示棱镜7的+x面与+y面俯仰修至与基准棱镜9一致，将光学平尺10贴合焦平面基板4侧面，调整指示棱镜7+x方向的偏摆与光学平尺10一致；
36.s5：安装ccd组件，该ccd组件包括ccd6和ccd机械座5；具体的，ccd6安装在ccd机械座5上表面，ccd机械座5安装于焦平面基板4上表面；
37.s6：调整ccd组件坐标系；
38.通过操作ccd拼接仪1将ccd组件坐标系调整至与ccd拼接仪1坐标系一致，使得指示棱镜7与ccd组件坐标系一致，即可最终实现棱镜标定。
39.具体的，ccd拼接仪1是一种采用大理石做工作平台，由北京辰阳自动化有限公司生产，产品型号pjy-003，二维工作台和升降台采用滚珠直线导轨做导向，进给传动采用滚珠丝杠、长工作距离显微镜进行对准和检测。其中，在测量范围为0-200mm范围内，ccd拼接仪1直线导轨导向精度为0
″
，正交为0
″
；在200mm以上，直线导轨导向精度为2
″
，正交为2
″
，进给分辨率为1μm，ccd拼接仪1的作用主要有两个，一个是可以将ccd拼接仪本体坐标系通过千分表调整到与焦平面基板4一致，另一个是将焦平面基板4上的焦平面坐标系调整至与ccd拼接仪1一致，z轴的长工作距离显微镜焦深优于0.002mm，可通过千分尺将焦平面基板4上的焦平面与ccd拼接仪1在200mm范围内各个方向安装精度调整至0.002mm以内，ccd拼接仪1的作用是坐标系转换的媒介。
40.其中，使用测量精度为0.002mm的机械千分表，将其固定于ccd拼接仪1上，用于调整焦平面基板4的位置，保证焦平面基板4、ccd拼接仪1的坐标系一致。
41.一般采用光学平尺10或者普通的光学平面镜将焦平面基板端面坐标系引出来，工作的时候将其放置在工装2上表面，使用一个平面将其贴合在焦平面基板的机械加工端面，将机械端面方向引导至光学平尺10上，通过光学平面引出面的偏摆方向，作用与基准棱镜9一致。
42.焦平面基板4主要作为承载焦平面的主承力结构，由于对精度的苛刻要求，对形位公差要求很高，连接端面平面度优于0.002mm。
43.在上述技术方案中，本发明提供的一种焦平面的指示棱镜标定方法，该方法通过ccd拼接仪1与经纬仪将焦平面的坐标系方向转移给基准棱镜，满足了焦平面基准棱镜测量安装要求，可实现不同焦平面基准棱镜的测量安装要求，该方法在吉林一号高分xx星的焦平面棱镜标定中多次被使用，最大标定误差5.2
″
，在后续的测试工作中使用效果较好，棱镜标定方法切实有效；
44.以吉林一号某型号卫星焦平面为例，按照上述步骤，标定指示棱镜7，通过多次复测，得到如下指示棱镜标定数据：
45.焦平面基板4标定误差：通过使用拼接仪1带动机械千分表在焦平面基板4表面以及侧边(分别为图2箭头所示端面与方向)方向上调整焦平面基板4与拼接仪1的相对位置，多次复测调整将焦平面基板4各方向精度调整至优于0.002mm，三个方向分别是-x、+y、+y方向侧边，测量长度分别为150mm，150mm，180mm，误差分别为：
46.+y方向侧边误差：e(+y＇)＝arctan(0.002/180)＝2.29
″
[0047]-x方向误差：e(-x)＝arctan(0.002/150)＝2.75
″
[0048]
+y方向误差：e(+y)＝arctan(0.002/150)＝2.75
″
[0049]
由上述得到焦平面基板4角度误差分别为：
[0050]
+y方向俯仰角度：
[0051]
el＇＝[e(-x)2+e(+y)2]
0.5
＝[arctan2(0.002/150)+arctan2[0052]
(0.002/150)]
0.5
＝3.89
″
；
[0053]-x方向俯仰角度：
[0054]
er＇＝e[e(+y)2+e(-x)2]
0.5
＝[arctan2(0.002/150)+arctan2[0055]
(0.002/150)]
0.5
＝3.89
″
；
[0056]-x方向偏摆角度：
[0057]
ep＇＝e(+y＇)＝2.29
″
。
[0058]
调整ccd组件坐标系：ccd6尺寸为61.44mmx32mm，使用拼接仪1高倍显微镜调整ccd6位置，拼接仪1在200mm范围内直线导轨导向精度约为0
″
，正交精度0
″
，将ccd6与拼接仪1的各个方向装配精度角度调整为0秒；
[0059]
指示棱镜7标定：将基准棱镜9放置于焦平面基板4上，光学平尺与焦平面基板侧面靠齐贴紧，修研调整指示棱镜7角度得到以下数据：
[0060]
基准棱镜9经纬仪+y方向与-x方向角度读数分别为：
[0061]
(0,89.9473)(0,89.8935)
[0062]
指示棱镜7经纬仪+y方向与-x方向角度读数分别为：
[0063]
(0,89.9481)(0,89.8928)
[0064]
光学平尺10(-x方向偏摆角度)经纬仪正向读数为：(0,89,9291)
[0065]
指示棱镜7标定角度误差分别为：
[0066]
+y方向俯仰角度：
[0067]
el＂＝(89.9473-89.9481)x3600＝2.88
″
；
[0068]-x方向俯仰角度：
[0069]
er＂＝(89.8935-89.8928)x3600＝2.52
″
；
[0070]-x方向偏摆角度：
[0071]
ep＂＝(0-0)x3600＝0
″
。
[0072]
由上述，考虑棱镜自身各方向垂直度误差2
″
，指示棱镜7与焦平面组件的最终装配误差：
[0073]
+y方向俯仰角度：
[0074]
el＝[el＇2+el＂2+22]
0.5
＝5.2
″
；
[0075]-x方向俯仰角度：
[0076]
er＝[er＇2+er＂2+22]
0.5
＝5.04
″
；
[0077]-x方向偏摆角度：
[0078]
ep＝[ep＇2+ep＂2+22]
0.5
＝3.04
″
；
[0079]
因此，指示棱镜7+y方向俯仰角度误差最大，最大标定误差为5.2
″
。
[0080]
本发明焦平面的指示棱镜标定方法，采用ccd拼接仪作为媒介，将焦平面基板、指示棱镜坐标系调整一致，最后的焦平面棱镜标定结果可使得焦平面与棱镜的最大标定误差为5.2
″
，实现了为后续焦平面的使用提供精准方位，且棱镜在后续的使用中效果较好。
[0081]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。