空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定装置，包括定位装置和锁紧装置。定位装置由限制三个自由度的一组定位块、限制两个自由度的一组定位块和限制一个自由度的一组定位块组成；每组定位块由固定在主镜中间镜支撑结构上的母定位块和固定在主镜分块镜支撑结构上的子定位块组成。锁紧装置由固定弹簧螺母、前基座、弹簧、锁紧螺母、后基座、推力轴承、锁紧螺栓、减速器和步进电机组成。本实用新型专利技术的锁定装置，定位和锁紧是分开来实现的，降低了加工和控制难度，提高了定位精度和锁紧的稳定性，实现纳米级的稳定性。本实用新型专利技术也适用于其它空间大型展开机构。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定装置
本技术属于空间光学精密展开机构领域，特别是一种实现精密锁定的空间 观测光学遥感器特大口径可展开主镜锁定装置。技术背景随着空间相机技术的快速发展和需求的不断提高，对空间相机分辨率的要 求越来越高，而提高分辨率的基本途径是增大光学系统的口径。空间观测光学遥感器特大口径(>4m)主镜如采用传统的整体式大口径光学系统，考虑能 量和传递函数等的要求，光学系统口径很大，焦距很长(》35m)，主镜很重 (18,000kg)。若采用传统的减重方法轻量化，主镜仍将超过5,000kg，整个 相机重量预计将达到15，000kg。特大口径的光学系统采用传统的方法无论从 反射镜材料、结构、支撑、制造工艺和检测方法都难以实现，相机的体积和质 量也将导致发射极为困难，而且在空间失重和地面自重状态下光学元件面形的 差异也将更加严重，其对成像质量的影响制约了相机性能的进一步提高。空间观测光学遥感器特大口径主镜采用可展开主镜，可展开主镜由一些较 小尺寸的分块镜组成，系统折叠后发射，入轨后经过解锁、展开、锁定，按设 计方式展开"拼接"成一个共相位主镜。为了满足光学成像要求，展开机构必 须具有高展开精度(微米量级)、足够的刚度和稳定性(纳米量级)，空间精密 展开机构是空间可展开光学系统的重要组成部分，也是其关键和基础，主M 开机构的精度和稳定性直接影响和决定着镜子主动控制系统的复杂性和成本， 锁定机构对于展开定位精度和展开后稳定性的影响最大。因此锁定机构是实现 上述系统的关键技术。国外对这方面的研究刚开始，国内还未有这方面的研究。国外研究的锁定 装置其定位和锁紧是一体的， 一般是通过定位销的形式或通过精密螺栓的方式实现定位和锁紧。但这些方式对定位销或精密螺栓的加工要求极高，制造难度大，很难实现较高的定位精度，锁紧力较难改变和较难测量；同时对动载荷扰 动的敏感度较大，设计良好的锁定机构重复精度和稳定性精度也只是在微米量 级，较高精度要求一体化的锁定机构在空间环境下易发生冷焊现象，因此4艮难 满足光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定机构的要求。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种分别实现 定位和锁紧的锁定装置，实现光学遥感器特大口径可展开主镜的锁定，满足结 构简单、高精度定位和高稳定锁紧的要求。本技术的技术解决方案是空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜 精密锁定装置，包括定位装置和锁紧装置；定位装置由限制三个自由度的A 组定位块、限制两个自由度的B组定位块和限制一个自由度的C组定位块组 成；A组定位块由固定在主镜中间镜支撑结构上的母定位块A母和固定在主镜 分块镜支撑结构上的子定位块A +组成；B组定位块由固定在主镜中间镜支撑 结构上的母定位块B ^和固定在主镜分块镜支撑结构上的子定位块B ，组成；C 组定位块由固定在主镜中间镜支撑结构上的母定位块C母和固定在主镜分块镜 支撑结构上的子定位块C+组成。锁紧装置由固定弹簧螺母、前基座、弹簧、 锁紧螺母、后基座、推力轴承、锁紧螺栓、减速器和步进电机组成；步进电机、 减速器、推力轴承、后基座、锁紧螺栓固定在主镜中间镜支撑结构上，减速器 后端连接步进电机，前端与后基座和锁紧螺栓连接，推力轴承的外径与后基座 连接，内径与锁紧螺栓连接；锁紧螺母、前基座、弹簧和固定弹簧螺母固定在 主镜分块镜支撑结构上，锁紧螺母位于前基座内，锁紧螺母前端通过固定弹簧 螺母压紧弹簧。A子为一球台，中心开有连接孔。A母为一与A子的球台相配合的凹槽，凹 槽内表面为三个均布的斜面，凹槽底面中心开有连接孑L。斜面与底面成45。； B子为一球台，中心开有连接孔。B母为一与B子的球台相配合的凹槽，凹槽内表面为两个均布的斜面，凹槽底面中心开有连接孔。斜面与底面成45。 ； C子 为一后端带有螺紋的球头。C^为一后端带有螺紋的平面。定位装置还可以包括限制一个自由度的D组定位块，D组定位块由固定在 主镜中间镜支撑结构上的母定位块D母和固定在主镜分块镜支撑结构上的子定 位块D +组成。锁定装置的数量大于2。本技术的工作原理是定位装置和锁紧装置分开的两部分分别在主镜 分块镜支撑结构和主镜中间镜支撑结构的端面安装，定位装置保证主镜分块镜 和主镜中间镜的相对精确位置。锁紧装置为主镜分块镜支撑结构和主镜中间镜 支撑结构提供预载荷，使定位装置的两部分无间隙的接触在一起，保证主镜分 块镜和主镜中间镜定位精度的稳定性。基于精确约束理论以实现两个结构间精确定位，采用点接触精确约束刚体 的自由度，在较低的加工精度和成本条件下可以获得微米级的定位精度和纳米 级的稳定性。在主约束位置由限制3个自由度的A组定位块提供了球杯形接 触面，同时提供了三点中的一点来定义接触平面，子定位块接触面是球形，母 定位块接触面是与安装底面成45。的120°均布的3个斜面，子定位块与主 镜分块镜支撑结构联接，母定位块与主镜中间镜支撑结构连接。在次约束位置 由限制2个自度的B组定位块提供了凹槽中的球面来固定第一个定位装置的 旋转和建立接触平面的第二点，子定位块接触面是球形，母定位块接触面是与 安装底面成45。的180°均布的2个斜面，子定位块与主镜分块镜支撑结构 联接，母定位块与主镜中间镜支撑结构连接。在第三约束位置是限制1个自由 度C组定位块，提供了定位装置接触平面的最后一点，子定位块接触面是球 形，母定位块接触面是平面，通过子定位块自身的螺紋与主镜分块镜支撑结构 联接，母定位块自身螺紋与主镜中间镜支撑结构联结。外加的一组限制一个自 由度的D组定位块起过定位作用，增加锁定装置的锁定刚度。锁紧装置分为两部分，分别安装在主镜分块镜支撑结构和主镜中间镜支撑结构上。通过电机带动安装在减速器上的锁紧螺栓旋转与锁紧螺母啮合，产生 预紧力，为主镜分块镜支撑结构和主镜中间镜支撑结构提供预载荷，实现主镜 分块镜和主镜中间镜的锁紧，达到保持稳定的目的。按照设计预载力的大小利 用扭距扳手确定锁紧螺栓锁紧需要旋转的角度，通过控制脉沖控制步进电机的 旋转角度。本技术与现有技术相比的优点在于1、 本技术的锁定装置，定位和锁紧是分开来实现的，降低了加工难 度，提高了定位精度和锁紧的稳定性，实现纳米级的稳定性，锁紧力可调节， 对动载荷扰动的敏感度较小。2、 由于定位和锁紧分开实现，使本技术结构简单，因此对锁定结构 安装在主镜中间镜支撑结构和主镜分块镜支撑结构部分的初始相对位置精度 要求不高，提高了锁定精度，降低了控制难度，提高了控制精度。附图说明图1为本技术的空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定 装置布置示意图2为本技术的空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定 装置A-A的剖面图3为本技术的空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定 装置B-B剖面图4为A子的示意图5为A母的示意图6为B子的示意图7为B母的示意图8为C子的示意图9为C母的示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步说明。图1中，1为C组定位块，2为D组定位块，3为A组定位块，4为B组 定位块，5为锁紧装置，6为主镜分块镜支撑结构。图2中，7为主镜中间镜分块镜支撑结构，11为子定位块C子本文档来自技高网...

【技术保护点】
空间观测光学遥感器特大口径可展开主镜精密锁定装置，其特征在于：包括定位装置和锁紧装置（５）；定位装置由限制三个自由度的Ａ组定位块（３）、限制两个自由度的Ｂ组定位块（４）和限制一个自由度的Ｃ组定位块（１）组成；Ａ组定位块（３）由固定在主镜中间镜支撑结构（７）上的母定位块Ａ↓［母］（３２）和固定在主镜分块镜支撑结构（６）上的子定位块Ａ↓［子］（３１）组成；Ｂ组定位块由固定在主镜中间镜支撑结构（７）上的母定位块Ｂ↓［母］（４２）和固定在主镜分块镜支撑结构（６）上的子定位块Ｂ↓［子］（４１）组成；Ｃ组定位块（１）由固定在主镜中间镜支撑结构（７）上的母定位块Ｃ↓［母］（１２）和固定在主镜分块镜支撑结构（６）上的子定位块Ｃ↓［子］（１１）组成；锁紧装置（５）由固定弹簧螺母（５１）、前基座（５２）、弹簧（５３）、锁紧螺母（５４）、后基座（５５）、推力轴承（５６）、锁紧螺栓（５７）、减速器（５８）和步进电机（５９）组成；步进电机（５９）、减速器（５８）、推力轴承（５６）、后基座（５５）、锁紧螺栓（５７）固定在主镜中间镜支撑结构（７）上，减速器（５８）后端连接步进电机（５９），前端与后基座（５５）和锁紧螺栓（５７）连接；推力轴承（５６）的外径与后基座（５５）连接，内径与锁紧螺栓（５７）连接；锁紧螺母（５４）、前基座（５２）、弹簧（５３）和固定弹簧螺母（５１）固定在主镜分块镜支撑结构（６）上，锁紧螺母（５４）位于前基座（５２）内，锁紧螺母（５４）前端通过固定弹簧螺母（５１）压紧弹簧（５３）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉高，王永辉，傅丹鹰，刘义良，徐彭梅，陈晓丽，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]