一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法
【專利摘要】本發(fā)明一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，涉及裝置包括傳感器、支桿、砝碼、底座、拉繩、托盤。首先將力學(xué)傳感器固定安裝至底座上，然后將反射鏡組件通過三個(gè)球頭墊片放置到底座上。然后將支桿安裝至底座的指定位置，同時(shí)將拉繩的一端分別綁定卸載點(diǎn)上，將拉繩繞過支桿上的兩個(gè)定滑輪，另一端通過綁定砝碼。此時(shí)通過力學(xué)傳感器讀數(shù)判斷重力卸載是否到位，并通過微調(diào)砝碼重量，直至傳感器讀數(shù)為零。最終卸載完成后，再通過力矩扳手將連接反射鏡組件的螺釘上緊至預(yù)定力矩，完成反射鏡組件的卸載裝配。從而實(shí)現(xiàn)反射鏡組件的微應(yīng)力裝配，確保光學(xué)遙感器的反射鏡面形質(zhì)量及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
【專利說明】一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天光學(xué)遙感器反射鏡裝配【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，特別是裝框式反射鏡組件的裝配。

【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)反射鏡是航天遙感相機(jī)的核心部件，其面形精度和位置精度直接影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。反射鏡組件的微應(yīng)力裝配技術(shù)是空間相機(jī)研制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，隨著對(duì)大口徑反射鏡需求的越來越大，對(duì)于裝框式反射鏡組件的裝配帶來更大的難度。
[0003]如圖4所示，在大口徑反射鏡的支撐設(shè)計(jì)中，三點(diǎn)支撐常被用作限位固定，不參與卸載，這時(shí)就需要其它的方法來實(shí)現(xiàn)鏡框的卸載。對(duì)于對(duì)稱形狀的反射鏡，三點(diǎn)一般間隔120°。另外隨著反射鏡尺寸的增大，三個(gè)支撐點(diǎn)之間距離也越遠(yuǎn)。由于重力影響，任意兩點(diǎn)間將產(chǎn)生較大的彎矩及變形。如果在這種情況下進(jìn)行反射鏡組件的裝配，將會(huì)存在較大的裝配應(yīng)力，進(jìn)而影響反射鏡的面形質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，通過采用懸吊砝碼卸載重力，克服了重力對(duì)裝配應(yīng)力的影響，改善了反射鏡組件的面形質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了反射鏡組件的微應(yīng)力裝配，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，步驟如下:
[0006]I)建立反射鏡組件的靜力學(xué)有限元模型，對(duì)待裝配反射鏡組件進(jìn)行Ig重力變形分析，以待裝配反射鏡組件自身重力最大變形< 0.05 μ m為限制條件，以待裝配反射鏡組件鏡框邊緣環(huán)帶作為卸載點(diǎn)選取區(qū)域，計(jì)算得到卸載點(diǎn)的位置和數(shù)量以及砝碼的數(shù)量和重量;
[0007]2)將力學(xué)傳感器安裝在圓形底座上，且在每一個(gè)卸載點(diǎn)至圓形底座圓心的徑線方向上，至少安裝兩個(gè)力學(xué)傳感器；并將所有力學(xué)傳感器的讀數(shù)設(shè)置為零；
[0008]3)將螺釘依次穿過球頭墊片和圓形底座后，固定安裝在待裝配反射鏡組件的鏡框邊緣環(huán)帶上，調(diào)整球頭墊片使得待裝配反射鏡組件與圓形底座的同軸度< 0.1mm且端跳(0.1mm;所述螺釘和球頭墊片的數(shù)量相等，且螺釘和球頭墊片均布在圓形底座的邊緣環(huán)帶上;
[0009]4)將多個(gè)支桿圓周均布安裝固定在底座的邊緣環(huán)帶上；每個(gè)卸載點(diǎn)旁固定一個(gè)支桿；
[0010]5)將拉繩的一端分別綁定到卸載點(diǎn)上，拉繩的另一端繞過支桿上的定滑輪，自然垂下；
[0011]6)將步驟I)計(jì)算求得的砝碼分別綁定到對(duì)應(yīng)卸載點(diǎn)旁的拉繩自然垂下的一端，并微調(diào)砝碼的重量，直至所有力學(xué)傳感器顯示受力為零；
[0012]7)將待裝配反射鏡組件和底座之間的螺釘按照逐步增加力矩的方式將預(yù)緊力矩提升至75Nm，完成裝配固定。
[0013]所述步驟7)中逐步增加力矩的方式具體為:每步增加5N.πι，各點(diǎn)上緊至75Ν.πι。
[0014]所述步驟3)中螺釘和球頭墊片的數(shù)量均為3個(gè)，且相隔120°均布在圓形底座的邊緣環(huán)帶上。
[0015]所述步驟I)中確定選取10處卸載點(diǎn)，分別是待裝配反射鏡組件鏡框外邊緣成圓周均布的9處，以及通過托盤支撐整個(gè)待裝配反射鏡組件鏡框內(nèi)圈環(huán)中心的I處；所述托盤放于圓形底座的中心位置。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于:
[0017](I)本發(fā)明利用定滑輪吊繩能夠自適應(yīng)位移，同時(shí)保證吊繩受力均勻的特點(diǎn)，為反射鏡組件裝配過程中提供最合理支撐形式的工程實(shí)施方法；
[0018](2)由于吊繩采用固定連接，通過懸掛砝碼卸載重力，受力狀態(tài)直接、穩(wěn)定可靠；
[0019](3)由于采用吊繩懸吊砝碼的方法，卸載點(diǎn)位置、數(shù)量以及砝碼重量可以通過分析計(jì)算得到，進(jìn)而保證各點(diǎn)的拉力無限趨近理想模型。同時(shí)，通過力學(xué)傳感器的測(cè)試反饋，在工程實(shí)施的過程中能夠快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收斂。該裝配方法有效地減小了重力變形對(duì)反射鏡鏡面質(zhì)量的影響以及實(shí)現(xiàn)了微應(yīng)力的裝配；
[0020](4)該方法工程實(shí)施性強(qiáng)，不僅實(shí)現(xiàn)方法簡單，而且大大降低了反射鏡組件裝調(diào)難度，為后續(xù)型號(hào)采用裝框反射鏡組件的裝配提供了技術(shù)支持；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明大口徑反射鏡組件裝配時(shí)重力卸載方法的原理示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明的卸載點(diǎn)及砝碼布局俯視圖。
[0023]圖3為無卸載狀態(tài)反射鏡組件重力變形示意圖。
[0024]圖4為三點(diǎn)支撐簡介圖。
[0025]具體實(shí)施實(shí)例
[0026]如圖3所示，在以往中小、光學(xué)組件裝配過程中，由于重力變形較小，對(duì)組件的裝配應(yīng)力影響不大，不需要考慮重力卸載的因素。但是在大口徑光學(xué)組件中，由于三個(gè)固定點(diǎn)跨度較大，重力變形量達(dá)到了微米級(jí)，在這種情況下，固定連接螺釘，就會(huì)將重力變形鎖緊在組件中，形成裝配應(yīng)力，進(jìn)而影響反射鏡的面形質(zhì)量。
[0027]采用本方法后，能夠?qū)⒐鈱W(xué)組件的重力變形降低至最小。有效地保證了天地一致性，保證了遙感器的光學(xué)裝配質(zhì)量。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明方法的原理圖，采用本發(fā)明方法所涉及的工裝包括定滑輪3、拉繩4、砝碼5、支桿6、球頭墊片7、圓形底座8、托盤9、力學(xué)傳感器10。
[0029]針對(duì)口徑Φ 100mm左右的裝框式反射鏡組件，其裝配時(shí)重力卸載實(shí)施方式如下:
[0030](I)應(yīng)用Patran/Nastran有限元軟件建立反射鏡組件的有限元模型，對(duì)反射鏡組件進(jìn)行Ig重力變形分析，優(yōu)化得到反射鏡組件裝配時(shí)，設(shè)置10處重力卸載點(diǎn)2，分別是待裝配反射鏡組件I鏡框外邊緣成圓周均布的9處，以及通過托盤9支撐整個(gè)待裝配反射鏡組件I鏡框內(nèi)圈環(huán)中心的I處，所述托盤9放于圓形底座8的中心位置；砝碼5的重量分別為六組12.75Kg、三組14.18Kg，一組19.20Kg卸載點(diǎn)2位置如圖2所示；
[0031](2)將力學(xué)傳感器10安裝在圓形底座8上，且在每一個(gè)卸載點(diǎn)2至圓形底座8圓心的徑線方向上，至少安裝兩個(gè)力學(xué)傳感器10 ;并將所有力學(xué)傳感器10的讀數(shù)設(shè)置為零；
[0032](3)將3顆螺釘依次穿過球頭墊片7和圓形底座8后，固定安裝在待裝配反射鏡組件I的鏡框邊緣環(huán)帶上，調(diào)整球頭墊片7使得待裝配反射鏡組件I與圓形底座8的同軸度(0.02mm且端跳< 0.02mm ;所述螺釘和球頭墊片7均布在圓形底座8的邊緣環(huán)帶上；所述每組螺釘和球頭墊片7相隔120°均布在圓形底座8的邊緣環(huán)帶上。
[0033](4)將10個(gè)支桿6圓周均布安裝固定在底座8的邊緣環(huán)帶上；每個(gè)卸載點(diǎn)2旁固定一個(gè)支桿6 ；
[0034](5)將10根拉繩4的一端分別綁定到待裝配反射鏡組件I鏡框外邊緣上的卸載點(diǎn)2以及托盤9的卸載點(diǎn)2，拉繩4的另一端繞過支桿6上的定滑輪3，自然垂下；
[0035](6)將步驟(I)計(jì)算求得的砝碼5分別綁定到對(duì)應(yīng)卸載點(diǎn)2旁的拉繩4自然垂下的一端，通過待裝配反射鏡組件I鏡框外邊緣的9個(gè)支桿6以及待裝配反射鏡組件I鏡框內(nèi)圈環(huán)中心的一個(gè)支桿6，將整個(gè)待裝配反射鏡組件I吊起，微調(diào)砝碼5的重量，直至所有力學(xué)傳感器10顯示受力為零；
[0036](7)將反射鏡組件I和底座8之間的螺釘按照每步增加5N *m的增加力矩方式，將預(yù)緊力矩提升至75Nm，完成裝配固定。
[0037]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，其特征在于步驟如下: 1)建立反射鏡組件的靜力學(xué)有限元模型，對(duì)待裝配反射鏡組件(I)進(jìn)行Ig重力變形分析，以待裝配反射鏡組件(I)自身重力最大變形< 0.05 μ m為限制條件，以待裝配反射鏡組件(I)鏡框邊緣環(huán)帶作為卸載點(diǎn)選取區(qū)域，計(jì)算得到卸載點(diǎn)(2)的位置和數(shù)量以及砝碼(5)的數(shù)量和重量； 2)將力學(xué)傳感器(10)安裝在圓形底座(8)上，且在每一個(gè)卸載點(diǎn)(2)至圓形底座(8)圓心的徑線方向上，至少安裝兩個(gè)力學(xué)傳感器(10);并將所有力學(xué)傳感器(10)的讀數(shù)設(shè)置為零； 3)將螺釘依次穿過球頭墊片(7)和圓形底座(8)后，固定安裝在待裝配反射鏡組件(I)的鏡框邊緣環(huán)帶上，調(diào)整球頭墊片(7)使得待裝配反射鏡組件(I)與圓形底座(8)的同軸度< 0.1mm且端跳< 0.1mm ;所述螺釘和球頭墊片(7)的數(shù)量相等，且螺釘和球頭墊片(7)均布在圓形底座(8)的邊緣環(huán)帶上； 4)將多個(gè)支桿(6)圓周均布安裝固定在底座(8)的邊緣環(huán)帶上；每個(gè)卸載點(diǎn)(2)旁固定一個(gè)支桿(6)； 5)將拉繩(4)的一端分別綁定到卸載點(diǎn)(2)上，拉繩(4)的另一端繞過支桿(6)上的定滑輪(3)，自然垂下； 6)將步驟I)計(jì)算求得的砝碼(5)分別綁定到對(duì)應(yīng)卸載點(diǎn)(2)旁的拉繩(4)自然垂下的一端，并微調(diào)砝碼(5)的重量，直至所有力學(xué)傳感器(10)顯示受力為零； 7)將待裝配反射鏡組件(I)和底座(8)之間的螺釘按照逐步增加力矩的方式將預(yù)緊力矩提升至75Nm，完成裝配固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，其特征在于:所述步驟7)中逐步增加力矩的方式具體為:每步增加5N.m，各點(diǎn)上緊至75N.m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，其特征在于:所述步驟3)中螺釘和球頭墊片(7)的數(shù)量均為3個(gè)，且相隔120°均布在圓形底座(8)的邊緣環(huán)帶上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大口徑反射鏡組件微應(yīng)力裝配方法，其特征在于:所述步驟I)中確定選取10處卸載點(diǎn)(2)，分別是待裝配反射鏡組件(I)鏡框外邊緣成圓周均布的9處，以及通過托盤(9)支撐整個(gè)待裝配反射鏡組件(I)鏡框內(nèi)圈環(huán)中心的I處；所述托盤(9)放于圓形底座(8)的中心位置。
【文檔編號(hào)】G02B7/183GK104459936SQ201410765370
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】趙野, 周于鳴, 王向東, 李晨曦, 楊居奎, 黃巧林, 姜偉, 藺宇輝, 李玲, 宋志清, 楊佳文, 張博文 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所