本發(fā)明涉及空間飛行器真空標定技術(shù)，具體涉及一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置及熱變形修正方法。

背景技術(shù)：

星敏感器是空間飛行器GNC系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要用于空間飛行器三軸姿態(tài)測量和導航。隨著星敏感器精度指標要求的提高，對其低頻誤差的研究與評估技術(shù)也逐步發(fā)展。造成星敏感器低頻誤差的主要因素有：光學系統(tǒng)標定的殘差，星敏感器星表的誤差、色差，因溫度變化導致的光機結(jié)構(gòu)形變等；既取決于產(chǎn)品的自身特性，也與產(chǎn)品的應用環(huán)境相關(guān)，其抑制技術(shù)難度大，工藝要求高。在標定手段上，國內(nèi)已建立星敏感器真空標定測試系統(tǒng)，可在真空環(huán)境中，不同溫度條件下，對星敏感器進行標定，修正溫度對產(chǎn)品標定參數(shù)的影響，進而減小產(chǎn)品低頻誤差。

真空標定測試系統(tǒng)主要由真空罐、平行光管、恒溫轉(zhuǎn)臺和控制設(shè)備等組成。在真空標定過程中，受熱力學環(huán)境因素影響，轉(zhuǎn)臺臺面及安裝裝置的變形均會在標定結(jié)果中引入誤差。為配合真空標定系統(tǒng)的使用，必然需要一套高穩(wěn)定度的輔助裝置，用于星敏感器的安裝。目前國內(nèi)外主流星敏感器的結(jié)構(gòu)材料均為鋁合金，星敏感器安裝測試用支架材料通常為碳素結(jié)構(gòu)鋼，或輕質(zhì)的鋁合金、鎂合金，僅僅提供產(chǎn)品的安裝功能。使用這類支架在不同溫度條件下標定星敏感器，既容易導致熱變形，又無法對轉(zhuǎn)臺、支架和產(chǎn)品各自的熱變形加以區(qū)分，影響標定精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置及熱變形修正方法，用于真空標定試驗中星敏感器的高穩(wěn)定安裝，減小熱力學環(huán)境因素對標定結(jié)果的影響，提高星敏感器標定的精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置，其特點是，該裝置包含：

主安裝架，其中空內(nèi)部形成容置空間，星敏感器設(shè)置于該容置空間中并與主安裝架固定連接，主安裝架對應星敏感器的入光口設(shè)有入光開口；

反射鏡組件，其設(shè)置于主安裝架的入光開口處，對應星敏感器的入光口設(shè)置

輔助支撐架，其固定于主安裝架的容置空間的底部，并與容置空間內(nèi)星敏感器的底部相抵，向星敏感器施加壓力，提供對星敏感器向上支撐，使星敏感器固定在輔助支撐架與主安裝架內(nèi)壁之間。

上述反射鏡組件入光口對應連接有平行光管，該反射鏡組件包含：

環(huán)形的反射鏡，平行光管的部分出射光線通過反射鏡入射星敏感器，部分出射光線被反射鏡反射；

鏡框，其固定于主安裝架的入光開口處，反射鏡設(shè)置于鏡框與主安裝架之間形成的空腔中；

真空橡膠墊，其墊設(shè)在反射鏡與鏡框之間。

上述反射鏡為微晶玻璃材料，其有效面積大于等于120平方厘米，內(nèi)圓直徑大于等于9厘米。

上述輔助支撐架包含：

支撐板，其固定在主安裝架的容置空間的底部；

一個或若干個調(diào)節(jié)螺桿，其可調(diào)的串設(shè)在支撐板的螺孔中；

一個或若干個保護墊塊，每個保護墊塊對應設(shè)置于一個調(diào)節(jié)螺桿的頂部，調(diào)節(jié)螺桿通過保護墊塊與主安裝架的容置空間內(nèi)的星敏感器的底部相抵并壓緊。

上述主安裝架通過連接機構(gòu)固定于真空標定用的轉(zhuǎn)臺上，主安裝架與連接機構(gòu)和轉(zhuǎn)臺接觸處設(shè)有隔熱墊圈。

上述主安裝架采用殷鋼材料。

上述主安裝架的外壁設(shè)有一個或若干個減重槽。

一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置的熱變形修正方法，其特點是，該方法包含：

設(shè)星敏感器安裝面溫度變化量為ΔT時，平行光管出射的平行光經(jīng)反射鏡反射后，在平行光管后方探測器靶面所成像點坐標的變化量為Δx和Δy，平行光管內(nèi)透鏡組的焦距為f，則轉(zhuǎn)臺X向和Y向隨單位溫度的角位移量如式(1)和式(2)：

將轉(zhuǎn)臺X向和Y向隨單位溫度的角位移量作為已知參數(shù)代入星敏感器真空標定的修正關(guān)系式中，消除轉(zhuǎn)臺變形的影響。

本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置及熱變形修正方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點在于，本發(fā)明主安裝架采用殷鋼材料，并采用熱變形修正方法，充分考慮了熱學環(huán)境因素對星敏感器標定的影響，可忽略裝置本身熱變形對星敏感器標定帶來的誤差；并通過材料熱膨脹系數(shù)的匹配，保證溫變環(huán)境下，反射鏡的面形精度，從而精確測量轉(zhuǎn)臺的熱變形；

本發(fā)明使用輔助支撐架，保證星敏感器安裝的穩(wěn)定性，減小因重力導致的微變形對標定精度的影響；

本發(fā)明使用隔熱墊圈，有效隔絕轉(zhuǎn)臺與裝置之間的熱交換，有利于星敏感器安裝面溫度迅速平衡于期望的溫度點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置的爆炸圖；

圖2為本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置的剖視圖；

圖4為本發(fā)明主安裝架與轉(zhuǎn)臺連接處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置的安裝示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，進一步說明本發(fā)明的具體實施例。

如圖1并集合圖2、圖3所示，為一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置的實施例，該裝置連接于真空標定用的轉(zhuǎn)臺上，該高精度星敏感器真空標定輔助裝置包含：主安裝架110、反射鏡組件120和輔助支撐架130。

主安裝架110采用立方體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部中空形成容置空間，星敏感器210設(shè)置于該主安裝架110的容置空間中，并與主安裝架110通過螺釘緊固，實現(xiàn)與主安裝架110固定連接。

主安裝架110對應星敏感器210的入光口的側(cè)壁，該側(cè)壁定為主安裝架前端，設(shè)有入光開口111。

另外，主安裝架110的未設(shè)置入光開口的側(cè)壁還分別設(shè)有一個或若干個減重槽112，同時便于主安裝架110的搬動及操作。本實施例中，在于設(shè)有入光開口111的側(cè)壁相鄰的一對對稱側(cè)壁上設(shè)有一對對稱的減重槽112。

本實施例中，主安裝架110的底部還設(shè)有貫通容置空間與外部的底部開口，用于安裝輔助支撐架130。主安裝架110與設(shè)有入光開口111的側(cè)壁相對的側(cè)壁上還設(shè)有星敏感器安裝孔113。

主安裝架110采用殷鋼材料，殷鋼材料具有熱膨脹系數(shù)低的特性。具體的，殷鋼的熱膨脹系數(shù)約為鋁合金的1/30，因此高精度星敏感器真空標定輔助裝置本身的變形量可忽略，重點需要考慮的是真空標定用的轉(zhuǎn)臺的熱變形。

反射鏡組件120設(shè)置于主安裝架110的入光開口處，對應星敏感器210的入光口設(shè)置，用于測量轉(zhuǎn)臺的熱變形。

反射鏡組件120入光口對應連接有平行光管220，該反射鏡組件120包含：反射鏡121、鏡框123和真空橡膠墊122。

反射鏡121采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，平行光管220與反射鏡121對準設(shè)置，平行光管220的部分出射光線通過反射鏡121入射星敏感器210，部分出射光線被反射鏡121反射。反射鏡121有效面積大于等于120平方厘米，內(nèi)圓直徑大于等于9厘米，以保證足夠的反射光強度，供平行光管后的探測器接收。反射鏡121采用微晶玻璃材料，熱膨脹系數(shù)與殷鋼相匹配。

鏡框123為圓柱型結(jié)構(gòu)、中空、兩端開口，朝向主安裝架110的一端設(shè)有固定用的耳片，耳片上串設(shè)螺釘，通過螺釘對應固定于主安裝架110的入光開口111處，在鏡框123與主安裝架110之間形成用于放置反射鏡121的空腔，反射鏡121則設(shè)置于鏡框與主安裝架之間形成的該空腔中。

真空橡膠墊122為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其墊設(shè)在反射鏡121與鏡框123之間。

輔助支撐架130固定于主安裝架110的容置空間的底部，位于容置空間內(nèi)星敏感器210的下方，并與星敏感器210的底部相抵，向星敏感器210施加壓力，提供對星敏感器210向上支撐，使星敏感器210固定在輔助支撐架130與主安裝架110內(nèi)壁之間。

輔助支撐架130用于保證星敏感器210的穩(wěn)定安裝，避免星敏感器210懸臂式安裝，因重力導致的微變形影響標定精度。輔助支撐架130包含：支撐板131、調(diào)節(jié)螺桿133和保護墊塊132。

支撐板131通過螺釘固定在主安裝架110的容置空間的底部。本實施例中，主安裝架110底部設(shè)有底部開口，支撐板131通過螺釘固定在底部開口內(nèi)。

一個或若干個調(diào)節(jié)螺桿133可調(diào)的串設(shè)在支撐板131的螺孔中。本實施例中為保證對星敏感器210的穩(wěn)定支撐，在星敏感器210安裝完畢后，選擇支撐板131上合適位置間隔串設(shè)入四個調(diào)節(jié)螺桿133，使用定力矩扳手向上旋進調(diào)節(jié)螺桿133，并在與星敏感器210相抵后，擰緊調(diào)節(jié)螺桿133，以支撐星敏感器210，并且鎖緊調(diào)節(jié)螺桿133與支撐板313間的螺母，防止松動。支撐板131與調(diào)節(jié)螺桿133匹配的螺孔采用細牙螺紋以便于調(diào)節(jié)螺桿133調(diào)整。并且支撐板131上配合設(shè)有多排用于串設(shè)調(diào)節(jié)螺桿133的螺孔，可用于不同尺寸星敏感器210安裝后的輔助支撐。

每個調(diào)節(jié)螺桿133頂端與星敏感器210底部相抵處對應設(shè)有保護墊塊132，調(diào)節(jié)螺桿133通過保護墊塊132與主安裝架110的容置空間內(nèi)的星敏感器210的底部相抵并壓緊，通過保護墊塊132可以避免調(diào)節(jié)螺桿133轉(zhuǎn)動時劃傷星敏感器210底部表面。

如圖4并結(jié)合圖5所示，主安裝架110通過螺釘固定于真空標定用的轉(zhuǎn)臺310的臺面上，螺釘由主安裝架110底部的耳片上方串設(shè)入轉(zhuǎn)臺310。主安裝架110在其耳片上表面與螺釘接觸處，及耳片下表面與轉(zhuǎn)臺310接觸處，分別設(shè)置有隔熱墊圈140，避免主安裝架110與轉(zhuǎn)臺310及安裝螺釘直接接觸，避免真空標定轉(zhuǎn)臺與高精度星敏感器真空標定輔助裝置之間的熱耦合。隔熱墊圈140采用環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板加工而成，隔離主安裝架110與轉(zhuǎn)臺310的熱量交換，使得星敏感器210安裝面溫度能迅速平衡于期望的溫度點。

如圖3并結(jié)合圖4所示，本發(fā)明高精度星敏感器真空標定輔助裝置的安裝流程如下：將反射鏡121安裝于主安裝架110前端，墊真空橡膠墊122保護鏡面后扣上鏡框123，用螺釘緊固。星敏感器210安裝于主安裝架110內(nèi)部。輔助支撐裝置130安裝于產(chǎn)品下方，可按各星敏感器210外形選擇合適位置旋入調(diào)節(jié)螺桿133，并在調(diào)節(jié)螺桿133頭部放置保護墊塊132；使用定力矩扳手擰緊調(diào)節(jié)螺釘，使保護墊塊132壓緊星敏感器210；之后鎖緊螺桿133與支撐板131間的螺母，防止松動。至此星敏感器210與裝置主要部分安裝形成一個整體，墊隔熱墊圈140后，安裝于真空標定用轉(zhuǎn)臺310上。

標定過程中，由于需要在星敏感器310全視場范圍內(nèi)采點，所以星敏感器210的俯仰角度會變化，使用輔助支撐裝置130可有效保證星敏感器210安裝的力學穩(wěn)定性，減小在不同傾角下，星敏感器210受重力引起的微形變。

真空標定試驗通過在不同的溫度點對產(chǎn)品重復標定過程，最終以溫度為參數(shù)，修正星敏感器210的標定系數(shù)。通常以星敏感器210熱平衡后，安裝面的溫度作為參考溫度。星敏感器210安裝裝置及轉(zhuǎn)臺310的變形均會對標定系數(shù)的修正造成影響。由于主安裝架110采用殷鋼，熱膨脹系數(shù)約為鋁合金的1/30，因此高精度星敏感器真空標定輔助裝置本身的變形量可忽略，重點需要考慮的是轉(zhuǎn)臺的熱變形。

所以，本發(fā)明還公開了一種高精度星敏感器真空標定輔助裝置的熱變形修正方法，該方法包含以下步驟：

S1、設(shè)星敏感器安裝面溫度變化量為ΔT時，平行光管出射的平行光經(jīng)反射鏡反射后，在平行光管后方探測器靶面所成像點坐標的變化量為Δx和Δy，平行光管內(nèi)透鏡組的焦距為f，則轉(zhuǎn)臺X向和Y向隨單位溫度的角位移量如式(1)和式(2)：

S2、將轉(zhuǎn)臺X向和Y向隨單位溫度的角位移量作為已知參數(shù)代入星敏感器真空標定的修正關(guān)系式中，消除轉(zhuǎn)臺變形的影響。

本發(fā)明提出的高精度星敏感器真空標定輔助裝置，充分考慮了真空標定過程中，星敏感器安裝的熱學和力學穩(wěn)定性，可有效減小熱力學環(huán)境因素對星敏感器標定精度的影響。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。