CN115185059B - 一种超轻主镜重力补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超轻主镜重力补偿装置，属于空间光学遥感器技术领域；包括底板、超轻主镜和补偿机构；底板水平放置；超轻主镜镜面竖直向上放置在外部底板的上方；超轻主镜的背面指向底板；重力补偿机构轴向竖直设置在超轻主镜和底板之间，且按照超轻主镜需要补偿重力的点位设置各补偿机构的安装位置；本发明通过压紧弹簧进而实现对轻质主镜背部点力的精准调节和控制，从而实现了对主镜的重力剔除，本发明实施过程简单，有利于快速完成主镜的重力剔除。
Description
技术领域
本发明属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种超轻主镜重力补偿装置。
背景技术
随着空间光学遥感器(以下简称相机)空间分辨率指标的提升，相机的口径也越来越大。随着反射镜口径的增大，轻量化程度的提高，面形精度的高标准也要求支撑装配的精准把控，各个支撑结构环节和工艺过程必须进行试验和仿真分析，保证误差分配的合理合格。反射镜口径的增大使得重力能够引起的面形变化大大增加，而单纯的提高设计刚度或支撑复杂度是绝对行不通的，并且天地性能的一致性必须得到验证保证。
地面验证技术的一项核心内容就是重力卸载。“卸载”的目的不是将载荷“取消”(事实上也无法“取消”)，而是通过某种手段将重力的影响剥离，在地面装调检测中获取可靠的反射镜零重力面形。主要方法就是各种重力卸载装置，其将大的、集中的载荷分散，从而使大的、集中的变形变成若干小的变形。多点支撑方法应用灵活、稳定可靠，是目前较常见的重力卸载方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超轻主镜重力补偿装置，通过压紧弹簧进而实现对轻质主镜背部点力的精准调节和控制，从而实现了对主镜的重力剔除，本发明实施过程简单，有利于快速完成主镜的重力剔除。
本发明解决技术的方案是：
一种超轻主镜重力补偿装置，包括底板、超轻主镜和补偿机构；
底板水平放置；超轻主镜镜面竖直向上放置在外部底板的上方；超轻主镜的背面指向底板；重力补偿机构轴向竖直设置在超轻主镜和底板之间，且按照超轻主镜需要补偿重力的点位设置各补偿机构的安装位置。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，所述超轻主镜的背部为弧形结构；各补偿机构的高度与对应超轻主镜弧形背部位置高度一致。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，所述补偿机构包括第一转接头、接头盖、柔性支撑杆、第二转接头、力传感器、第三转接头、上弹簧套、2个定位杆、弹簧、下弹簧套和调节螺母；
2个定位杆轴向竖直平行放置；上弹簧套固定安装在2个定位杆之间；下弹簧套设置在2个定位杆之间，且位于上弹簧套的下方；弹簧轴向竖直设置在上弹簧套和下弹簧套之间；下弹簧套的底部为杆状结构，下弹簧套底部竖直向下穿过底板；调节螺母设置在底板的上表面，且套装在下弹簧套的杆状底部的外壁；第三转接头安装在上弹簧套的顶部；力传感器安装在第三转接头的顶部；第二转接头安装在力传感器的顶部；柔性支撑杆轴向竖直设置在第二转接头的顶部；接头盖为盘装结构，接头盖套装在柔性支撑杆的外壁；第一转接头为盖状结构，第一转接头设置在接头盖的上表面；柔性支撑杆的头端伸入第一转接头与接头盖围成的空腔中，且柔性支撑杆的顶部与第一转接头下表面接触；第一转接头的上表面与超轻主镜的弧形背部接触。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，第一转接头的下表面设置有球状凹槽；柔性支撑杆的顶部为锥状凸起；柔性支撑杆顶部的锥状凸起与第一转接头的球状凹槽配合，实现第一转接头与超轻主镜的弧形背部接触时，绕第一转接头进行适应性偏转。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，通过旋转调节螺母实现调节下弹簧套向下伸入底板的距离。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，通过旋转调节螺母实现调节下弹簧套与上弹簧套间的距离，即调整弹簧的压缩量，实现调节传到超轻主镜上的力的大小。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，所述弹簧的簧丝直径为1.4mm，中径为14mm，竖直高度为42mm，弹簧的最大载荷为57N，刚度为2.1N/mm，适应25-31N的超轻主镜所需补偿力。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，通过2个定位杆限位下弹簧套沿竖直方向移动。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，调节螺母与下弹簧套的杆状底部外壁螺纹配合；螺纹采用M10X0.75的细牙螺纹。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，调节螺母旋转一圈实现弹簧的轴向长度变化量为0.75mm。
在上述的一种超轻主镜重力补偿装置，通过力传感器实时观察各补偿机构补偿的力值。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明提供了一种大口径反射镜不依赖支撑结构进而达到理想面形的测试方法，采用背部多点离散支撑的方式，最终得到大口径反射镜无重力面形；
(2)本发明中第一转接头和柔性连接杆之间连接处为球形和锥形的连接方式，这样更加有利于适应反射镜背部弧形形状；
(3)本发明为在第一转接头处加上接头盖；防止第一转接头掉落，同时防止第一转接头与反射镜背部点接触，产生局部较大应力；
(4)本发明下弹簧套的螺纹杆与调节螺母相连，通过调节调节螺母进而可使弹簧套下上下移动，进而压缩弹簧，来调节最终传到反射镜上的力的大小。
附图说明
图1为本发明重力补偿装置整体示意图；
图2为本发明补偿机构结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提供一种超轻主镜重力补偿装置，通过压紧弹簧进而实现对轻质主镜背部点力的精准调节和控制，从而实现了对主镜的重力剔除，本发明实施过程简单，有利于快速完成主镜的重力剔除。
超轻主镜重力补偿装置，如图1所示，包括底板12、超轻主镜14和补偿机构。底板12水平放置；超轻主镜14镜面竖直向上放置在外部底板12的上方；超轻主镜14的背面指向底板12；重力补偿机构轴向竖直设置在超轻主镜14和底板12之间，且按照超轻主镜14需要补偿重力的点位设置各补偿机构的安装位置。
超轻主镜14的背部为弧形结构；各补偿机构的高度与对应超轻主镜14弧形背部位置高度一致。
如图2所示，补偿机构包括第一转接头1、接头盖2、柔性支撑杆3、第二转接头4、力传感器5、第三转接头6、上弹簧套7、2个定位杆8、弹簧9、下弹簧套10和调节螺母11；
2个定位杆8轴向竖直平行放置；上弹簧套7固定安装在2个定位杆8之间；下弹簧套10设置在2个定位杆8之间，且位于上弹簧套7的下方；弹簧9轴向竖直设置在上弹簧套7和下弹簧套10之间；下弹簧套10的底部为杆状结构，下弹簧套10底部竖直向下穿过底板12；调节螺母11设置在底板12的上表面，且套装在下弹簧套10的杆状底部的外壁；第三转接头6安装在上弹簧套7的顶部；力传感器5安装在第三转接头6的顶部；第二转接头4安装在力传感器5的顶部；柔性支撑杆3轴向竖直设置在第二转接头4的顶部；接头盖2为盘装结构，接头盖2套装在柔性支撑杆3的外壁；第一转接头1为盖状结构，第一转接头1设置在接头盖2的上表面；柔性支撑杆3的头端伸入第一转接头1与接头盖2围成的空腔中，且柔性支撑杆3的顶部与第一转接头1下表面接触；第一转接头1的上表面与超轻主镜14的弧形背部接触。
第一转接头1的下表面设置有球状凹槽；柔性支撑杆3的顶部为锥状凸起；柔性支撑杆3顶部的锥状凸起与第一转接头1的球状凹槽配合，实现第一转接头1与超轻主镜14的弧形背部接触时，绕第一转接头1进行适应性偏转。球形和锥形的连接方式，这样更加有利于适应反射镜背部弧形形状。
为防止第一转接头1掉落，在第一转接头1处加上接头盖2；在与超轻主镜14连接处放置胶垫片，防止第一转接头1与超轻主镜14背部点接触，产生局部较大应力。
第二转接头4为连接柔性杆和传感器的转接件。
第三转接头6为连接力传感器5和上弹簧套7的转接件。
上弹簧套7约束了弹簧9的移动，同时其与定位杆8相连进而也约束了补偿机构的位置。
通过旋转调节螺母11实现调节下弹簧套10向下伸入底板12的距离。通过旋转调节螺母11实现调节下弹簧套10与上弹簧套7间的距离，即调整弹簧9的压缩量，实现调节传到超轻主镜14上的力的大小。
弹簧9通过上弹簧套7与下弹簧套9进行约束。卸载工装的力大小为25N～31N范围内，因而要求弹簧的最大载荷需要大于45N，同时为了有很高的调节精度，因而要求弹簧的刚度尽可能的小。通过对比，最终选择了规格为GB/T2089—2009的弹簧9。弹簧9的簧丝直径为1.4mm，中径为14mm，竖直高度为42mm，弹簧9的最大载荷为57N，刚度为2.1N/mm，适应25-31N的超轻主镜14所需补偿力。
通过2个定位杆8限位下弹簧套10沿竖直方向移动。
调节螺母11与下弹簧套10的杆状底部外壁螺纹配合；螺纹采用M10X0.75的细牙螺纹。调节螺母11旋转一圈实现弹簧9的轴向长度变化量为0.75mm。
重力补偿过程为：首先将各补偿机构的高度调节到与超轻主镜14背部弧度相匹配的高度，依据所确定底板12和超轻主镜14的相对位置进而手动微量调节底板12和超轻主镜14的相对位置，最终调节至满足要求的空间位置。
本发明通过压紧弹簧9进而实现对超轻主镜14背部点力的精准调节和控制，从而实现了对超轻主镜14的重力剔除，本发明实施过程简单，有利于快速完成超轻主镜14的重力剔除。并通过力传感器5实时观察各补偿机构补偿的力值。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：包括底板（12）、超轻主镜（14）和补偿机构；
底板（12）水平放置；超轻主镜（14）镜面竖直向上放置在底板（12）的上方；超轻主镜（14）的背面指向底板（12）；重力补偿机构轴向竖直设置在超轻主镜（14）和底板（12）之间，且按照超轻主镜（14）需要补偿重力的点位设置各补偿机构的安装位置；
所述补偿机构包括第一转接头（1）、接头盖（2）、柔性支撑杆（3）、第二转接头（4）、力传感器（5）、第三转接头（6）、上弹簧套（7）、2个定位杆（8）、弹簧（9）、下弹簧套（10）和调节螺母（11）；
2个定位杆（8）轴向竖直平行放置；上弹簧套（7）固定安装在2个定位杆（8）之间；下弹簧套（10）设置在2个定位杆（8）之间，且位于上弹簧套（7）的下方；弹簧（9）轴向竖直设置在上弹簧套（7）和下弹簧套（10）之间；下弹簧套（10）的底部为杆状结构，下弹簧套（10）底部竖直向下穿过底板（12）；调节螺母（11）设置在底板（12）的上表面，且套装在下弹簧套（10）的杆状底部的外壁；第三转接头（6）安装在上弹簧套（7）的顶部；力传感器（5）安装在第三转接头（6）的顶部；第二转接头（4）安装在力传感器（5）的顶部；柔性支撑杆（3）轴向竖直设置在第二转接头（4）的顶部；接头盖（2）为盘装结构，接头盖（2）套装在柔性支撑杆（3）的外壁；第一转接头（1）为盖状结构，第一转接头（1）设置在接头盖（2）的上表面；柔性支撑杆（3）的头端伸入第一转接头（1）与接头盖（2）围成的空腔中，且柔性支撑杆（3）的顶部与第一转接头（1）下表面接触；第一转接头（1）的上表面与超轻主镜（14）的弧形背部接触。
2.根据权利要求1所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：所述超轻主镜（14）的背部为弧形结构；各补偿机构的高度与对应超轻主镜（14）弧形背部位置高度一致。
3.根据权利要求2所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：第一转接头（1）的下表面设置有球状凹槽；柔性支撑杆（3）的顶部为锥状凸起；柔性支撑杆（3）顶部的锥状凸起与第一转接头（1）的球状凹槽配合，实现第一转接头（1）与超轻主镜（14）的弧形背部接触时，绕第一转接头（1）进行适应性偏转。
4.根据权利要求3所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：通过旋转调节螺母（11）实现调节下弹簧套（10）向下伸入底板（12）的距离。
5.根据权利要求4所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：通过旋转调节螺母（11）实现调节下弹簧套（10）与上弹簧套（7）间的距离，即调整弹簧（9）的压缩量，实现调节传到超轻主镜（14）上的力的大小。
6.根据权利要求5所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：所述弹簧（9）的簧丝直径为1.4mm，中径为14mm，竖直高度为42mm，弹簧（9）的最大载荷为57N，刚度为2.1N/mm，适应25-31N的超轻主镜（14）所需补偿力。
7.根据权利要求6所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：通过2个定位杆（8）限位下弹簧套（10）沿竖直方向移动。
8.根据权利要求7所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：调节螺母（11）与下弹簧套（10）的杆状底部外壁螺纹配合；螺纹采用M10X0.75的细牙螺纹；调节螺母（11）旋转一圈实现弹簧（9）的轴向长度变化量为0.75mm。
9.根据权利要求8所述的一种超轻主镜重力补偿装置，其特征在于：通过力传感器（5）实时观察各补偿机构补偿的力值。
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