一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构的制作方法

1.本发明属于空间环境模拟技术领域，特别是涉及一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构。


背景技术：

2.月球是地球唯一的天然卫星，但是其轨道环境与地球轨道环境有很大区别。月球轨道太阳辐射常数很大，由于月球表面几乎没有大气层，所以月球表面昼夜温差很大，太阳不能照射到的阴影区和夜晚期间的月球表面温度非常低。随着月球地面环境模拟技术的进步，我国对月球环境的模拟处于一个高水平阶段，可以模拟真空、低温、电子辐照、x射线辐照、紫外辐照以及微米/亚微米级带电粉尘的月表综合模拟环境，这也使得在进行环境模拟时，原位测量难度加大。因此，该设备的论证、设计及工程实施过程中存在一些极端环境适应性方面的技术难点。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构，它包括粉尘带电量测量机构、表面粉尘测量机构、直线位移滑座、回转臂、第一回转杆、第二回转杆和上下运动系统，所述直线位移滑座与直线导轨相连，所述直线位移滑座上端通过第一回转轴与回转臂相连，所述回转臂的一端与上下运动系统相连，所述回转臂的另一端通过第二回转轴与第二回转杆相连，所述上下运动系统通过第三回转轴与第一回转杆相连，所述第一回转杆的两端均设置有表面粉尘测量机构，所述所述第二回转杆的两端均设置有粉尘带电量测量机构。
5.更进一步的，所述粉尘带电量测量机构包括光电倍增管和法拉第杯，所述光电倍增管和法拉第杯分别设置在第二回转杆的两端。
6.更进一步的，所述表面粉尘测量机构包括表面电位仪、积分球，所述表面电位仪和积分球分别设置在第一回转杆的两端。
7.更进一步的，所述直线位移滑座上安装有加热片。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有空间环境模拟时原位测量难度大的问题。本发明是一种可以在真空、低温、电子辐照、x射线辐照、紫外辐照以及微米/亚微米级带电粉尘的月表综合模拟环境下工作的光学系统原位测量多自由度直线运动集成机构，该原位测量机构的工作在具有真空、低温、辐射以及带电粉尘的月尘舱中，其空载真空极限压力10
‑
5pa量级，环境温度100k，机构需具备防尘和热控能力以及防辐射能力；可携带测量仪器的种类和数量较多：主要包括但不限于光学显微镜探头、积分球反射率测量仪、发射率测量仪、表面电位仪等；运动范围较大：所携带的测量仪器在水平运动面内运动范围不小于400mm
×
400mm；具备一定的定位精度和速度要求：运动速度≥400mm/min，
定位精度误差≤
±
5mm。可是实现对带电月尘及试验对象的测量。
附图说明
9.图1为本发明所述的一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构结构示意图；
10.图2为本发明所述的一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构安装位置放大图；
11.图3为本发明所述的一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构安装位置示意图；
12.图4为本发明所述的一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构零位状态示意图；
13.图5为本发明所述的光电倍增管位于样品台中心正上方区域示意图；
14.图6为本发明所述的光电倍增管位于样品台正上方所需区域示意图；
15.图7为本发明所述的表面电位仪运动到样品台上方运动原理图；
16.图8为本发明所述的表面电位仪指向测量面运动原理图；
17.图9为本发明所述的月尘舱系统框图。
[0018]1‑
表面电位仪，2
‑
积分球，3
‑
光电倍增管，4
‑
样品台，5
‑
加热片，6
‑
直线位移滑座，7
‑
法拉第杯，8
‑
第二回转轴，9
‑
第一回转轴，10
‑
第三回转轴，11
‑
回转臂，12
‑
第一回转杆，13
‑
第二回转杆，14
‑
上下运动系统，a
‑
月尘舱，b
‑
原位测量机构，c
‑
平台。
具体实施方式
[0019]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
[0020]
参见图1
‑
9说明本实施方式，一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构，它包括粉尘带电量测量机构、表面粉尘测量机构、直线位移滑座6、回转臂11、第一回转杆12、第二回转杆13和上下运动系统14，所述直线位移滑座6与直线导轨相连，所述直线位移滑座6上端通过第一回转轴9与回转臂11相连，所述回转臂11的一端与上下运动系统14相连，所述回转臂11的另一端通过第二回转轴8与第二回转杆13相连，所述上下运动系统14通过第三回转轴10与第一回转杆12相连，所述第一回转杆12的两端均设置有表面粉尘测量机构，所述所述第二回转杆13的两端均设置有粉尘带电量测量机构。
[0021]
本实施例原位测量机构所携带的测量仪器有两类，
[0022]
一类是用于淋撒过程中粉尘带电量测量的粉尘带电量测量机构，粉尘带电量测量机构包括光电倍增管3和法拉第杯7，所述光电倍增管3和法拉第杯7分别设置在第二回转杆13的两端。另一类是淋撒结束后对样品台表面粉尘进行测量的表面粉尘测量机构，所述表面粉尘测量机构包括表面电位仪1、积分球2，所述表面电位仪1和积分球2分别设置在第一回转杆12的两端。
[0023]
根据测量仪器的工作特点及运动需求，将光电倍增管3和法拉第杯7的二维平动运动用一套极坐标运动机构实现；表面电位仪1和积分球2的二维平动运动用一套极坐标机构实现，两者与台面间的距离用一套上下运动系统14实现；为简化结构及减少自由度的数量，
将两套极坐标机构共用一个回转轴系和直线运动系统。
[0024]
在月尘淋撒和充电过程中，为了躲避粉尘以及减小原位测量机构对粉尘降落的影响，原位测量机构的零位处于如图4所示的位置。当原位测量机构处于零位位置时，机构离月尘舱中心的最小距离为620mm，离降尘区的最小距离为420mm，此时机构对月尘的降落没有影响，并且在淋撒和充电过程中原位测量机构的测量仪器——表面电位仪1和积分球2位于原位副舱内部，利用原位副舱实现防尘，可有效的降低月尘对该部分仪器或机构运动设备的影响。
[0025]
原位测量机构在设计中，对于受温度影响较大的电机、导轨、丝杠、轴承等部件选择能适应
‑
196℃～ 40℃的部件，对于这一类的零部件不需要主动热控措施就可以正常工作，所以对其进行多层隔热材料的被动热防护，直线位移滑座6上安装有加热片5。考虑真空对材料的影响，原位测量机构上尽可能不用非金属聚合材料，如果使用，必须考虑材料的蒸发、升华和分解特性。考虑低温对机构的影响，采用具有面心立方晶体结构的金属以及高强度钢，避免出现低温冷脆现象。考虑辐射环境，原位测量机构电机选择的电机是抗辐射电机，不需要特殊防护即可正常工作。原位测量机构的电缆主要用于电源和信号传输，尤其信号传输电缆对抗辐射也提出了更高的要求，要求在辐射环境下均能完整执行其特定功能。可选用抗辐射半柔/半硬同轴电缆，该种电缆抗辐射强度大于1
×
106gy，可长期工作于
‑
100℃～ 150℃温度范围。该电缆包括内导体、绝缘层、外导体、护套层，可用作原位测量机构的信号传输。
[0026]
光电倍增管3工作时机构的工作流程如下：
[0027]
步骤1：原位测量机构处于图4所示的零位状态；
[0028]
步骤2：通过回转臂11的直线运动、第一回转轴9和第二回转轴8的回转运动将光电倍增管3运动到样品台4上方，如图5所示；
[0029]
步骤3：根据测试需求，通过第一回转轴9的回转运动和回转臂11的直线运动将光电倍增管3运动到指定位置进行测试，如图6所示。
[0030]
法拉第杯7的测试过程与光电倍增管3测试过程相似，机构的运动是相同的。
[0031]
表面电位仪1测量时机构工作流程如下：
[0032]
步骤1：首先通过第一回转轴9的转动和回转臂11的直线运动将表面电位仪1运动到样品台4上方，如图7所示；
[0033]
步骤2：通过第三回转轴10将表面电位仪1探头指向样品台4上表面，通过上下运动系统14将探头运动到样品台4表面上方所需的高度；
[0034]
步骤3：根据测量需要，通过第一回转轴9的转动和回转臂11的直线运动系统可以将表面电位仪1探头运动到样品台4上方400mm
×
400mm区域的任意位置，机构运动原理如图8所示。
[0035]
积分球2测量时机构工作原理和表面电位仪1测量时机构的工作原理相同。
[0036]
以上对本发明所提供的一种集成多自由度直线运动的光学系统原位测量机构，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。