一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构的制作方法

1.本发明涉及一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构，属于精密机械技术领域，可用于空间光学遥感扫描型相机长寿命高精度应用领域。


背景技术：

2.目前由于探测器规模的限制，大视场成像，多探测通道一体化相机只有采用光机扫描成像方式实现。而大视场扫描成像主要选用四种方式：45
°
旋转反射扫描、摆镜摆动扫描、双面镜扫描和望远镜整体旋转扫描。45
°
旋转反射扫描需要消除像旋，杂光偏振抑制难度大。摆镜扫描幅宽小，全口径、全光路定标难度大。双面镜旋转扫描引入外杂光，偏振大。相比其他三种，望远镜整体旋转具备无像旋，杂散光小、偏振小的优点，并且能够在扫描目标范围外加入定标源、有利于在飞行中进行全口径全光路定标。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构，通过力矩电机直接驱动镜头组件进行360
°
连续单向旋转，同时扫描转轴上的光电编码器对旋转角度进行测量并反馈给扫描控制器来完成高精度伺服控制，从而解决了空间相机扫描分辨率低与大视场的矛盾。
4.本发明的技术解决方案是：一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构，包括镜头组件、扫描支撑框架、扫描主轴组件、辅助支撑组件和火工锁定装置；
5.所述的镜头组件的一端与扫描主轴组件连接，另一端与辅助支撑组件连接；
6.所述扫描支撑框架位于扫描主轴组件和辅助支撑组件之间，用于支撑扫描主轴组件和辅助支撑组件；
7.所述扫描主轴组件用于配合伺服控制实现旋转望远扫描机构的驱动工作，确保镜头组件按照指令要求实现高精度匀速扫描成像；
8.所述辅助支撑组件通过深沟球轴承用于实现大跨距镜头组件的辅助支撑；
9.所述火工锁定装置与镜头组件固定，两个火工锁定装置径向对置安装。
10.进一步地，所述扫描主轴组件包括扫描主轴、力矩电机、电机座、配对角接触球轴承、轴承座、光电编码器、光电编码器保护外壳、光电编码器座、连接法兰、轴承内圈密封挡盖、轴承外圈密封挡盖；
11.所述轴承座为安装基座；
12.所述扫描主轴为中空结构；内部安装滑环组件，将镜头组件的加温和测温信号引出；
13.所述力矩电机的转子通过螺钉固定在扫描主轴上，其定子通过螺钉固定在电机座上；
14.配对角接触球轴承分别通过轴承内圈密封挡盖、轴承外圈密封挡盖实现轴承的预紧和密封；
15.所述光电编码器的读数头固定在光电编码器座上，玻璃光栅通过胶粘固定在扫描主轴上；光电编码器的电路板集成安装在光电编码器座上，并通过两个读数头备份提高可靠性；
16.所述光电编码器保护外壳用来保护光电编码器电路板。
17.进一步地，所述扫描主轴为中空结构；内部安装滑环组件，将镜头组件的加温和测温信号引出。
18.进一步地，所述电机座采用的材料为铝基碳化硅，外表面喷黑漆。
19.进一步地，所述辅助支撑组件包括辅助支撑转轴、深沟球轴承、辅助支撑轴座和一组轴承密封挡盖；所述辅助支撑转轴与镜头组件通过螺钉连接；
20.所述深沟球轴承支撑辅助支撑转轴，深沟球轴承通过一组轴承密封挡盖实现密封。
21.进一步地，所述光电编码器读数头的安装采用双读数头备份。
22.进一步地，所述扫描主轴组件和辅助支撑组件采用的支撑元件均为油脂润滑轴承。
23.进一步地，采用迷宫密封设计阻止油脂的挥发和损失。
24.进一步地，发射阶段通过火工锁定装置将镜头组件锁定，提高发射阶段的抗力学能力。
25.进一步地，所述的镜头组件安装前进行动平衡调试，降低由于不平衡量引起的扰动造成对光学系统成像精度的影响。
26.本发明与现有技术相比的优点在于：
27.(1)镜头组件整体旋转扫描具备无像旋，杂散光小、偏振小的优点；
28.(2)扫描机构速度均匀性高，扫描精度高；
29.(3)通过火工锁锁定提高镜头组件在力学试验和发射阶段的可靠性
附图说明
30.图1为本发明旋转望远扫描机构结构图；
31.图2为本发明扫描主轴组件结构图；
32.图3为本发明辅助支撑组件结构图。
具体实施方式
33.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
34.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～3所示)：空间长寿命使用的高精度旋转扫描机构，通过采用力矩电机直接驱动，高精度光电编码器闭环控制，采用配对角接触球轴承和深沟球轴承作为支撑，满足大视场下的高精度扫描，从而解决了空间相机扫描分辨率低与大视场的矛盾。通过火工锁锁定大幅度提高了旋转望远扫描机构的抗力
学能力。通过密封设计减少了轴承润滑剂的泄露和损失，提高了空间使用寿命。通过对镜头组件实施动平衡降低不平衡量带来的离心力和偏心力矩引起的扰动造成对光学系统成像精度的影响。
35.旋转望远扫描机构通过光电编码器实时反馈角度位置，在伺服控制系统的作用下按照设定的扫描运动规律驱动力矩电机带着镜头组件1转动，实现望远系统绕旋转轴在穿轨方向进行360
°
旋转扫描，实现大角度范围内的匀速扫描成像。
36.旋转望远扫描机构包括镜头组件1、扫描支撑框架2、扫描主轴组件3、辅助支撑组件4和火工锁定装置5。扫描主轴组件3用于配合伺服控制实现旋转望远扫描机构的驱动工作，确保镜头组件1按照指令要求实现高精度匀速扫描成像。辅助支撑组件4主要通过深沟球轴承用于实现大跨距镜头组件1的辅助支撑，提高整个主轴系统的刚度和固有频率，减小振摆。扫描主轴组件3和辅助支撑组件4采用的支撑元件均为油脂润滑轴承。发射阶段通过火工锁定装置5将较重的镜头组件1锁定，提高发射阶段的抗力学能力。
37.本发明选用高精度光电编码器作为角度传感器，通过力矩电机直接驱动镜头组件进行360
°
连续单向匀速旋转，同一转轴上的光电编码器对旋转角度进行测量并反馈给控制系统，通过控制系统的闭环控制，提高了转动速度均匀性，解决了空间遥感器扫描分辨率低与大视场的矛盾。
38.在本技术实施例所提供的方案中，一种空间长寿命高精度旋转望远扫描机构包括镜头组件1、扫描支撑框架2、扫描主轴组件3、辅助支撑组件4和锁定装置5；扫描主轴组件3和辅助支撑组件4安装在主支撑框架上，扫描主轴组件3连接镜头组件1，通过扫描主轴31上安装的力矩电机32直接驱动镜头组件1进行360
°
连续单向旋转，同时扫描主轴31的光电编码器36对旋转角度进行测量并反馈给扫描控制器来完成高精度伺服控制。辅助支撑组件4安装于镜头组件1的另一端，通过深沟球轴承42提供辅助支撑，提高整个扫描系统的刚度和固有频率，减小振摆，提高旋转精度，同时深沟球轴承42的使用减少温度变形的卡滞风险。发射阶段通过火工锁定装置5锁定镜头组件1，入轨后火工锁加电解锁。
39.所述的扫描主轴组件3包括扫描主轴31、力矩电机32、电机座33、配对角接触球轴承34、轴承座35、光电编码器36、光电编码器保护外壳37、光电编码器座38、连接法兰39、轴承内圈密封挡盖311、轴承外圈密封挡盖312；扫描主轴31为中空结构，内部安装滑环组件313，将镜头组件1的加温回路和测温信号引出；力矩电机32的转子通过螺钉固定在扫描主轴31上；力矩电机32的定子通过螺钉固定在电机座33上；配对角接触球轴承分别通过轴承内圈密封挡盖311、轴承外圈密封挡盖312实现轴承的预紧和密封；光电编码器的读数头36a固定在光电编码器座38上，玻璃光栅36b通过胶粘固定在扫描主轴31上；光电编码器36的电路板36c集成安装在光电编码器座38上，并采用两个读数头36a实现备份；光电编码器保护外壳37用来保护光电编码器电路板。
40.所述的辅助支撑组件4包括辅助支撑转轴41、深沟球轴承42、辅助支撑轴座43、一组轴承密封挡盖44；辅助支撑转轴41与镜头组件1通过螺钉连接，深沟球轴承42支撑辅助支撑转轴41，深沟球轴承通过一组轴承密封挡盖44实现密封。
41.所述的火工锁定装置5分别通过螺钉和与镜头组件1固定，两个火工锁定装置5径向对置安装。
42.本发明通过对旋转望远扫描机构进行闭环控制，提高了速度均匀性，实现了油脂
润滑轴承支撑下的高精度扫描，解决了空间相机扫描分辨率低与大视场的矛盾。对于空间发射及在轨环境要求，提供了一种高精度长寿命的扫描机构解决方案，在航天光学遥感器领域有着重要的实用价值。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
44.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
45.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。