空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构及其装配方法

技术领域

本发明涉及空间光学遥感器技术领域，尤其涉及一种空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构及其装配方法。

背景技术

随着航空航天技术的不断发展与成熟，空间光学遥感器，特别是光学相机在航天领域中的应用日益广泛。在气象领域，光学相机可对太阳表面活动状态进行监测，从而对空间天气进行预测；在地球大气环境领域，光学相机可对地球表面的大气环境、等离子体层进行观测分析，从而对地表大气及等离子体层的状态进行监测，进而预测地球的成长趋势；在导航详查领域，光学相机可对地表陆地、海洋以及山脉的走势位置进行成像观测，从而将观测数据用于导航及地面详查等。技术日益成熟的空间光学相机，与我们的日常生活有着密不可分的关系。

空间光学相机在发射、入轨阶段，会经历大量级的力学振动环境、大幅度的气流冲击以及大气环境污染等，其中，气流冲击会对相机前端的光学滤光片造成破坏，进而导致任务失败；大气污染则会影响相机内部的光学元件及CCDCMOS探测器等，进而影响成像质量，同样会导致任务失败。因此，最为常见的一种解决措施是在相机入光口处设计有保护装置。

保护装置设计在相机前端，起到了相机镜头保护盖的作用。对于在轨工作时需要反复开关的工况，镜头盖通常由电机驱动，实现开关功能，这种设计在空间相机中较为普遍。但对于一次性开启的镜头盖，在实现基本功能的同时，也需要考虑重量、工作性能以及可靠性等因素。通过较少的结构件、较轻的重量及较高的可靠性，来实现镜头盖的一次性开启，实现既定的转动角度以及镜头盖打开后的稳定性，是空间光学相机的一个技术难点。

发明内容

本发明的目的是为了解决空间光学相机镜头盖一次性开启装置设计中出现的一系列技术难点，进而提出的一种用于空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构及其装配方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构，包括扭簧支架、扭簧轴、扭簧、固体润滑扭簧轴套、轴套座、第一扭簧压板、第二扭簧压板和锁定装置，所述锁定装置包括安装在扭簧支架上的柔性固定端和安装在镜头盖上并与所述柔性固定端卡接配合的刚性运动端；

扭簧支架固定安装在镜筒结构件的侧面，扭簧轴同时穿过扭簧支架上的轴孔和位于扭簧支架内的扭簧后，扭簧轴的两端分别与固体润滑扭簧轴套紧密贴合接触，固体润滑扭簧轴套与对应的轴套座紧密贴合接触，每个轴套座与镜头盖固定连接；

第一扭簧压板与第二扭簧压板相对的一侧设有与扭簧的扭臂相匹配的凹槽，预紧后的扭簧的扭臂插入凹槽后，第一扭簧压板与第二扭簧压板固定连接，第二扭簧压板与镜头盖固定连接。

一种空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构的装配方法，包括以下步骤：

将镜筒结构件固定于工装上，将扭簧支架通过4个螺钉安装于镜筒结构件上；

先将扭簧放置于最终的位置上，再将扭簧轴同时穿过扭簧支架上的轴孔及扭簧；

将2个扭簧轴套分别放置于扭簧轴露出的两端，并与扭簧轴紧密贴合接触，与扭簧支架同样紧密贴合接触；

将第一轴套座与下端的扭簧轴套贴合安装，将第二轴套座与上端的扭簧轴套贴合安装，确保轴孔配合安装到位；

将第一扭簧压板在压住扭簧的扭臂前提下与第二扭簧压板通过3个螺钉连接，确保扭簧的扭臂充分嵌入到第一扭簧压板的凹槽中，将第二扭簧压板通过4个螺钉与镜头盖连接，在确保镜头盖与镜筒结构件的接触面充分贴合后，再将上述螺钉拧紧；

将第一轴套座和第二轴套座分别通过2个螺钉与镜头盖固定连接；

将锁定装置的柔性固定端通过2个螺钉与扭簧支架连接，将锁定装置的刚性运动端112通过2个螺钉与镜头盖连接。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)本发明的空间光学相机镜头盖无源驱动锁紧机构采用了无源驱动方案，实现了转动机构的轨迹稳定、固体润滑摩擦；与现有技术方案相比，该无源驱动锁紧机构基于无源结构件，无功耗需求；采用固体润滑方式，转动摩擦较小且避免了冷焊情况的发生。以上特性有利于空间光学相机的设计及在轨工作；

(2)本发明的空间光学相机镜头盖无源驱动锁紧机构采用了基于刚柔组合的锁定装置，实现了镜头盖打开到既定角度后能够定位锁紧，不发生反转，避免了镜头盖打开后回弹或与其它结构发生勾挂等情况，从组件级保证了产品的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中的镜头盖无源驱动锁紧机构的整体结构示意图；

图2为图1的局部细节示意图；

图3为图1的另一个局部细节示意图；

图4为镜头盖无源驱动锁紧机构的整体结构爆炸图；

图5为镜头盖关闭状态示意图；

图6为镜头盖开启状态示意图。

附图标记说明：101、镜筒结构件；102、扭簧支架；103、扭簧轴；104、扭簧；105、固体润滑扭簧轴套；106、第一轴套座；107、第二轴套座；108、第一扭簧压板；109、第二扭簧压板；110、镜头盖；111、柔性固定端；112、刚性运动端。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1至图6所示，本发明提供一种由扭簧、扭簧轴、固体润滑扭簧轴套以及基于刚柔组合的锁定装置组成的空间光学相机镜头盖无源驱动锁紧机构。具体地，空间光学相机镜头盖无源驱动锁紧机构包括扭簧支架102、扭簧轴103、扭簧104、固体润滑扭簧轴套105、第一轴套座106、第二轴套座107、第一扭簧压板108、第二扭簧压板109、锁定装置的柔性固定端111、锁定装置的刚性运动端112，这些结构件安装在镜筒结构件101和镜头盖110上，其中镜筒结构件101除了图1所示的圆筒状之外，还可以设计为其它结构形式，只要能为驱动锁紧机构提供固定支撑即可。镜头盖110优选采用起爆解锁方式实现镜头盖打开。

扭簧支架102固定安装在镜筒结构件101的侧面，扭簧轴103同时穿过扭簧支架102上的轴孔和位于扭簧支架102内的扭簧104后，扭簧轴103的两端分别与固体润滑扭簧轴套105紧密贴合接触，下端的固体润滑扭簧轴套105与对应的第一轴套座106紧密贴合接触，上端的固体润滑扭簧轴套105与对应的第二轴套座107紧密贴合接触，第一轴套座106和第二轴套座107分别与镜头盖110固定连接。扭簧支架102通过螺钉固定安装在镜筒结构件101上。进一步地，扭簧支架102呈直角U形，直角U形的底部与镜筒结构件101侧面的安装面固定连接，并且直角U形的底部设有镂空，以进一步降低机构的整体重量，直角U形的上下两个侧壁分别设有一个供扭簧轴103穿过的轴孔。

第一扭簧压板108与第二扭簧压板109相对的一侧设有与扭簧104的扭臂相匹配的凹槽，本发明中的凹槽设置在第一扭簧压板108上，凹槽的形状与扭簧104的扭臂相匹配，从而实现对扭臂的限位。本发明中的扭簧104可以采用如图2所示的以中间凸出部分作为扭臂的扭簧，以增加驱动镜头盖110转动时的稳定性，也可以采用其他能够实现相同功能或者作用的扭力弹簧或者其他类型的弹簧。预紧后的扭簧104的扭臂插入凹槽后，第一扭簧压板108与第二扭簧压板109固定连接，第二扭簧压板109与镜头盖110固定连接。可选地，第一扭簧压板108、第二扭簧压板109、镜头盖110依次通过螺钉固定连接。

本发明中的锁定装置采用基于刚柔组合的装置，其中柔性固定端111安装于镜筒结构件101上，刚性运动端112安装于镜头盖110上。镜头盖打开既定角度后，柔性固定端111与刚性运动端112相遇并导致柔性固定端111变形，二者嵌合到一起从而实现镜头盖110的锁定，确保镜头盖110不会反转。可选地，柔性固定端111的端部为弯折圆弧开口，而刚性运动端112的端部为平面形式，当二者相遇时，刚性运动端112的端部插入柔性固定端111的弯折圆弧开口内，从而对镜头盖110稳定锁定。

进一步地，为降低镜头盖无源驱动锁紧机构的重量，柔性固定端111和刚性运动端112均采用钛合金制造。

采用聚四氟乙烯作为固体润滑材料制造固体润滑扭簧轴套105。固体润滑扭簧轴套105一侧与对应的轴套座连接，另一侧与扭簧轴103接触，形成稳定、低摩擦的转动副。

本发明的镜头盖无源驱动锁紧机构采用无源驱动形式。镜头盖110在关闭状态下扭簧104处于预紧状态，利用扭簧104在预紧状态下的势能作为驱动能量，从而驱动镜头盖110开启并达到预定位置。

本发明采用扭簧轴103作为转动及导向结构件，镜头盖110可绕扭簧轴103做旋转开启运动，保证镜头盖转动的稳定性以及轨迹可控。

本发明的空间光学相机镜头盖无源驱动锁紧机构采用了无源驱动方案，实现了转动机构的轨迹稳定、固体润滑摩擦；与现有技术方案相比，该无源驱动锁紧机构基于无源结构件，无功耗需求；采用固体润滑方式，转动摩擦较小且避免了冷焊情况的发生。以上特性有利于空间光学相机的设计及在轨工作；同时，采用了基于刚柔组合的锁定装置，实现了镜头盖打开到既定角度后能够定位锁紧，不发生反转，避免了镜头盖打开后回弹或与其它结构发生勾挂等情况，从组件级保证了产品的可靠性。

空间光学相机的镜头盖无源驱动锁紧机构的装配过程如图2至图4所示，具体包括以下步骤：将镜筒结构件101固定于工装上，保证安装过程稳定可靠，再将扭簧支架102通过4个螺钉(例如M4螺钉)安装于镜筒结构件101上；先将扭簧104放置于最终的位置上，再将扭簧轴103同时穿过扭簧支架102上的轴孔及扭簧104，并保证扭簧轴103在扭簧支架102上两端露出的部分尺寸等长；再将2个固体润滑扭簧轴套105分别放置于扭簧轴103露出的两端，并与扭簧轴103紧密贴合接触，同时与扭簧支架102同样具有紧密贴合接触；再将第一轴套座106与下端的固体润滑扭簧轴套105贴合安装、第二轴套座107与上端的固体润滑扭簧轴套105贴合安装，确保轴孔配合安装到位；再将第一扭簧压板108在压住扭簧104的中间突出部分的扭臂的前提下与第二扭簧压板109通过3个螺钉(例如M3螺钉)连接，确保扭簧104的中间凸出部分的扭臂充分嵌入到第一扭簧压板108的凹槽中；再将第二扭簧压板109通过4个螺钉(例如M3螺钉)与镜头盖110连接，在确保镜头盖110与镜筒结构件101的接触面充分贴合后，再将上述螺钉拧紧；再将第一轴套座106和第二轴套座107分别通过2个螺钉(例如M3螺钉)与镜头盖110连接；再将锁定装置的柔性固定端111通过2个螺钉(例如M2.5螺钉)与扭簧支架102连接，锁定装置的刚性运动端112通过2个螺钉(例如M2.5螺钉)与镜头盖110连接。

通过上述步骤完成对镜头盖无源驱动锁紧机构的装配过程。镜头盖关闭状态如图5所示，开启状态如图6所示。开启时，镜头盖110的采用起爆解锁的方式打开，在扭簧104扭转势能的驱动下，绕扭簧轴103转动至既定位置。到达既定位置后，刚性运动端112与柔性固定端111相遇，柔性固定端111发生小幅度弹性变形并进入至刚性运动端112的圆弧中实现二者的锁紧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。