Юстировочное устройство

Авторы патента:

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может быть использована в системах юстировки и фокусировки космических телескопов, предназначенных для дистанционного зондирования Земли. Юстировочное устройство включает корпус, основание, установленное с возможностью двух поперечных линейных перемещений относительно корпуса, толкатели линейных перемещений основания, установленные на корпусе и упирающиеся в основание, пружины силового замыкания линейных перемещений основания, установленные между корпусом и основанием, держатель зеркала, установленный с возможностью угловых и осевого линейного перемещений относительно основания, толкатели угловых перемещений держателя, установленные на основании, связанные с держателем зеркала, пружину силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя Возможность двух поперечных линейных перемещений основания относительно корпуса обеспечивается посредством линейных направляющих, закрепленных перпендикулярно друг на друге и прикрепленных соответственно одна к корпусу, а другая к основанию, возможность угловых и осевого линейного перемещений держателя зеркала относительно основания обеспечивается посредством стержня-ползуна, установленного с возможностью перемещения внутри осевой направляющей, проходящей через центральные отверстия в корпусе и в основании и прикрепленной к основанию перпендикулярно, причем один конец стержня-ползуна через шаровой шарнир соединен с держателем зеркала, а на другом конце, имеющим буртик, установлена пружина силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, упирающаяся в торцевую часть осевой направляющей и буртик стержня-ползуна, толкатели угловых перемещений держателя связаны с держателем зеркала посредством рычажного механизма, дополнительно содержит толкатель арретирования, установленный на внешней части корпуса с возможностью упора в углубление на стержне-ползуне через отверстие в осевой направляющей, упоры основания, установленные на внутренней части корпуса напротив торцевой части основания, упоры с отверстиями, установленные на внутренней части корпуса, площадки со штырями, закрепленные на держателе зеркала и имеющие возможность соединения с отверстиями в упорах, и фиксатор, закрепленный на основании, в который упирается держатель зеркала для ограничения его от разворота на шаровом шарнире вокруг оси стержня-ползуна, толкатели линейных перемещений основания, толкатели угловых перемещений и толкатель арретирования выполнены в виде двух линейных актуаторов, соединенных с суммирующим механизмом. Суммирующий механизм может быть выполнен в виде стержня с двуплечим рычагом. Предлагаемая полезная модель позволяет создать надежное юстировочное устройство, работоспособное в орбитальных условиях, с повышенной чувствительностью и точностью перемещений.

Юстировочное устройство должно обеспечивать высокоточные линейные и угловые перемещения одного из зеркал телескопов в орбитальных условиях.

Известен регулируемый оптический модуль [1], который состоит из установленных вдоль оптической оси внешней оправы и соединенного с ней через механизм перемещения оптического элемента. Оптический элемент установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси. Механизм перемещения закреплен на внешней оправе и содержит пружинящие элементы.

Конструктивно механизм перемещения выполнен в виде микродомкрата, верхняя и нижняя части корпуса которого соединены с внутренней оправой оптического элемента и внешней оправой соответственно.

Пружинящие элементы выполнены в боковых стенках корпуса и в нем установлен дифференциальный механизм, выполненный из винта и двух гаек, имеющих разный шаг резьбы, причем винт и одна из гаек жестко закреплены на противоположных внутренних боковых стенках корпуса, а вторая гайка является подвижной и установлена с возможностью перемещения по резьбе винта посредством манипулятора.

Манипулятор, например, шаговый двигатель, приводит в действие дифференциальный механизм, который воздействует на боковые стенки корпуса, изменяя его геометрические размеры за счет пружинящих элементов. Это приводит к перемещению оптического элемента вдоль его оптической оси.

Механизмы микродомкратов могут быть приведены в действие манипуляторами одновременно или каждый в отдельности, что приводит, в свою очередь, либо к перемещению оптического элемента вдоль его оси, либо к его наклону соответственно.

Описанный регулируемый оптический модуль имеет три степени свободы: одну линейную (вдоль оптической оси) и две угловых. Этого недостаточно для обеспечения юстировки и фокусировки космических телескопов. Для них необходимо пять степеней свободы (пять подвижек): три линейные и две угловые.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по количеству подвижек является юстировочное устройство [2]. Оно обеспечивает пять перемещений (три линейных и два угловых).

Юстировочное устройство, включающее корпус, установленное с возможностью двух поперечных линейных перемещений относительно корпуса основание с плоской опорной поверхностью, толкатели линейных перемещений основания, установленные на корпусе и упирающиеся в основание, пружины силового замыкания линейных перемещений основания, установленные между корпусом и основанием, держатель юстируемого зеркала, установленный с возможностью угловых перемещений относительно основания, толкатели угловых перемещений держателя, установленные на основании и упирающиеся в держатель, пружины силового замыкания угловых перемещений держателя, установленные между основанием и держателем. Держатель зеркала установлен с возможностью угловых и осевого линейного перемещений относительно основания и выполнен в виде фланца с тремя опорными элементами шаровых опор различных видов: конуса, плоскости и призмы с ребром, ориентированным по направлению углового перемещения, а толкатели угловых перемещений с шаровыми пятками установлены на основании с упором на опорные элементы, причем оси толкателей ориентированы параллельно оси юстируемого зеркала.

Недостатком этого юстировочного устройства является неработоспособность в орбитальных условиях, так как не обеспечен автономный режим работы, из-за выполнения толкателей в виде винтовых механизмов, и не обеспечена безопасная транспортировка устройства и вывод его на орбиту в сложных условиях запуска, из-за отсутствия фиксации звеньев с гибкими пружинными соединениями.

Задачей полезной модели является создание юстировочного устройства работоспособного в орбитальных условиях.

Указанный результат достигается тем, что в юстировочном устройстве, включающем корпус, основание, установленное с возможностью двух поперечных линейных перемещений относительно корпуса, толкатели линейных перемещений основания, установленные на корпусе и упирающиеся в основание, пружины силового замыкания линейных перемещений основания, установленные между корпусом и основанием, держатель зеркала, установленный с возможностью угловых и осевого линейного перемещений относительно основания, толкатели угловых перемещений держателя, установленные на основании, связанные с держателем зеркала, пружину силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, в отличие от известного устройства возможность двух поперечных линейных перемещений основания относительно корпуса обеспечивается посредством линейных направляющих, закрепленных перпендикулярно друг на друге и прикрепленных соответственно одна к корпусу, а другая к основанию, возможность угловых и осевого линейного перемещений держателя зеркала относительно основания обеспечивается посредством стержня-ползуна, установленного с возможностью перемещения внутри осевой направляющей, проходящей через центральные отверстия в корпусе и в основании и прикрепленной к основанию перпендикулярно, причем один конец стержня-ползуна через шаровой шарнир соединен с держателем зеркала, а на другом конце, имеющим буртик, установлена пружина силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, упирающаяся в торцевую часть осевой направляющей и буртик стержня-ползуна, толкатели угловых перемещений держателя связаны с держателем зеркала посредством рычажного механизма, дополнительно содержит толкатель арретирования, установленный на внешней части корпуса с возможностью упора в углубление на стержне-ползуне через отверстие в осевой направляющей, упоры основания, установленные на внутренней части корпуса напротив торцевой части основания, упоры с отверстиями, установленные на внутренней части корпуса, площадки со штырями, закрепленные на держателе зеркала и имеющие возможность соединения с отверстиями в упорах, и фиксатор, закрепленный на основании, в который упирается держатель зеркала для ограничения его от разворота на шаровом шарнире вокруг оси стержня-ползуна, толкатели линейных перемещений основания, толкатели угловых перемещений держателя и толкатель арретирования выполнены в виде двух линейных актуаторов, соединенных с суммирующим механизмом.

Суммирующий механизм может быть выполнен в виде стержня с двуплечим рычагом.

Выполнение в юстировочном устройстве механизма поперечных линейных перемещений основания, механизма угловых и осевого линейного перемещения держателя зеркала, выполнение всех толкателей в виде двух линейных актуаторов (резервирование) обеспечивает работу юстировочного устройства в автономном режиме в орбитальных условиях.

Наличие в юстировочном устройстве толкателя арретирования и упоров расположенных на корпусе, обеспечивает фиксацию (арретирование) звеньев с гибкими пружинными соединениями и тем самым обеспечивает безопасную транспортировку устройства и вывод его на орбиту в сложных условиях запуска.

Сущность предложенной полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 изображено юстировочное устройство с разрезом вдоль осевой направляющей. На фиг. 2 изображен толкатель, состоящий из актуаторов и суммирующего механизма.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит корпус 1 цилиндрической формы, основание 2, держатель 3 зеркала 4, две пары линейных направляющих 5, два толкателя линейных перемещений 6 основания, осевую направляющую 7, стержень-ползун 8, установленный внутри осевой направляющей 7 с возможностью перемещения, три толкателя угловых перемещений 9 держателя, толкатель арретирования 10.

Осевая направляющая 7 проходит через центральные отверстия в корпусе 1 и в основании 2 и прикреплена к основанию 2 перпендикулярно. Один конец стержня-ползуна 8 соединен с держателем 3 зеркала посредством шарового шарнира 11, а на другом конце, имеющим буртик, установлена пружина 12 силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, упирающаяся в торцевую часть осевой направляющей 7 и буртик стержня-ползуна 8. Возможность осевого линейного перемещения держателя 3 зеркала относительно основания 2 обеспечивается посредством стержня-ползуна 8, установленного в подшипниках осевой направляющей 7. Возможность углового перемещения держателя 3 обеспечивается за счет шарового шарнира 11.

Возможность двух поперечных линейных перемещений основания 2 относительно корпуса 1 обеспечивается посредством двух пар линейных направляющих 5. В каждой паре линейные направляющие 5 закреплены перпендикулярно друг на друге и прикреплены соответственно одна к корпусу 1, а другая к основанию 2. Линейные направляющие могут быть выполнены в виде шариковых кареток с направляющими рельсами. Основание 2 приводится в движение при помощи двух толкателей линейных перемещений 6 основания, которые расположены перпендикулярно друг к другу и установлены на внутренней стороне корпуса 1 и упираются в основание 2. Силовое замыкание линейных перемещений осуществляется при помощи пружин 13, которые расположены напротив толкателей линейных перемещений 6 основания и крепятся к внутренней цилиндрической части корпуса 1. Для ограничения перемещения основания 2 и разгрузки толкателей 6 линейных перемещений основания при транспортировке и запуске на орбиту используются упоры 14, которые установлены на внутренней цилиндрической части корпуса 1 и равномерно расположены по окружности через 90°.

Толкатели 9 угловых перемещений держателя предназначены для осуществления осевого линейного и двух угловых перемещений держателя 3, установлены на плоской поверхности основания 2 по окружности через 120° и связаны с держателем зеркала посредством рычажных механизмов 15

Толкатель арретирования 10 установлен на внешней части корпуса 1 с возможностью упора в углубление на стержне-ползуне 8 через отверстие в осевой направляющей 7.

Для предотвращения разворота держателя 3 зеркала на шаровом шарнире 11 вокруг осевого линейного перемещения на основании 2 установлен фиксатор 16, к которому, при помощи подпружиненного шарика 17, прижат держатель 3 зеркала (фиг. 1).

Для ограничения осевого линейного и двух угловых перемещений держателя 3 зеркала и для разгрузки толкателей 9 при транспортировке и запуске на орбиту на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 через 120° расположены упоры 18 с отверстиями, а на держателе 3 зеркала выполнены площадки 19 со штырями 20, имеющими возможность соединения с отверстиями в упорах 18.

Толкатели линейных перемещений 6 основания, толкатели угловых перемещений 9 держателя и толкатель арретирования 10 выполнены в виде двух линейных актуаторов 21, соединенных с суммирующим механизмом. Суммирующий механизм представлен в виде стержня 22, который крепится к двуплечему рычагу 23 осью 24. Это позволяет стержню 22 совершать линейные перемещения равные половине перемещения одного из актуаторов 21, а двуплечему рычагу 23 помимо линейного перемещения совершать еще и повороты вокруг оси 24 (фиг.2). Выполнение толкателей в виде двух линейных актуаторов, соединенных с суммирующим механизмом позволяет при выходе из стоя одного из линейных актуаторов продолжить работу посредством второго, т.е. обеспечивает резервирование линейных актуаторов 21 и повышает надежность юстировочного устройства в целом. Линейные актуаторы могут быть выполнены с использованием двигателя, редуктора и винтовой пары.

Юстировочное устройство работает следующим образом.

При выдвижении стержней толкателей линейных перемещений 6 основания, основание 2 давит на пружины 13 сжимая их, а при отведении стержней толкателей линейных перемещений 6 основания, пружины силового замыкания 13 распрямляются и под действием своих упругих сил дожимают основание 2 к стержням толкателей линейных перемещений 6 основания, что приводит к линейному движению основания 2 по направляющим 5 и таким же перемещениям держателя 3 с зеркалом 4 в направлении перпендикулярном осевому линейному перемещению. При одновременном отведении стержней трех толкателей угловых перемещений 9 держателя рычажные механизмы 15 давят на держатель 3 зеркала и через стержень-ползун 8 сжимают пружину 12 силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений, а при одновременном выдвижении стержней этих толкателей пружина 12 распрямляется и под действием своих упругих сил прижимает держатель 3 зеркала к рычажным механизмам 15, что приводит к осевому линейному движению держателя 3 с зеркалом 4 вдоль осевой направляющей 7. При рассогласованном движении стержней толкателей угловых перемещений 9 держателя, помимо линейного осевого перемещения, юстируемое зеркало 4 будет иметь еще и два угловых перемещения благодаря возможности заклона держателя 3 зеркала относительно стержня-ползуна 8 на шаровом шарнире 11.

Во время работы толкателя один из линейных актуаторов (резервный) отключен. При выходе из строя рабочего линейного актуатора в работу включается резервный. Суммирующий механизм позволяет передать движение одного из рабочих линейных актуаторов.

Перед транспортировкой или перед запуском на орбиту для исключения поломки юстировочное устройство должно быть арретировано. Для этого стержни толкателей линейных перемещений 6 основания отводят таким образом, чтобы основание 2 коснулось упоров 14 под действием упругих сил пружин 13 соответственно (фиг. 1). При такой позиции основания 2, каждый штырь 20 площадок 19 находится напротив соответствующего отверстия упора 18. Далее осуществляется отведение стержней трех толкателей угловых перемещений 9 держателя, при этом под действием упругих силы замыкающей пружины 12 штыри 20 заходят в отверстия упоров 18 до тех пор, пока площадки 19 не коснуться упоров 18. При таком положении механизма, все подвижные части оказываются замкнутыми между упорами и соответствующими пружинами замыкания, а стержни толкателей линейных перемещений 6 основания и стержни толкателей угловых перемещений 9 держателя разгружены. Для жесткой фиксации устройства, стержень толкателя арретирования 10 заводится до упора в углубление стержня-ползуна 8 (фиг. 1). Углубление выполнено под углом к осевому линейному перемещению и сориентировано под углом 45° к линейным движениям основания 2, тем самым обеспечивая мощный прижим площадок 19 к упорам 18 с отверстиями, а основания 2 к упорам 14. Разарретирование проводится в обратной последовательности.

Таким образом предлагаемая полезная модель позволяет создать юстировочное устройство, работоспособное в орбитальных условиях.

Источники информации:

1. RU 2358298 C2 (ОАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева») 2008.12.27, весь документ.

2. RU 85003 U1 (ФГУП НИИКИ ОЭП) 2009.07.20, весь документ. - Прототип.

1. Юстировочное устройство, включающее корпус, основание, установленное с возможностью двух поперечных линейных перемещений относительно корпуса, толкатели линейных перемещений основания, установленные на корпусе и упирающиеся в основание, пружины силового замыкания линейных перемещений основания, установленные между корпусом и основанием, держатель зеркала, установленный с возможностью угловых и осевого линейного перемещений относительно основания, толкатели угловых перемещений держателя, установленные на основании, связанные с держателем зеркала, пружину силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, отличающееся тем, что возможность двух поперечных линейных перемещений основания относительно корпуса обеспечивается посредством линейных направляющих, закрепленных перпендикулярно друг на друге и прикрепленных соответственно одна к корпусу, а другая к основанию, возможность угловых и осевого линейного перемещений держателя зеркала относительно основания обеспечивается посредством стержня-ползуна, установленного с возможностью перемещения внутри осевой направляющей, проходящей через центральные отверстия в корпусе и в основании и прикрепленной к основанию перпендикулярно, причем один конец стержня-ползуна через шаровой шарнир соединен с держателем зеркала, а на другом конце, имеющим буртик, установлена пружина силового замыкания угловых и осевого линейного перемещений держателя, упирающаяся в торцевую часть осевой направляющей и буртик стержня-ползуна, толкатели угловых перемещений держателя связаны с держателем зеркала посредством рычажного механизма, дополнительно содержит толкатель арретирования, установленный на внешней части корпуса с возможностью упора в углубление на стержне-ползуне через отверстие в осевой направляющей, упоры основания, установленные на внутренней части корпуса напротив торцевой части основания, упоры с отверстиями, установленные на внутренней части корпуса, площадки со штырями, закрепленные на держателе зеркала и имеющие возможность соединения с отверстиями в упорах, и фиксатор, закрепленный на основании, в который упирается держатель зеркала для ограничения его от разворота на шаровом шарнире вокруг оси стержня-ползуна, толкатели линейных перемещений основания, толкатели угловых перемещений держателя и толкатель арретирования выполнены в виде двух линейных актуаторов, соединенных с суммирующим механизмом.

2. Юстировочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммирующий механизм, выполненный в виде стержня с двуплечим рычагом.