[发明专利]一种在极端恶劣环境下工作的高精度光学回转工作台

说明书

本发明公开了一种在极端恶劣环境下工作的高精度光学回转工作台。该发明通过步进电机驱动大传动比的减速机构实现360°转动机构转角高分辨率输出；通过具有双向定压预紧的传动副，消除极端温度下的啮合失配；通过使用聚酰亚胺制造传动零件实现极端温度环境下的自润滑；通过可以同时承受轴、径向载荷的超薄壁轴承实现工作台的高刚度支撑与大通光孔径；基座与轴系用与轴承钢相匹配的金属基复合材料制成，减小极端温度环境下相对热变形。该发明可用于真空、沙尘、极端温度和经历振动和冲击环境后，仍需保持良好的回转精度和高性能的应用；该发明适用于星载光通讯跟瞄机构和深空探测的扫描指向机构。该发明结构紧凑，质量轻巧，适用于各种恶劣环境。

技术领域：

本发明涉及深空光学探测与星载光通讯领域，具体涉及一种光学回转工作台，特别涉及一种在极端恶劣环境下工作的高精度光学回转工作台，它用于对探测目标的跟踪、指向及扫描。

背景技术：

光学回转工作台是深空探测指向机构和星载光学遥感设备扫描机构的核心部件。通过带动安装在其上的光学仪器转动，实现对远距离光学终端的跟踪瞄准，以实现光学通讯，也可实现光学遥感设备的目标指向、对地扫描成像或相移补偿。

光学回转工作台作为光学扫描、指向机构通常被布置在光学望远镜前端，扩大光学系统的动态探测范围。光学回转工作台除实现光路动态指向外，还需要其对上光学仪器实现高刚度支撑，在大多数情况下需要承载大于自身重量的载荷抵抗飞行器平台在主动段的利学振动环境。另外，在回转工作台主轴需要留有大的通光孔径，用于光学链路的连通；以及航天或深空探测对其占用空间和重量的严格限制等应用环境限制，是轻小型化设计成为此类载荷设计的重点之一。

光学扫描机构作为前置光学系统，由于其大范围的转动和动态视场包络，经常被安装在卫星或巡视器外部，直接暴露在外太空环境中，承受真空、低温以及行星表面可能存在的沙尘环境。在没有充足的能源对其进行加热保温时，如何保证恶劣环境下机构的性能便成为关键的技术问题。

工作环境中温度的大范围波动，将使轴系的回转精度下降、润滑失效以及传动装置过大的空回或卡死。简单的材料匹配和常规的传动机构无法满足使用要求，需要对轴系的润滑方式和传动机构进行特殊的设计。通过自润滑材料的使用、定压预紧式的消隙机构以及特殊设计的防尘方式，从而使质量、体积轻巧的光学回转工作台能够适应真空、利学、沙尘和大范围温度变化，并能够实现高精度的光学指向要求。

发明内容：

本发明目的是提供一种在极端恶劣环境下工作的高精度光学回转工作台。如何设计一套质量极其轻巧、结构非常紧凑，具备承受飞行器平台带来的剧烈地振动和冲击载荷的能利的同时，能够在各种恶劣环境下(包含真空、温度、沙尘等)保持良好回转精度，是本发明所要解决的技术问题。

本发明通过低温步进电机驱动减速机构实现工作台360°转动，通过减速机构的大传动比实现机构转角的高分辨率输出；通过具有双向定压预紧的传动副，消除传动机构在极端温度下的啮合失配；通过使用聚酰亚胺制造其中一个传动零件，实现极端温度环境下机构的自润滑；通过可以同时承受轴、径向载荷的超薄壁轴承实现工作台的高刚度支撑与大通光孔径；轴承滚动摩擦副采用自润滑材料解决低温下的润滑问题；轴系防尘采用特殊设计防尘环，考虑真空环境下使用，防尘环材料采用聚酰亚胺；工作台基座与轴系零件使用与轴承钢相匹配的金属基复合材料制成，以减小极端温度环境下相对热变形。

具体装置如附图1～3所示。