关键词：
星敏感器
CMOS电路板靶面
自动化装调
精度分析
摘要：
星敏感器是一种以恒星为参照系,以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置。它通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算,为卫星、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准。CMOS电路板靶面是星敏感器结构中的关键部分,靶面的装调是确保星敏感器成像质量的重要环节,靶面装配不佳会导致能量集中度变弱,影响星敏感器的工作性能。目前星敏感器CMOS电路板靶面装调主要依靠人工装调完成,存在装调精度低、产品一致性差、周期长等问题,导致产品的良品率较低。为此,研制了一台星敏感器CMOS电路板靶面自动装调设备,实现靶面的高精度自动化装调,解决当前存在的问题。
首先,根据CMOS电路板靶面零件关键特征与装调技术要求,分析装调任务的主要难点,设计靶面装调设备总体方案,制定自动化装调流程,完成机械结构、控制系统和软件程序的设计。基于模块化思想,将装调设备分为装调模块、夹紧模块和测量锁付模块。其中,设计零件工装夹具,配合回转夹紧气缸实现零件装配与精度保持。设计可拆卸式专用夹具,配备彩色共聚焦位移计组成测量模组,安装于位移滑台上实现靶面与基准面的测量。采用智能电批刀集成真空吸附装置和导杆气缸,实现螺钉的拾取、移动与自动锁付。
其次,基于设备各模块硬件结构及功能需要,设计该靶面装调设备的整体控制系统。为实现对位移滑台、单轴机器人、气动元件的控制、工业相机的图像信息获取和彩色共聚焦位移计测量数据的采集等操作,设计运动控制系统、气动控制系统和I/O控制模块,多路统一管理,提高控制系统的集成度。基于C#编程语言开发了装调系统控制软件,实现系统自动化装调功能,并设计了友好的人机交互界面,提升系统的易操作性。
再次,为确保装调设备满足预定的技术标准,对设备测量系统进行精度分析。根据可拆卸式夹具的设计形式,明确测量模组在零件深腔内可达到的测量范围,通过坐标转换计算出测量系统的最大误差,结果表明其满足系统所需的精度要求。此外,建立笛卡尔坐标系,基于局部枚举法提出了一种调整垫片研磨量计算方法。
最后,确定了合理高效的装调策略,针对同一组零件进行了多次测量实验,考察靶面装调的重复性精度。实验结果表明:调整垫片研磨前的靶面相对于基准面的安装倾斜角度极差为0.8′;靶面x、y轴相对于六面体的X、Y轴的安装倾斜角度极差为0.2′。该靶面装调设备具有良好的重复性,满足CMOS电路板靶面的装调技术要求。
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