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空间光学载荷探测器组件粘接胶层设计与验证

赵岳 李佳骏 付兴

赵岳, 李佳骏, 付兴. 空间光学载荷探测器组件粘接胶层设计与验证[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2026-0048
引用本文: 赵岳, 李佳骏, 付兴. 空间光学载荷探测器组件粘接胶层设计与验证[J]. 中国光学(中英文). doi: 10.37188/CO.2026-0048
ZHAO Yue, LI Jia-jun, FU Xing. Design and verification of adhesive layer for detector assembly of space optical payload[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2026-0048
Citation: ZHAO Yue, LI Jia-jun, FU Xing. Design and verification of adhesive layer for detector assembly of space optical payload[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2026-0048

空间光学载荷探测器组件粘接胶层设计与验证

cstr: 32171.14.CO.2026-0048
基金项目: 基金项目国家重点研发计划“引力波探测”重点专项(2021YFC2202100)。
详细信息
    作者简介:

    赵岳(1990—),男,陕西西安人,硕士(毕业于西安电子科技大学),现为中国科学院西安光学精密机械研究所工程师,主要研究方向:复杂光学系统精密装调工艺技术研究。E-mail: zhaoyue900403@163.com

    付兴(1982—),男,陕西西安人,硕士(毕业于西安工业大学),现为中国科学院西安光学精密机械研究所正高级工程师,硕士生导师,主要研究方向:大口径复杂光学系统超精密测量技术。E-mail:fuxing@opt.ac.cn

  • 中图分类号: TP73;V461

Design and verification of adhesive layer for detector assembly of space optical payload

Funds: This research was funded by the National Key Research and Development Program of China (Grant No.2021YFC2202100), “Gravitational Wave Detection” Key Project.
More Information
  • 摘要:

    为满足空间光学载荷高分辨率成像需求,解决探测器与结构外框在空间极端环境下的粘接可靠性难题,本文提出一种探测器组件协同优化粘接方案。首先,结合光学载荷空间环境适应性要求,系统对比常用粘接剂核心性能,确定环氧树脂胶为主粘接剂实现探测器与结构外框刚性可靠粘连,并辅以硅橡胶缓冲应力,构建复合粘接体系;其次,建立多物理场耦合仿真模型,分析静态力学载荷及PCB焊接热传导(200 °C)对探测器感光面的应力应变与位移影响,并实现点胶量精准量化;最后,通过环境试验验证方案可靠性与稳定性。结果表明,该方案经闭环设计,有效解决高精度粘接难题,环境试验前后经显影三坐标测量仪检测探测器共面精度为0.019 mm、直线精度0.0021 mm,搭接精度优于0.005 mm,满足空间光学载荷对于探测器组件拼接精度的要求,为该类型探测器组件精密粘接提供标准化技术基础,具有重要工程应用价值。

     

  • 图 1  拼接示意图

    Figure 1.  Splicing schematic diagram

    图 3  探测器组件参数示意图

    Figure 3.  Detector assembly parameter diagram

    图 4  胶层厚度与剪切强度关系[13]

    Figure 4.  Relationship between adhesive layer thickness and shear strength

    图 5  探测器组件网格划分

    Figure 5.  Detector assembly meshing

    图 6  静态力学仿真结果

    Figure 6.  Static mechanical simulation results

    图 7  热传导有限元模型

    Figure 7.  Finite element model of heat conduction

    图 8  热传导仿真

    Figure 8.  Heat conduction simulation

    图 2  粘接示意图

    Figure 2.  Bonding schematic diagram

    图 9  探测器组件

    Figure 9.  Detector assembly

    图 10  拼接示意图

    Figure 10.  Schematic diagram of the splicing

    图 11  共面精度测量流程

    Figure 11.  Coplanarity accuracy measurement process

    图 12  “品”字形拼接

    Figure 12.  “Pin” shape splicing

    图 13  试验前准备

    Figure 13.  Pre-test preparationt

    图 14  试验现场

    Figure 14.  Test Site

    表  1  粘接剂性能比对

    Table  1.   Comparison of adhesive properties

    名称性能优点固化方式适用场景
    环氧树脂胶粘接强度高,固化收缩率低,耐候性好常温固化环境适应性要求较高的光学设备
    UV胶粘接强度高,固化速度可控,透明度高紫外线照射光学仪器中需快速固化的透镜耦合粘接
    聚氨酯胶粘接强度高,透明度高,耐低温常温或加热固化需要承受一定机械应力或在低温环境下工作的光学元件粘接
    加拿大胶天然树脂胶,透明度良好、折射率匹配范围宽加热固化传统光学镜头胶合等对性能要求相对不高的场景
    硅橡胶高强度与良好的柔韧性,耐高低温、防震常温固化适用非承重辅助粘接
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    表  2  低量级特征扫频试验条件

    Table  2.   Low-Level characteristic sweep test conditions

    频率范围(Hz)5~500
    振动量级(O—P)0.5 g
    加载方向X、Y、Z向
    扫频速率4 Oct/min
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    表  3  随机振动试验条件

    Table  3.   Random vibration test conditions

    频率范围(Hz)20~100100~600600~2000
    功率谱密度+3dB/Oct0.04g2/Hz−6dB/Oct
    总均方根加速度6.23g rms
    试验方向X轴、Y轴、Z轴
    试验时间2min/轴向
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    表  4  数据复测

    Table  4.   Data verification by re-measurement

    共面测量/mm直线度测量/mm拼接精度/mm
    组件139.254939.2609X11Y11X12Y12X方向Y方向
    39.260939.25890.001943.0149000.00390.0024
    组件239.249939.2509X21Y21X22Y22
    39.242939.249926.946285.168426.945942.1519
    组件339.261939.2559X31Y31X32Y32
    39.259939.259926.94830.856026.950442.1616
    最大偏差0.0190.00210.00110.0026
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-24
  • 录用日期:  2026-05-08
  • 网络出版日期:  2026-07-04

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