CN104567681B - 一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，该方法针对精密基准桁架结构装置的结构特点，建立了机械坐标系，并设计了精测基座，安装处于该机械坐标系原点的接头组件上，然后在该精测基座上安装立方镜和激光跟踪仪靶球，采用激光跟踪仪靶球与立方镜的联合测量方法，对桁架结构装置上的各点进行位置测量；该方法通过车工加工得到精测基准座，在该精测基座可以作为激光跟踪仪靶球和立方镜的共同载体，为采用激光跟踪仪和立方镜实现联合测试提供了基础，满足测试需求；该方法在该桁架结构装置上选取了结构组件作为精测点，从而完成对整个结构的位置测试，可以得到较高的测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法。
背景技术
卫星精密基准桁架结构装置运用在某卫星上，为相关载荷设备提供高稳定、高精度安装平台。在精密基准桁架结构装置的总装过程中，需对其上安装的设备进行角度精度和位置精度的测量。
目前卫星总装过程中对整星基准的建立是通过将卫星对接环的机械基准转变为光学基准，该过程是将卫星安装于基准转换平台，利用平台上机械接口与立方镜的高精度关系将卫星的机械基准转换为光学基准。建立整星坐标原点是通过利用激光跟踪仪扫描卫星对接环圆周及对接面拟合出对接环中心点作为整星坐标系原点。对星上设备的角度精度测量是利用电子经纬仪对设备上的立方镜进行光学准直以测得设备的安装朝向与整星基准的关系；对星上设备的位置精度测量是利用激光跟踪仪测量精测靶球相对关系获得星上设备位置。传统测量中，角度精度测量和位置精度测量分别测量，不联合建立坐标系。
某卫星由于在轨任务要求，要求其设备的安装具有较高的角度精度和位置精度。其中，在角度精度测量方面，经纬仪测量精度高，激光跟踪仪精度测量精度低。在位置精度测量方面，激光跟踪仪测量精度高，经纬仪测量精度低。因此，为获得满足卫星要求的精度，需要对角度精测和位置精测进行联合建系。某卫星的精密基准桁架结构装置为新型结构，没有传统用来建立坐标系的对接环，因此需要根据精密基准桁架结构装置的本身特点建立坐标系，并通过精密基准桁架结构装置上精测点的布置完成对精密基准桁架结构装置的精测。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，该方法针对精密基准桁架结构装置的结构特点，建立了机械坐标系，并设计了精测基座，安装处于该机械坐标系原点的接头组件上，然后在该精测基座上安装立方镜和激光跟踪仪靶球，采用激光跟踪仪靶球与立方镜的联合测量方法，对桁架结构装置上的各点进行位置测量。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，其特征在于：进行精密测量的卫星精密基准桁架结构装置为29根复合材料杆通过15个接头组件连接构成，其中，15个接头组件分别为接头组件0～接头组件14；
对所述卫星精密基准桁架结构装置进行精密测量包括以下步骤：
(1)、选取接头组件0的中心作为坐标原点o建立机械坐标系，其中，在所述机械坐标系内，设定所述坐标原点o指向接头组件6的中心的方向为+X方向，设定所述坐标原点o指向接头组件1的中心的方向为+Y方向，与所述+X方向和+Y方向遵循右手准侧的方向为+Z方向；
(2)、将金属圆柱通过车加工得到精测基座102，其具体加工过程如下：
在金属圆柱的上下底面之间开设贯通沉孔，所述沉孔的上段部分的孔径和深度分别为r1和h1，所述沉孔的下段部分的孔径和深度分别为r2和h2，其中，r1>r2，且所述沉孔的上段部分为激光跟踪仪的T型靶座105的销柱的配合孔；设定所述金属圆柱的上底面为平面c1023；在所述金属圆柱的侧面上车加工出平面a1021和平面b1022；其中，平面a1021与平面c1023垂直相交；平面b1022与所述平面c1023相互平行，且与平面a1021垂直相交；
(3)、在接头组件0上安装埋件101，并在所述埋件上安装步骤(2)加工得到的精测基座102，其中，所述精测基座102上的平面c1023的法线方向与步骤(1)中设定的X方向平行；
(4)、在步骤(3)固定安装的精测基座102上安装立方镜103、激光跟踪仪T型靶座105和激光跟踪仪靶球106；
(5)、建立激光跟踪仪测试坐标系，具体过程如下：
(5a)、所述激光跟踪仪测试坐标系的坐标原点为o1，利用激光跟踪仪测量安装在接头组件0上的靶球106，得到坐标原点o1的位置数据；
(5b)、在接头组件1、2、3、4中选取两个接头组件，并在所述选取的接头组件上安装埋件和步骤(2)加工得到的精测基座，在所述精测基座上安装激光跟踪仪T型靶座和激光跟踪仪靶球，其中，所述选取的两个接头组件和接头组件0不在同一条直线上；
(5c)、利用激光跟踪仪测量步骤(5b)安装的两个靶球，得到两个安装点的位置数据，分别确定为点A和点B，其中，设定原点o1指向点A和点B的方向分别为+X1轴方向和+Y1轴方向，与所述+X1轴方向和+Y1轴方向遵循右手准则的方向为+Z1轴方向，由所述原点o1、X1轴、Y1轴和Z1轴构成激光跟踪仪测试坐标系；
(6)、轴向旋转接头组件0上的安装的精测基座102，并利用靶球106扫描所述精测基座102上的立方镜103的镜面，直到所述立方镜的镜面法向与步骤(5)建立的激光跟踪仪测试坐标系的方向重合；
(7)、以接头组件0作为基准点，分别在所述桁架结构装置的接头组件1～14上放置靶球作为测试点，利用激光跟踪仪和立方镜103测量得到所述14个接头组件上的测试点与所述基准点的相对位置数据。
上述的卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，在所述步骤(3)中，在接头组件0上的埋件101上安装步骤(2)加工得到的精测基座102，具体实现方法为：采用螺钉104通过所述精测基座102的沉孔下段部分将精测基座102固定安装在埋件上。
上述的卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，在所述步骤(4)中，在精测基座102上安装立方镜103、激光跟踪仪T型靶座105和激光跟踪仪靶球106的具体安装过程如下：
所述立方镜103的底面粘贴在精测基座102的平面a1021上，且与所述底面垂直相交的立方镜103的一个侧面粘贴在平面b1022上；激光跟踪仪T型靶座105的销柱部分旋入精测基座102的沉孔的上段部分，T型靶座105的T型头部分紧贴精测基座102的平面c1023，将激光跟踪仪的靶球106吸附在所述T型靶座105上。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明通过车工加工得到精测基准座，在该精测基座可以作为激光跟踪仪靶球和立方镜的共同载体，为采用激光跟踪仪和立方镜实现联合测试提供了基础，满足测试需求；
(2)、本发明针对特殊结构设计的卫星精密基准桁架设计了方法，解决了
本发明根据桁架结构装置的结构特点定义了机械坐标，并通过测量得到激光跟踪仪测试坐标系，然后旋转立方镜上的坐标与激光跟踪仪的测试坐标一致，因此可以通过以上三个坐标之间的坐标转换关系，以及测试数据得到各精测点的位置值，从而实现精密测量；
(3)、本发明在该桁架结构装置上选取了结构组件作为精测点，从而完成对整个结构的位置测试，可以得到较高的测试精度。
附图说明
图1为本发明进行测量的卫星精密基准桁架结构装置的结构示意图；
图2为本发明中三相等分接头组件的结构示意图；
图3为本发明在桁架结构装置上建立的机械坐标系示意图；
图4为本发明的精测基座的结构示意图；
图5为本发明在精测基座上安装立方镜和激光跟踪仪的安装示意图；
图6为本发明在精测基座上安装立方镜和激光跟踪仪后的结构示意图；
图7为卫星精密基准桁架结构装置上的立体三相接头的结构示意图；
图8为卫星精密基准桁架结构装置上的第一类立体四相接头的结构示意图；
图9为卫星精密基准桁架结构装置上的第二类立体四相接头的结构示意图；
图10为卫星精密基准桁架结构装置上的立体五相接头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示为本发明待测试的卫星精密基准桁架结构装置的结构示意图，通过15个接头组件连接的29根复合材料杆构成该装置。其中，29根复合材料杆包括25根短杆和4根长杆，其中，7根短杆构成一个由三个等边三角形拼接的梯形平面结构，在该梯形平面结构中：一根短杆作为梯形的上底边，两个短杆连接在一起构成所述梯形的下底边，另外两个短杆分别作为所述梯形的腰边，上底边的两个端点和下底边的中点分别通过一根短杆连接；共有21根短杆可构成3个彼此平行的梯形平面结构，依次为第一梯形平面结构、第二梯形平面结构和第三梯形平面结构；其中，第一梯形平面结构和第二梯形平面结构之间通过4根短杆相连，这4根连接短杆之间相互平行，每根短杆的两端分别与两个梯形平面结构的顶点相连，第二梯形平面结构与第三梯形平面结构间通过4根长杆相连，该4根连接长杆之间相互平行，每根长杆的两端分别与两个梯形平面结构的顶点相连。
上述的复合材料杆之间的连接通过15个接头组件实现，分别为接头组件0～接头组件14，其中：
接头组件0、接头组件6和接头组件11为三相等分接头，该接头组件的结构示意图如图2所示，分别位于三个梯形平面结构的下底边中点；接头组件1、接头组件2、接头组件5和接头组件7为立体三相接头，该接头组件的结构示意图如图7所示，分别位于第一梯形平面结构的下底边的两个端点处和第三梯形平面结构下底边的两个端点处；接头组件10和接头组件12为第一类立体四相接头，该接头组件的结构示意图如图8所示，分别位于第二梯形平面下底边的两个端点处；接头组件3、接头组件4、接头组件8和接头组件9为第二类立体四相接头，该接头组件的结构示意图如图9所示，分别位于分别位于第一梯形平面结构的上底边的两个端点处和第三梯形平面结构上底边的两个端点处；接头组件13和接头组件14为立体五相接头，该接头组件的结构示意图如图10所示，分别位于第二梯形平面上底边的两个端点处。
本发明的卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，包括以下步骤：
(1)、选取接头组件0的中心作为坐标原点o建立机械坐标系，该机械坐标系如图3所示，其中，在所述机械坐标系内，设定所述坐标原点o指向接头组件6的中心的方向为+X方向，设定所述坐标原点o指向接头组件1的中心的方向为+Y方向，与所述+X方向和+Y方向遵循右手准侧的方向为+Z方向；
(2)、将金属圆柱通过车加工得到精测基座102，该精测基座的结构如图4所示，其具体加工过程如下：
在所述金属圆柱的上下底面之间开设贯通沉孔，所述沉孔的上段部分的孔径和深度分别为r1和h1，所述沉孔的下段部分的孔径和深度分别为r2和h2，其中，r1>r2，且所述沉孔的上段部分为激光跟踪仪T型靶座105的销柱的配合孔；设定所述金属圆柱的上底面为平面c1023；在所述金属圆柱的侧面上车加工出平面a1021和平面b1022；其中，平面a1021与平面c1023垂直相交；平面b1022与所述平面c1023相互平行，且与平面a1021垂直相交。
(3)、如图2所示的接头组件0的结构示意图，在接头组件0上安装埋件101，采用螺钉104通过该精测基座102的沉孔下段部分将精测基座固定安装在该埋件上，所述精测基座上的平面c1023的法线方向与步骤(1)中设定的X方向平行；
(4)、在步骤(3)固定安装的精测基座102上安装立方镜103、激光跟踪仪T型靶座105和激光跟踪仪靶球106，其安装过程示意图如图5所示，安装后的结构示意图如图6所示；其安装过程如下：
所述立方镜103的底面粘贴在精测基座102的平面a1021上，且与所述底面垂直相交的立方镜103的一个侧面粘贴在平面b1022上；激光跟踪仪T型靶座105的销柱部分旋入精测基座的沉孔的上段部分，T型靶座105的T型头部分紧贴精测基座102的平面c1023，将激光跟踪仪的靶球106吸附在所述T型靶座105上，并在各安装面上进行点胶固定。
(5)、建立激光跟踪仪测试坐标系，具体过程如下：
(5a)、所述激光跟踪仪测试坐标系的坐标原点为o1，利用激光跟踪仪测量安装在接头组件0上的靶球106，得到坐标原点o1的位置数据；
(5b)、在接头组件1、2、3、4中选取两个接头组件，并在所述选取的接头组件上安装埋件和步骤(2)加工得到的精测基座，在所述精测基座上安装激光跟踪仪T型靶座105和激光跟踪仪靶球106，其中，所述选取的两个接头组件和接头组件0不在同一条直线上；
(5c)、利用激光跟踪仪测量步骤(5b)安装的两个靶球，得到两个安装点的位置数据，分别确定为点A和点B，其中，设定原点o1指向点A和点B的方向分别为+X1轴方向和+Y1轴方向，与所述+X1轴方向和+Y1轴方向遵循右手准则的方向为+Z1轴方向，由所述原点o1、X1轴、Y1轴和Z1轴构成激光跟踪仪测试坐标系；
(6)、轴向旋转接头组件0上的安装的精测基座，并利用靶球扫描所述精测基座上的立方镜103的镜面，直到所述立方镜103的镜面法向与步骤(5)建立的激光跟踪仪测试坐标系的方向重合；在以后的测试中以该坐标系作为测试的方向基准。
(7)、以接头组件0作为基准点，分别在所述桁架结构装置的接头组件1～14上放置靶球作为测试点，利用激光跟踪仪和立方镜103测量得到所述14个接头组件上的测试点与所述基准点的相对位置数据。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，其特征在于：进行精密测量的卫星精密基准桁架结构装置为29根复合材料杆通过15个接头组件连接构成，其中，15个接头组件分别为接头组件0～接头组件14；所述29根复合材料杆包括25根短杆和4根长杆，其中：21根短杆构成3个彼此平行的梯形平面结构，依次为第一梯形平面结构、第二梯形平面结构和第三梯形平面结构；在每个所述梯形平面结构中包括7根短杆，其中1根短杆作为梯形的上底边，2个短杆连接在一起构成所述梯形的下底边，另外2个短杆分别作为所述梯形的腰边，上底边的两个端点和下底边的中点分别通过1根短杆连接；第一梯形平面结构和第二梯形平面结构之间通过4根短杆相连，所述4根短杆之间相互平行，且每根短杆的两端分别与两个梯形平面结构的顶点相连；第二梯形平面结构与第三梯形平面结构间通过4根长杆相连，所述4根长杆之间相互平行，且每根长杆的两端分别与两个梯形平面结构的顶点相连；所述复合材料杆之间通过接头组件0～接头组件14连接，其中：接头组件0、接头组件6和接头组件11为三相等分接头，分别位于三个梯形平面结构的下底边中点；接头组件1、接头组件2、接头组件5和接头组件7为立体三相接头，分别位于第一梯形平面结构的下底边的两个端点处和第三梯形平面结构下底边的两个端点处；接头组件10和接头组件12为第一类立体四相接头，分别位于第二梯形平面下底边的两个端点处；接头组件3、接头组件4、接头组件8和接头组件9为第二类立体四相接头，分别位于第一梯形平面结构的上底边的两个端点处和第三梯形平面结构上底边的两个端点处；接头组件13和接头组件14为立体五相接头，分别位于第二梯形平面结构上底边的两个端点处；
对所述卫星精密基准桁架结构装置进行精密测量包括以下步骤：
(1)、选取接头组件0的中心作为坐标原点o建立机械坐标系，其中，在所述机械坐标系内，设定所述坐标原点o指向接头组件6的中心的方向为+X方向，设定所述坐标原点o指向接头组件1的中心的方向为+Y方向，与所述+X方向和+Y方向遵循右手准则的方向为+Z方向；
(2)、将金属圆柱通过车加工得到精测基座(102)，其具体加工过程如下：
在金属圆柱的上下底面之间开设贯通沉孔，所述沉孔的上段部分的孔径和深度分别为r1和h1，所述沉孔的下段部分的孔径和深度分别为r2和h2，其中，r1>r2，且所述沉孔的上段部分为激光跟踪仪的T型靶座(105)的销柱的配合孔；设定所述金属圆柱的上底面为平面c(1023)；在所述金属圆柱的侧面上车加工出平面a(1021)和平面b(1022)；其中，平面a(1021)与平面c(1023)垂直相交；平面b(1022)与所述平面c(1023)相互平行，且与平面a(1021)垂直相交；
(3)、在接头组件0上安装埋件(101)，并在所述埋件上安装步骤(2)加工得到的精测基座(102)，其中，所述精测基座(102)上的平面c(1023)的法线方向与步骤(1)中设定的X方向平行；
(4)、在步骤(3)固定安装的精测基座(102)上安装立方镜(103)、激光跟踪仪T型靶座(105)和激光跟踪仪靶球(106)；
(5)、建立激光跟踪仪测试坐标系，具体过程如下：
(5a)、所述激光跟踪仪测试坐标系的坐标原点为o1，利用激光跟踪仪测量安装在接头组件0上的靶球(106)，得到坐标原点o1的位置数据；
(5b)、在接头组件1、2、3、4中选取两个接头组件，并在所述选取的接头组件上安装埋件和步骤(2)加工得到的精测基座，在所述精测基座上安装激光跟踪仪T型靶座和激光跟踪仪靶球，其中，所述选取的两个接头组件和接头组件0不在同一条直线上；
(5c)、利用激光跟踪仪测量步骤(5b)安装的两个靶球，得到两个安装点的位置数据，分别确定为点A和点B，其中，设定原点o1指向点A和点B的方向分别为+X1轴方向和+Y1轴方向，与所述+X1轴方向和+Y1轴方向遵循右手准则的方向为+Z1轴方向，由所述原点o1、X1轴、Y1轴和Z1轴构成激光跟踪仪测试坐标系；
(6)、轴向旋转接头组件0上的安装的精测基座(102)，并利用靶球(106)扫描所述精测基座(102)上的立方镜(103)的镜面，直到所述立方镜的镜面法向与步骤(5)建立的激光跟踪仪测试坐标系的方向重合；
(7)、以接头组件0作为基准点，分别在所述桁架结构装置的接头组件1～14上放置靶球作为测试点，利用激光跟踪仪和立方镜(103)测量得到所述14个接头组件上的测试点与所述基准点的相对位置数据。
2.根据权利要求1所述的一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在接头组件0上的埋件(101)上安装步骤(2)加工得到的精测基座(102)，具体实现方法为：采用螺钉(104)通过所述精测基座(102)的沉孔下段部分将精测基座(102)固定安装在埋件上。
3.根据权利要求1所述的一种卫星精密基准桁架结构装置的精测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，在精测基座(102)上安装立方镜(103)、激光跟踪仪T型靶座(105)和激光跟踪仪靶球(106)的具体安装过程如下：
所述立方镜(103)的底面粘贴在精测基座(102)的平面a(1021)上，且与所述底面垂直相交的立方镜(103)的一个侧面粘贴在平面b(1022)上；激光跟踪仪T型靶座(105)的销柱部分旋入精测基座(102)的沉孔的上段部分，T型靶座(105)的T型头部分紧贴精测基座(102)的平面c(1023)，将激光跟踪仪的靶球(106)吸附在所述T型靶座(105)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |