CN106247988B - 基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法，实现使用激光跟踪仪测量太阳翼装星时星体的偏航值、俯仰值、滚动值及太阳翼展开架导轨的水平度与直线度的测量。本发明的方法突破了太阳翼装星时星体姿态及太阳翼展开架的精度测量工作单一依靠经纬仪加偏距头测量方法的工艺瓶颈，将系统测量精度由目前的0.2mm提高到0.1mm，满足了星体姿态调整精度0.15mm的需求，解决了型号研制过程中出现的难题，提高了测量能力与测量效率。

Description

基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法
技术领域
本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法。
背景技术
在航天领域，太阳翼是将太阳能转换为电能并提供给卫星使用的重要设备，其能否正常工作事关航天任务的成败。所以，太阳翼的正常工作一直受到宇航界的高度关注。
在卫星总装阶段，要保证太阳翼的正常工作，一方面，为保证太阳翼与星体的准确对接，太阳翼装星时星体的姿态必须满足设计要求；另一方面，太阳翼安装在卫星上后，其展开试验的时间也必须满足设计要求。太阳翼展开试验是在太阳翼展开架上进行的，为了保证展开试验时间满足设计要求，展开架的精度也须满足设计要求。可见，星体姿态及太阳翼展开架的精度测量至关重要，是航天型号工作中的一项关键测试内容。
目前，太阳翼装星时星体姿态及太阳翼展开架的精度测量工作是使用传统的经纬仪加偏距头的测量方法进行的，该方法的测量精度为0.2mm，但一些在研型号星体姿态测量精度的要求已经从0.2mm提高到0.15mm，使用传统经纬仪加偏距头的测量方法已经不能满足型号对测量精度的需求(虽然精度仅提高0.05mm，但却很难解决该问题)。另外，偏距头已经停产，在以后的工作中存在因偏距头故障而导致不能进行星体姿态及太阳翼展开架精测的风险。所以，发明一种星体姿态及太阳翼展开架精度测量的新方法是型号研制的迫切需求。
激光跟踪仪是近年出现的一种精密的三坐标测量仪器，它具有测量精度高、测量范围大、实时快速、便于移动等优点，已经在型号精测中进行了广泛的应用，但到目前为止还未在星体姿态调整及太阳翼展开架的精测中进行验证使用,如何使用该装置在太阳翼展开架的测量中也是不清楚的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法，实现使用激光跟踪仪测量太阳翼装星时星体姿态及太阳翼展开架的精度，旨在提高测量精度，满足型号对测量精度日益提高的需求，提高测量效率，同时也增加测量方法的多样性，避免因偏距头停产或故障而影响型号工作。
为达到以上目的，本发明采用的方法步骤如下：
基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法，包括1)太阳翼展开架的精度测量和2)星体姿态的测量，太阳翼展开架的精度测量包括太阳翼展开架导轨水平度与直线度测量，具体包括：
(1)在平行于太阳翼展开架的导轨方向并距离太阳翼展开架一端2米～3米的位置架设激光跟踪仪，并将其调平，使其竖轴垂直于大地水平面；
(2)将带有磁性的激光跟踪仪靶座用胶粘贴固定在太阳翼展开架精测工装上；
(3)将精测工装固定在已安装在太阳翼展开架导轨上的并可自由滑动的滑动小车上；
(4)将激光跟踪仪的测量靶球放置在磁性靶座上；
(5)移动滑动小车，将激光跟踪仪的测量靶球分别放置在太阳翼展开架导轨的每一跨上，激光跟踪仪测量采数；
(6)对测得的数据进行处理得到导轨的水平度和直线度；
星体姿态的测量包括以下步骤：
(1)在太阳翼展开架下平行于导轨方向并距离星体6米～7米的位置架设激光跟踪仪，调平激光跟踪仪，使其竖轴垂直于大地水平面；
(2)移动滑动小车，将激光跟踪仪的测量靶球分别放置在太阳翼展开架导轨上10个不同位置处，激光跟踪仪分别测量采集数据。太阳翼展开架导轨的水平度与直线度根据处理得到的测量值已调整合格，将太阳翼展开架导轨的长度10等分，每隔1/10长度为一测量位置处；
(3)将激光跟踪仪的靶球分别放置在太阳翼的三个压紧座的爆炸螺栓安装孔上，激光跟踪仪测量采集数据。太阳翼压紧座是太阳翼在卫星上的收拢固定装置，太阳翼压紧座上有爆炸螺栓安装孔用以安装爆炸螺栓，待卫星进入轨道后通过爆炸螺栓的爆炸解锁来使太阳翼压紧座失效，进而使太阳翼展开并工作。太阳翼展开后，卫星仅通过帆板驱动机构来控制太阳翼；
(4)对获得的数据进行处理就可以得到星体的偏航值、俯仰值及滚动值。
其中，太阳翼展开架是由主导轨、副导轨、摇臂架、吊挂装置及支架组成。
其中，将激光跟踪仪的靶球分别放置在太阳翼的三个压紧座的爆炸螺栓安装孔上，使用激光跟踪仪分别测量，即可获得太阳翼的三个压紧座在水平坐标系下的坐标值；分别将三个压紧座中的两个压紧座坐标中的X′值或Y′值相减即可得到星体的偏航值、俯仰值和滚动值。
本发明提出了基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法，具有如下的效果：
突破了星体姿态及太阳翼展开架的精度测量工作单一依靠经纬仪加偏距头测量方法进行的工艺瓶颈，提高了系统测量精度，满足了星体姿态调整精度设计要求提高的需求，提高了测量效率，同时也为星体姿态调整精度设计要求的再提高做好了技术储备，增加了星体姿态及太阳翼展开架精度测量手段的多样性，避免了因偏距头故障而影响星体姿态及太阳翼展开架精测的风险。
本发明的测量方法精度为0.1mm，高于经纬仪加偏距头方法0.2mm的测量精度，能够满足在研型号0.15mm的测量精度需求，解决了型号研制过程中出现的难题，提高了测量能力，增加了测量手段。
附图说明
图1为本发明的太阳翼展开架精度测量方法的示意图。
其中，图1中1为激光跟踪仪；2为太阳翼展开架；3为滑动小车；4为太阳翼展开架精度测量工装即精测工装；5为磁性靶座；6为激光跟踪仪测量靶球；7为太阳翼展开架导轨。
图2为本发明的星体姿态测量方法的示意图。
其中，图2中21～26分别为太阳翼压紧座；27为爆炸螺栓安装孔；6为激光跟踪仪测量靶球；1为激光跟踪仪；8为卫星。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法进行详细说明，这些说明仅仅是示意性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。
太阳翼展开架的精度测量方法包括太阳翼展开架导轨水平度及直线度的测量方法。参见图1，在太阳翼展开架精度测量的一具体实施方式中，在平行于太阳翼展开架导轨7的方向且距离太阳翼展开架2一端2米～3米的位置处架设激光跟踪仪1，将激光跟踪仪1调平，使激光跟踪仪坐标系的竖直轴(Z轴)垂直于大地水平面；将带有磁性的激光跟踪仪靶座即磁性靶座5用胶粘贴固定在太阳翼展开架精测工装4上；将精测工装4固定在太阳翼展开架导轨7的滑动小车3(已安装在导轨上并可自由滑动)上；将激光跟踪仪1的测量靶球6放置在磁性靶座5上，移动滑动小车3，将滑动小车3分别停放在导轨每一跨(共20跨，每1跨长0.5米)上，使用经过调平的激光跟踪仪1分别测量，记录测量数据。20个测量数据中Z向坐标的最大值与最小值之差除以二者所在导轨的长度即为导轨的水平度。将激光跟踪仪1测得的20跨导轨的坐标值通过最小二乘法拟合成一条直线；将第1跨的坐标值作为原点，以拟合的直线为X′轴，以激光跟踪仪垂直于水平面的竖轴为Z′轴构建坐标系，Y′轴由右手法则确定，新构建的坐标系的Y′轴垂直于被测量的导轨；太阳翼展开架2第1跨至第20跨在新构建坐标系下的测量值的Y′向坐标值就反映了导轨的直线度，第1跨至第20跨Y′向坐标测量值中的最大值与最小值之差即为太阳翼展开架导轨7的直线度。
参见图2，在本发明的一星体姿态测量的具体实施方式中，在太阳翼展开架2下平行于导轨方向并距离星体6米～7米的位置架设激光跟踪仪1，然后调平激光跟踪仪，使其竖轴(Z轴)垂直于大地水平面；移动滑动小车3，将激光跟踪仪1的测量靶球6分别放置在太阳翼展开架导轨7(导轨的水平度与直线度已经调整合格)上10个不同位置处(将导轨的长度10等分，每隔1/10长度处为一个靶球放置处)，激光跟踪仪1分别测量采集数据；将获得的测量数据投影到由调平后的激光跟踪仪1坐标系的X轴和Y轴构建的水平面上，之后将投影点通过最小二乘法拟合为一条直线。利用激光跟踪仪1坐标系的竖直轴、原点及拟合得到的直线构建水平坐标系：激光跟踪仪1坐标系的竖直轴为水平坐标系的Z′轴(垂直于大地水平面，竖直向上)，激光跟踪仪坐标系的原点为水平坐标系的原点，太阳翼展开架导轨7在水平面投影点拟合的直线为水平坐标系的X′轴(指向卫星8)，由右手法则确定水平坐标系的Y′轴；构建完成水平坐标系后，将激光跟踪仪的靶球分别放置在太阳翼压紧座23、24、26的爆炸螺栓安装孔27上，使用激光跟踪仪1分别测量，即可获得太阳翼压紧座23、24、26在水平坐标系下的坐标值；将压紧座23和压紧座26坐标中的X′值相减就可以得到卫星8的偏航值，将压紧座24和压紧座26坐标中的X′值相减就可以得到卫星8的俯仰值，将压紧座24和压紧座26坐标中的Y′值相减就可以得到卫星8的滚动值。
为了顺利地进行太阳翼的装星和展开试验，须要测量出太阳翼展开架导轨的水平度与直线度，并调整到设计的技术指标以内。导轨水平度的技术指标为小于0.04mm/m，直线度的技术指标为小于1.0mm。可见准确地测量出导轨的水平度与直线度至关重要。其中，星体姿态的偏航值、俯仰值及滚动值均在0.2mm以内。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (3)

1.基于激光跟踪仪的星体姿态及太阳翼展开架精度测量方法，包括1）太阳翼展开架的精度测量和2）星体姿态的测量，太阳翼展开架的精度测量包括太阳翼展开架导轨水平度与直线度测量，具体包括：
(1)在平行于太阳翼展开架的导轨方向并距离太阳翼展开架一端2米～3米的位置架设激光跟踪仪，并将其调平，使其竖轴垂直于大地水平面；
(2)将带有磁性的激光跟踪仪靶座用胶粘贴固定在太阳翼展开架精测工装上；
(3)将精测工装固定在已安装在太阳翼展开架导轨上的并可自由滑动的滑动小车上；
(4)将激光跟踪仪的测量靶球放置在磁性靶座上；
(5)移动滑动小车，将激光跟踪仪的测量靶球分别放置在太阳翼展开架导轨的每一跨上，激光跟踪仪测量采集数据；
(6)对测得的数据进行处理得到导轨的水平度和直线度；
星体姿态的测量包括以下步骤：
(1)在太阳翼展开架下平行于导轨方向并距离星体6米～7米的位置架设激光跟踪仪，调平激光跟踪仪，使其竖轴垂直于大地水平面；
(2)移动滑动小车，将激光跟踪仪的测量靶球分别放置在太阳翼展开架导轨上10个不同位置处，激光跟踪仪分别测量采集数据，太阳翼展开架导轨的水平度与直线度根据处理得到的测量值已调整合格，将太阳翼展开架导轨的长度10等分，每隔1/10长度为一测量位置处；
(3)将激光跟踪仪的靶球分别放置在太阳翼的三个压紧座的爆炸螺栓安装孔上, 激光跟踪仪测量采集数据，太阳翼压紧座为太阳翼在卫星上的收拢固定装置，太阳翼压紧座上设置有爆炸螺栓安装孔用以安装爆炸螺栓，待卫星进入轨道后通过爆炸螺栓的爆炸解锁来使太阳翼压紧座失效，进而使太阳翼展开并工作；
(4)对获得的数据进行处理就可以得到星体的偏航值、俯仰值及滚动值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，太阳翼展开架是由主导轨、副导轨、摇臂架、吊挂装置及支架组成。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，将激光跟踪仪的靶球分别放置在太阳翼的三个压紧座的爆炸螺栓安装孔上，使用激光跟踪仪分别测量，即可获得太阳翼的三个压紧座在水平坐标系下的坐标值；分别将三个压紧座中的两个压紧座坐标中的X′值或Y′值相减即可得到星体的偏航值、俯仰值和滚动值。
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