CN108132029B - 一种卫星天线展开系统装配的精测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种卫星天线展开系统装配的精测方法及装置，通过四相机摄影测量系统测量卫星天线展开系统的面板、铰链和杆系上的点状编码标志，获取不同位置带有点状编码标志的面板、铰链和杆系的数字图像，经计算机图像处理和最小二乘拟合计算面板的平面度、铰链和杆系的轴线位置，确定卫星天线展开系统的装配精度。本发明可以完成大型天线展开系统铰链位置和杆系位置的高精度、自动化、快速测量，满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，2.5m×0.5m范围内铰链轴线测量精度≤0.1mm，杆系长度小于1m的测量精度≤0.1mm，杆系长度大于4m的测量精度≤0.3mm的精度要求。
Description
技术领域
本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种卫星天线展开系统装配的精测方法及装置。
背景技术
大型卫星天线是卫星的重要组成部分，是直接执行卫星功能的重要物理平台，是近年来随着航天科技快速发展而产生的一种新型空间结构，广泛应用于通信、测控、深空探测、对地观测和军事侦察等许多领域。
卫星天线展开系统是卫星的关键部件，天线展开系统由一套复杂可展开空间桁架机构组成，各个天线杆系的尺寸耦合度高，天线杆系和天线铰链的接口匹配度高。天线铰链的锁定角度、转轴间隙、杆件长度、天线铰链与接头空间位置等因素都会影响天线装配精度，进而影响卫星的观测精度和性能。随着空间任务的不断发展，卫星天线的尺寸越来越大，导致展开系统的天线杆系尺寸增加，数量增多，各天线杆系之间相互影响，天线杆系结构更加复杂。为了保证天线的装配精度，需要在天线展开系统装配过程中对天线杆系和天线铰链的空间位置进行精测。
目前，卫星天线展开系统的测量采用经纬仪测量系统或激光跟踪仪测量系统，经纬仪测量系统测量精度低，速度慢；激光跟踪仪测量系统测量范围有限，在测量过程中天线杆系对激光路径有干涉，影响测量效果，对于大型天线展开系统空间复杂天线杆系的测量具有一定局限性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：本发明克服现有技术的不足，提供了一种卫星天线展开系统装配的精测方法及装置，实现大型天线展开系统面板位置、天线铰链位置、天线杆系位置的自动化测量，解决了采用经纬仪测量方法测量精度低，速度慢和采用激光跟踪仪测量方法测量范围有限、测量路径干涉的问题。
本发明的技术方案是：
一种卫星天线展开系统装配的精测方法，包括如下步骤：
1)粘贴编码标志至测量工装，将多个粘贴有编码标志的测量工装分别固定在待装配的卫星天线的天线面板、天线铰链和天线杆系上；
2)获取含有编码标志的天线面板的图像，确定天线面板的平面度，将天线面板平面度与理论值对比，若平面度与理论值不一致，则调整天线面板，重复本步骤，直至天线面板的平面度与理论值一致；
3)将天线铰链放置在理论位置，获取含有编码标志的天线铰链的图像，计算天线铰链轴线的实际位置，将天线铰链轴线的实际位置与理论位置对比，若实际位置与理论位置不一致，则重复本步骤，直至天线铰链实际位置与理论位置一致；
4)将天线杆系安装在天线铰链上，获取含有天线杆系的编码标志的图像，计算天线杆系轴线的实际位置，将天线杆系轴线的实际位置与理论位置对比，若实际位置与理论位置不一致，则重复本步骤，直至天线杆系实际位置与理论位置一致，将天线杆系与天线铰链固定，完成装配工作。
所述将粘贴有编码标志的测量工装固定在待装配的卫星天线上的具体方法为：
每个天线铰链上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线铰链的轴线呈45°；
每个天线杆系上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线杆系的轴线呈45°；
每个天线面板上安装4个或4个以上测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线面板平面垂直。
所述确定天线面板的平面度、计算天线铰链轴线实际位置以及天线杆系实际位置的具体方法均采用最小二乘法。
一种实施所述的一种卫星天线展开系统装配的精测方法的装置，包括：测量工装、编码标志、数字相机、图像处理模块、相机支架、云台、AGV小车；
编码标志为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志；
测量工装用于实施将编码标志标记在天线面板、天线铰链和天线杆系上；
数字相机用于拍摄带有编码标志的图像；
云台用于固定和调整数字相机；
相机支架用于安装云台，使云台沿相机支架竖直运动；
AGV小车为有电磁或光学自动引导的具有移载功能的装置，用于移动相机支架。
图像处理模块用于计算获得待装配卫星天线的天线面板的平面度、天线铰链轴线的实际位置以及天线杆系轴线的实际位置。
所述测量工装实施将编码标志标记在天线铰链上的具体方式为每个天线铰链上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线铰链的轴线呈45°。
所述测量工装实施将编码标志标记在天线杆系上的具体方式为每个天线杆系上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线杆系的轴线呈45°。
所述测量工装实施将编码标志标记在天线面板上的具体方式为每个天线面板上安装4个或4个以上测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线面板平面垂直。
所述图像处理模块计算天线面板的平面度、天线铰链轴线的实际位置以及天线杆系轴线的实际位置的具体方法为最小二乘法
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明解决了大型天线展开系统面板位置、天线铰链位置、天线杆系位置的高精度、自动化、快速测量技术难题。
2)本发明采用四相机摄影测量方法，解决了采用经纬仪测量天线展开系统精度差、效率低的缺点，采用激光跟踪仪测量天线展开系统天线杆系对天线展开系统尺寸的限制和激光路径的干涉，提高了大型天线展开系统的测量范围、测量精度和测量效率。
3)本发明的测量方法对天线展开系统的尺寸没有限制，通过AGV小车的移动和数字相机的运动可实现大尺寸的天线测量，能够满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，2.5m×0.5m范围内天线铰链轴线测量精度≤0.1mm，天线杆系长度小于1m的测量精度≤0.1mm，天线杆系长度大于4m的测量精度≤0.3mm的精度要求。
附图说明
图1是本发明所述的卫星天线展开系统装配精测方法布局示意图；
图2是本发明所述的面板测量工装示意图；
图3是本发明所述的天线铰链测量工装示意图；
图4是本发明所述的天线杆系测量工装示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的测量过程进行详细说明，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。
图1为卫星天线展开系统装配精测方法布局示意图，设置四数字相机动态摄影测量系统，该系统由AGV小车1、相机支架2、云台3、滑轨4、数字相机5组成，数字相机5通过云台3转动，通过滑轨4在相机支架2上下滑动，通过AGV小车运动1。
将四台数字相机5分别放置在待测卫星天线展开系统的两个长边旁，每边放置两台，使四台数字相机5的视场覆盖卫星天线展开系统，每两台数字相机5之间有重叠视场范围。其中卫星天线展开系统包括天线面板9、天线杆系8和天线铰链7。
图2是天线面板9测量工装示意图，在上面粘贴点状编码标志，将其安装在天线面板9上，点状编码标志平面的法线方向与天线面板9平面垂直，通过对点状编码标志的测量可以计算出天线面板9的平面度及位置。
其中，点状编码标志为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志，每个回光反射标志被编码，能够被数字相机通过图像处理自动识别，该点状编码标志由北京普达迪泰科技有限公司生产，使用北京普达迪泰科技有限公司提供的配套软件可计算点状编码标志粘贴平面的平面度和法线方向。由于卫星天线展开系统的表面没有粘贴点状编码标志，所以使用测量工装实施将编码标志标记在天线面板9、天线铰链7和天线杆系8上。
图3是天线铰链7测量工装示意图，在上面粘贴点状编码标志，将其安装在天线铰链7上，使点状编码标志法线方向与天线铰链7的轴线呈45°，通过对点状编码标志的测量可以计算出天线铰链7的轴线位置。
图4是天线杆系8测量工装示意图，在上面粘贴点状编码标志，将其安装在天线杆系8上，点状编码标志法线方向与天线杆系8的轴线方向垂直，通过对点状编码标志的测量可以计算出天线杆系8的轴线位置。
使用其中一台数字相机5测量卫星天线面板9上的点状编码标志，通过图像处理和公共点转换，确定测量坐标系和产品坐标系的位置关系。
使用四台数字相机5同时测量卫星天线面板9上的点状编码标志，通过图像处理，计算出四个相机5的外参数，确定四台数字相机5在产品坐标系中的位置。
使用数字相机5拍摄天线面板9上的点状编码标志，将获得的数字图像进行处理，通过最小二乘拟合计算得到天线面板9的平面度，根据测量结果进行调整面板9，直到满足要求为止。
用调整装置6将天线铰链7放置在理论位置，使用数字相机5拍摄天线铰链7上的点状编码标志，将获得的数字图像进行处理，通过最小二乘拟合计算得到天线铰链7轴线的位置，将天线铰链7轴线的实际位置与理论位置对比计算，根据计算结果调整天线铰链7，直到达到理论位置为止。
将天线杆系8安装在天线铰链7上，使用数字相机5拍摄天线杆系8上的点状编码标志，将获得的数字图像进行处理，通过最小二乘拟合计算得到天线杆系8轴线的位置，将天线杆系轴线8的实际位置与理论位置对比计算，根据计算结果调整天线杆系8，直到达到理论位置后，将天线杆系8一端固定在天线铰链7上，另一端固定在天线面板9的铰链上。
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，但是应该指明的是，对上述实施方式进行各种改变和修改，都不脱离本发明的精神和所附的权利要求记载的范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种卫星天线展开系统装配的精测方法，其特征在于包括如下步骤：
1)粘贴编码标志至测量工装，将多个粘贴有编码标志的测量工装分别固定在待装配的卫星天线的天线面板(9)、天线铰链(7)和天线杆系(8)上；
a)将四台数字相机(5)分别放置在待测卫星天线展开系统的两个长边旁，每边放置两台，使四台数字相机(5)的视场覆盖卫星天线展开系统，每两台数字相机(5)之间有重叠视场范围；
b)使用其中一台数字相机(5)测量卫星天线面板(9)上的点状编码标志，通过图像处理和公共点转换，确定测量坐标系和产品坐标系的位置关系；
c)使用四台数字相机(5)同时测量卫星天线面板(9)上的点状编码标志，通过图像处理，计算出四个相机(5)的外参数，确定四台数字相机(5)在产品坐标系中的位置关系；
2)获取含有编码标志的天线面板(9)的图像，确定天线面板(9)的平面度，将天线面板(9)平面度与理论值对比，若平面度与理论值不一致，则调整天线面板(9)，重复本步骤，直至天线面板(9)的平面度与理论值一致；
3)将天线铰链(7)放置在理论位置，获取含有编码标志的天线铰链(7)的图像，计算天线铰链(7)轴线的实际位置，将天线铰链(7)轴线的实际位置与理论位置对比，若实际位置与理论位置不一致，则根据测量结果调整天线铰链(7)的位置，重复本步骤，直至天线铰链(7)实际位置与理论位置一致；
4)将天线杆系(8)安装在天线铰链(7)上，获取含有天线杆系(8)的编码标志的图像，计算天线杆系(8)轴线的实际位置，将天线杆系(8)轴线的实际位置与理论位置对比，若实际位置与理论位置不一致，则根据测量结果调整天线杆系(8)的位置，重复本步骤，直至天线杆系(8)实际位置与理论位置一致，将天线杆系(8)与天线铰链(7)固定，完成装配工作。
2.根据权利要求1所述的一种卫星天线展开系统装配的精测方法，其特征在于，步骤1)中将粘贴有编码标志的测量工装固定在待装配的卫星天线上的具体方法为：
每个天线铰链(7)上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线铰链(7)的轴线呈45°；
每个天线杆系(8)上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线杆系(8)的轴线呈45°；
每个天线面板(9)上安装4个或4个以上测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线面板(9)平面垂直。
3.根据权利要求1所述的一种卫星天线展开系统装配的精测方法，其特征在于：所述确定天线面板(9)的平面度、计算天线铰链(7)轴线实际位置以及天线杆系(8)实际位置的具体方法均采用最小二乘法。
4.一种实施权利要求1所述的一种卫星天线展开系统装配的精测方法的装置，其特征在于，包括：测量工装、编码标志、数字相机(5)、图像处理模块、相机支架(2)、云台(3)、滑轨(4)、AGV小车(1)；
编码标志为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志；
测量工装用于实施将编码标志标记在天线面板(9)、天线铰链(7)和天线杆系(8)上；
数字相机(5)用于拍摄带有编码标志的图像，将数字相机(5)安装在云台(3)上，分别放置在待测卫星天线展开系统的两个长边旁，每边放置两台，使四台数字相机(5)的视场覆盖卫星天线展开系统，每两台数字相机(5)之间有重叠视场范围；
云台(3)用于固定和调整数字相机，使数字相机(5)左右或上下旋转，调整数字相机(5)的拍摄角度；
相机支架(2)用于安装滑轨(4)，滑轨(4)上安装云台(3)，使云台(3)沿相机支架(2)上下移动或停止；
AGV小车(1)为有电磁或光学自动引导的具有移载功能的装置，用于移动相机支架(2)，确定数字相机(5)的放置位置；
图像处理模块用于处理数字相机(5)拍摄的多幅数字图像，计算获得待装配卫星天线的天线面板(9)的平面度、天线铰链(7)轴线的实际位置以及天线杆系(8)轴线的实际位置。
5.根据权利要求4所述的一种卫星天线展开系统装配的装置，其特征在于：所述测量工装实施将编码标志标记在天线铰链(7)上的具体方式为每个天线铰链(7)上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线铰链(7)的轴线呈45°。
6.根据权利要求4所述的一种卫星天线展开系统装配的装置，其特征在于：所述测量工装实施将编码标志标记在天线杆系(8)上的具体方式为每个天线杆系(8)上安装2个测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线杆系(8)的轴线呈45°。
7.根据权利要求4所述的一种卫星天线展开系统装配的装置，其特征在于：所述测量工装实施将编码标志标记在天线面板(9)上的具体方式为每个天线面板(9)上安装4个或4个以上测量工装，测量工装上的编码标志法线方向与天线面板(9)平面垂直。
8.根据权利要求4-7任意之一所述的一种卫星天线展开系统装配的装置，其特征在于：所述图像处理模块计算天线面板(9)的平面度、天线铰链(7)轴线的实际位置以及天线杆系(8)轴线的实际位置的具体方法为最小二乘法。
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