CN112476315B - 一种平板阵列sar天线展开系统的装配方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法及系统，通过测量系统测量天线面板(2)、共轴铰链的位置(10)，控制系统(11)根据测量结果控制面板调姿机构(3)和面板支撑机构(4)调整天线面板(2)的位置和平面度，控制铰链调姿机构(8)调整共轴铰链(10)的空间位置。实现了平板阵列SAR天线展开系统面板和铰链的高精度、自动化、快速装调，能够满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，位移调整精度≤0.02mm，角度调整精度≤0.01°的装配要求，提高了大型平板阵列SAR天线展开系统的装配精度和效率。

Description

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法及系统

技术领域

本发明涉及一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法及系统，特别是涉及一种大型平板阵列SAR天线展开系统的高精度自动化装配方法及系统，属于机械工程技术领域。

背景技术

大型平板阵列SAR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。

平板阵列SAR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，各个杆系的尺寸耦合度高，杆系和铰链的接口匹配度高。铰链的锁定角度、转轴间隙、杆件长度、铰链与接头空间位置等因素都会影响天线装配及展开精度，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，平板阵列SAR天线的尺寸越来越大，导致展开系统的杆系尺寸增加，数量增多，各杆系之间相互影响，结构更加复杂。为了保证天线的精度，需要对天线展开系统进行高精度装配。

目前大型平板阵列SAR天线展开系统的装调以人工操作为主，由于天线铰链和杆系的空间位置难以准确定位，需要大量的工装来保证杆系、铰链及天线面板的空间尺寸位置，装配工装的精度及操作人员的装调水平直接决定了天线的装配精度，且装配工装不具有可扩展性及通用性，难以满足大型平板阵列SAR天线展开系统的装配需求。同时，产品在装配过程中需要采用激光跟踪仪测量装配精度，操作人员在进行反复试配、调整、测试的过程中存在多次手持靶球接触产品的情况，这会降低产品的装配可靠性和稳定性。为了提高装配效率，保证装配可靠性和稳定性，需要对天线展开系统进行自动化装配。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法及系统，通过测量系统测量天线面板、共轴铰链的位置，控制系统根据测量结果控制面板调姿机构和面板支撑机构调整天线面板的位置和平面度，控制铰链调姿机构调整共轴铰链的空间位置。实现了平板阵列SAR天线展开系统面板和铰链的高精度、自动化、快速装调，能够满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，位移调整精度≤0.02mm，角度调整精度≤0.01°的装配要求，提高了大型平板阵列SAR天线展开系统的装配精度和效率。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，天线展开系统包括天线面板、杆系铰链、杆件、共轴铰链，杆系铰链安装在天线面板上，不同的杆系铰链之间通过杆件连接，杆系铰链与共轴铰链之间通过杆件连接；装配系统包括装配平台、面板调姿机构、面板支撑机构、龙门架、铰链调姿机构、测量系统、控制系统；

所述装配平台用于提供支撑台面；所述面板调姿机构位于天线面板的下方，用于调整天线面板的位置；所述面板支撑机构用于支撑天线面板并调整天线面板的平面度；

所述铰链调姿机构安装在龙门架上，与共轴铰链连接，铰链调姿机构用于调整共轴铰链与两块天线面板上的杆系铰链之间的相对位置；

所述测量系统用于测量天线面板的位置、两块天线面板的平面度、杆系铰链的位置、共轴铰链的位置，并将测量结果发送给所述控制系统；

所述控制系统用于控制面板调姿机构、面板支撑机构、铰链调姿机构、测量系统。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，所述面板调姿机构位于天线面板的中心位置下方。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，每个天线面板的四个角位置的下方放置四个面板支撑机构。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，所述面板支撑机构的初始高度设为最低高度。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，所述控制系统根据天线面板的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构、面板支撑机构进行动作；根据共轴铰链的实际位置与理论位置的差值，控制铰链调姿机构进行动作。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，所述面板调姿机构和铰链调姿机构能够实现六自由度调姿。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，优选的，在天线面板、杆系铰链、共轴铰链上粘贴编码标志；所述测量系统采用多目摄影测量系统，能够根据所测的编码标识计算天线面板、杆系铰链、共轴铰链的位置和平面度。

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法，采用上述平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，包括如下步骤：

S1、将面板调姿机构、面板支撑机构均安装在装配平台上，将天线面板安装在面板调姿机构上，保持面板支撑机构与天线面板不接触；利用测量系统测量天线面板的实际位置，控制系统根据天线面板的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构使天线面板达到理论位置；控制系统面板支撑机构支撑天线面板；

S2、利用测量系统测量两块天线面板的平面度，控制系统控制支撑机构使两块天线面板的平面度达到预设值；

S3、将杆系铰链安装在天线面板上，利用测量系统测量杆系铰链的位置，根据杆系铰链的位置确定不同杆系铰链之间的杆件的长度，并将相应杆件安装在不同杆系铰链之间；

S4、将龙门架安装在装配平台上，龙门架位于两块天线面板中间位置的上方，龙门架下方安装铰链调姿机构；铰链调姿机构下方安装共轴铰链；利用测量系统测量共轴铰链的位置，控制系统控制铰链调姿机构使共轴铰链达到理论位置；

S5、根据杆系铰链和共轴铰链的位置，确定杆系铰链和共轴铰链之间的杆件的长度，并将相应杆件安装在杆系铰链和共轴铰链。

上述平板阵列SAR天线展开系统的装配方法，优选的，两块天线面板的平面度预设值为0.1mm。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明解决了采用人工装调天线展开系统精度差、效率低的缺点，提高了大型平板阵列SAR天线展开系统的装配精度和效率，实现了大型平板阵列SAR天线展开系统面板、铰链的高精度、自动化、快速装调；

(2)本发明避免采用大量工装来保证杆系、铰链和天线面板的空间尺寸位置，使铰链和天线面板的装调不依赖于装配工装的精度和操作人员的技术水平；

(3)本发明采用非接触式多目摄影测量系统进行测量，不需要采用激光跟踪仪和经纬仪等仪器设备进行测量，避免在装配过程中接触产品，影响产品的可靠性和稳定性；

(4)本发明的装配方法能够满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，位移调整精度≤0.02mm，角度调整精度≤0.01°的装配要求；

(5)本发明可以适用于不同型号平板阵列SAR天线的精密装配需求，装调系统具有通用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统组成示意图；

图2为本发明一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法实现过程流程图；

图3为本发明所述的面板调姿机构或铰链调姿机构示意图(面板调姿机构和铰链调姿机构结构相同，尺寸不同)；

图4为本发明所述的面板支撑机构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，天线展开系统包括天线面板2、杆系铰链5、杆件6、共轴铰链10，杆系铰链5安装在天线面板2上，不同的杆系铰链5之间通过杆件6连接，杆系铰链5与共轴铰链10之间通过杆件6连接；装配系统包括装配平台1、面板调姿机构3、面板支撑机构4、龙门架7、铰链调姿机构8、测量系统9、控制系统11；

所述装配平台1用于提供支撑台面；所述面板调姿机构3位于天线面板2的下方，用于调整天线面板2的位置；所述面板支撑机构4用于支撑天线面板2并调整天线面板2的平面度；

所述铰链调姿机构8安装在龙门架7上，与共轴铰链10连接，铰链调姿机构8用于调整共轴铰链10与两块天线面板2上的杆系铰链5之间的相对位置；

所述测量系统9用于测量天线面板2的位置、两块天线面板2的平面度、杆系铰链5的位置、共轴铰链10的位置，并将测量结果发送给所述控制系统11；

所述控制系统11用于控制面板调姿机构3、面板支撑机构4、铰链调姿机构8、测量系统9。

作为本发明的一种优选方案，所述面板调姿机构3位于天线面板2的中心位置下方。每个天线面板2的四个角位置的下方放置四个面板支撑机构4。

作为本发明的一种优选方案，所述面板支撑机构4的初始高度设为最低高度。

作为本发明的一种优选方案，所述控制系统11根据天线面板2的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构3、面板支撑机构4进行动作；根据共轴铰链10的实际位置与理论位置的差值，控制铰链调姿机构8进行动作。

作为本发明的一种优选方案，所述面板调姿机构3和铰链调姿机构8能够实现六自由度调姿。

作为本发明的一种优选方案，在天线面板2、杆系铰链5、共轴铰链10上粘贴编码标志；所述测量系统9采用多目摄影测量系统，能够根据所测的编码标识计算天线面板2、杆系铰链5、共轴铰链10的位置和平面度。

一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法，采用上述的装配系统，包括如下步骤：

S1、将面板调姿机构3、面板支撑机构4均安装在装配平台1上，将天线面板2安装在面板调姿机构3上，保持面板支撑机构4与天线面板2不接触；利用测量系统9测量天线面板2的实际位置，控制系统11根据天线面板2的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构3使天线面板2达到理论位置；控制系统11面板支撑机构4支撑天线面板2；

S2、利用测量系统9测量两块天线面板2的平面度，控制系统11控制支撑机构4使两块天线面板2的平面度达到预设值；

S3、将杆系铰链5安装在天线面板2上，利用测量系统9测量杆系铰链5的位置，根据杆系铰链5的位置确定不同杆系铰链5之间的杆件6的长度，并将相应杆件6安装在不同杆系铰链5之间；

S4、将龙门架7安装在装配平台1上，龙门架7位于两块天线面板2中间位置的上方，龙门架7下方安装铰链调姿机构8；铰链调姿机构8下方安装共轴铰链10；利用测量系统9测量共轴铰链10的位置，控制系统11控制铰链调姿机构8使共轴铰链10达到理论位置；

S5、根据杆系铰链5和共轴铰链10的位置，确定杆系铰链5和共轴铰链10之间的杆件6的长度，并将相应杆件6安装在杆系铰链5和共轴铰链10。

作为本发明的一种优选方案，两块天线面板2的平面度预设值为0.1mm。

实施例：

图1为一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统组成示意图，包括装配平台1、面板调姿机构3、面板支撑机构4、龙门架7、铰链调姿机构8、测量系统9、控制系统11。天线展开系统的组成部件包括天线面板2、杆系铰链5、杆件6、共轴铰链10。

图2表示本发明所述的装配方法实现过程流程图。

图3是面板调姿机构3和铰链调姿机构8示意图，面板调姿机构3和铰链调姿机构4结构相同，尺寸不同。调姿机构的定平台固定不动，调姿机构的动平台根据控制信号进行动作，可以沿X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动和绕X轴、Y轴、Z轴转动，实现六自由度调姿，能够使与其连接的天线面板2或共轴铰链10移动到指定位置。

图4是面板支撑机构4示意图，面板支撑机构4的定平台固定不动，面板支撑机构4的动平台能够根据控制信号进行动作，通过调节螺母转动沿高度方向进行微调。

(1)天线面板安装

在每个天线面板2上反映天线平面度和位置信息的10个凸台上粘贴编码标志，将两个面板调姿机构3的定平台安装在装配平台1上，面板调姿机构3动平台上安装天线面板2，面板调姿机构3位于天线面板2的中心位置下方。每个天线面板2的四个角位置的下面放置四个可以调节高度的面板支撑机构4，面板支撑机构4的定平台安装在装配平台上，调节面板支撑机构4的动平台高度为最低，与天线面板2不接触。

启动控制系统11，并通过控制系统11启动测量系统9，测量天线面板2的位置，测量结束后，控制系统11接收到测量结束信号与测量结果，然后控制系统11会依据面板实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构3进行调整，调整结束后，控制系统11接收到调整结束信号，并再次启动测量系统9。上述自动化测量-调姿过程经过几次迭代，直到将天线面板2调整到理论位置为止。

调节面板支撑机构4的高度，使面板支撑机构4的动平台与面板2刚接触为止。用同样方法调整另一块天线面板2的位置到理论位置，调节面板支撑机构4的高度，使面板支撑机构4的动平台与天线面板2刚接触为止。

(2)天线面板调平

通过控制系统11启动测量系统9，测量两块面板2的平面度，测量结束后，控制系统11接收到测量结束信号与测量结果，然后控制系统11会依据高度方向需要，控制支撑机构4进行调整，调整结束后，控制系统11接收到调整结束信号，并再次启动测量系统9。上述自动化测量-调整过程经过几次迭代，直到将天线面板2调平，满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm的要求。

(3)安装天线面板上的铰链与杆件

铰链5安装在天线面板2后，启动测量系统9，测量链转轴距内、外板压紧耳片中心孔的距离误差、对应铰链之间的同轴度误差以及相应杆件的长度误差。若未满足距离误差≤0.1mm，同轴度误差≤0.1mm，长度误差≤0.1mm的要求，则进行手动调整，若满足要求，则按照实测距离修整杆件6，把相应的杆件6安装到杆系铰链5之间并固定。

(4)安装共轴铰链

共轴铰链10的两端安装粘贴编码标志的测量工装，测量工装与共轴铰链中心轴线的位置关系通过三坐标进行标定。

将龙门架7安装到装配平台1上，龙门架7位于两块天线面板2中间位置的上方，龙门架7下方安装铰链调姿机构8，与铰链调姿机构8的定平台相连接，铰链调姿机构8的动平台下方安装共轴铰链10。

通过控制系统11启动测量系统9，测量共轴铰链10的位置，测量结束后，控制系统11接收到测量结束信号与测量结果，然后控制系统11会依据共轴铰链10实际位置与理论位置的差值，控制铰链调姿机构8进行调整，调整结束后，控制系统11接收到调整结束信号，并再次启动测量系统9。上述自动化测量-调姿过程经过几次迭代，直到将共轴铰链调整到理论位置为止，满足其高度差≤0.5mm，水平距离≤0.1mm，与中心轴线偏差≤0.2mm的要求。

(5)安装其余铰链与杆件

与安装天线面板上的铰链与杆件方法相同，安装剩余铰链与杆件，铰链安装完成后，启动测量系统9，测量对应铰链之间的同轴度误差以及相应杆件的长度误差。若未满足对应铰链同轴度误差≤0.1mm，长度误差≤0.1mm的要求，则进行手动调整，若满足要求，则按照实测距离修整杆件，把相应的杆件6安装到杆系铰链之间并固定。

本发明解决了大型平板阵列SAR天线展开系统面板位置、铰链位置和杆系位置的高精度、自动化装配技术难题，具有如下效果：

解决了采用人工装调天线展开系统精度差、效率低的缺点，提高了大型平板阵列SAR天线展开系统的装配精度和效率，实现了大型平板阵列SAR天线展开系统面板位置、铰链位置和杆系位置的高精度、自动化、快速装配。

本发明的装配方法能够满足10m×2.5m范围内面板的平面度≤0.1mm，位移调整精度≤0.02mm，角度调整精度≤0.01°的装配要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，天线展开系统包括天线面板(2)、杆系铰链(5)、杆件(6)、共轴铰链(10)，杆系铰链(5)安装在天线面板(2)上，不同的杆系铰链(5)之间通过杆件(6)连接，杆系铰链(5)与共轴铰链(10)之间通过杆件(6)连接；其特征在于，所述装配系统包括装配平台(1)、面板调姿机构(3)、面板支撑机构(4)、龙门架(7)、铰链调姿机构(8)、测量系统(9)、控制系统(11)；

所述装配平台(1)用于提供支撑台面；所述面板调姿机构(3)位于天线面板(2)的下方，用于调整天线面板(2)的位置；所述面板支撑机构(4)用于支撑天线面板(2)并调整天线面板(2)的平面度；

所述铰链调姿机构(8)安装在龙门架(7)上，与共轴铰链(10)连接，铰链调姿机构(8)用于调整共轴铰链(10)与两块天线面板(2)上的杆系铰链(5)之间的相对位置；

所述测量系统(9)用于测量天线面板(2)的位置、两块天线面板(2)的平面度、杆系铰链(5)的位置、共轴铰链(10)的位置，并将测量结果发送给所述控制系统(11)；

所述控制系统(11)用于控制面板调姿机构(3)、面板支撑机构(4)、铰链调姿机构(8)、测量系统(9)；

所述面板调姿机构(3)位于天线面板(2)的中心位置下方；

每个天线面板(2)的四个角位置的下方放置四个面板支撑机构(4)；

所述面板支撑机构(4)的初始高度设为最低高度；

所述控制系统(11)根据天线面板(2)的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构(3)、面板支撑机构(4)进行动作；根据共轴铰链(10)的实际位置与理论位置的差值，控制铰链调姿机构(8)进行动作；

所述面板调姿机构(3)和铰链调姿机构(8)能够实现六自由度调姿。

2.根据权利要求1所述的一种平板阵列SAR天线展开系统的装配系统，其特征在于，在天线面板(2)、杆系铰链(5)、共轴铰链(10)上粘贴编码标志；所述测量系统(9)采用多目摄影测量系统，能够根据所测的编码标识计算天线面板(2)、杆系铰链(5)、共轴铰链(10)的位置和平面度。

3.一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的装配系统，包括如下步骤：

S1、将面板调姿机构(3)、面板支撑机构(4)均安装在装配平台(1)上，将天线面板(2)安装在面板调姿机构(3)上，保持面板支撑机构(4)与天线面板(2)不接触；利用测量系统(9)测量天线面板(2)的实际位置，控制系统(11)根据天线面板(2)的实际位置与理论位置的差值，控制面板调姿机构(3)使天线面板(2)达到理论位置；控制系统(11)面板支撑机构(4)支撑天线面板(2)；

S2、利用测量系统(9)测量两块天线面板(2)的平面度，控制系统(11)控制支撑机构(4)使两块天线面板(2)的平面度达到预设值；

S3、将杆系铰链(5)安装在天线面板(2)上，利用测量系统(9)测量杆系铰链(5)的位置，根据杆系铰链(5)的位置确定不同杆系铰链(5)之间的杆件(6)的长度，并将相应杆件(6)安装在不同杆系铰链(5)之间；

S4、将龙门架(7)安装在装配平台(1)上，龙门架(7)位于两块天线面板(2)中间位置的上方，龙门架(7)下方安装铰链调姿机构(8)；铰链调姿机构(8)下方安装共轴铰链(10)；利用测量系统(9)测量共轴铰链(10)的位置，控制系统(11)控制铰链调姿机构(8)使共轴铰链(10)达到理论位置；

S5、根据杆系铰链(5)和共轴铰链(10)的位置，确定杆系铰链(5)和共轴铰链(10)之间的杆件(6)的长度，并将相应杆件(6)安装在杆系铰链(5)和共轴铰链(10)。

4.根据权利要求3所述的一种平板阵列SAR天线展开系统的装配方法，其特征在于，两块天线面板(2)的平面度预设值为0.1mm。

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