CN113137978A - 一种二维指向机构精度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二维指向机构精度测量装置，涉及卫星结构测量技术领域，包括：方位调整装置、俯仰调整装置、角度测量装置、测试台面；方位调整装置包括：支撑回转机构、俯仰支撑架，俯仰支撑架安装在支撑回转机构上；俯仰调整装置包括：安装板、轴承、第一伺服电机、第一减速机、第一转动轴、第二转动轴；角度测量装置包括：安装底板、水平调整杆、角度测量仪器；俯仰调整装置通过轴承与俯仰支撑架连接，支撑回转机构的底部与测试台面连接，角度测量装置通过安装底板与测试台面连接。本发明的二维指向机构精度测量装置，可实现对二维指向机构精度的单点测量和连续测量，测量过程简单，大大节约了测量的时间。

Description

一种二维指向机构精度测量装置

技术领域

本发明涉及卫星结构测量技术领域，具体地，涉及一种二维指向机构精度测量装置。

背景技术

近年来，我国航天技术发展越来越迅速，太空探测、空间站和卫星对接等空间任务，其工作内容和运行过程非常复杂，对空间机构的精度、寿命、功能等提出了越来越高的要求，而且对机构的重量、耗能、体积也提出了越来越高的要求。

二维指向机构是一种用于空间卫星的机构，能够实现指向功能。该机构具有两个转动副，能完成对目标的跟踪和定位功能，从而满足卫星与地面、卫星与卫星的信号传输的需求，广泛应用于不同型号的卫星。为了能够实现空间卫星对信号的精准捕捉，二维指向机构必须满足高精度的指向要求，因此二维指向机构必须达到一定的精度，才不会使卫星因为误差过大而导致失效。二维指向机构误差产生的因素有很多，可以概括为静态误差、动态误差及其它因素造成的误差。静态误差是指二维指向结构在生产、加工、装配过程中产生的误差，主要包括加工误差、安装误差、传动误差和测控误差等；动态误差主要包括运动副间隙、运动副构件间的接触碰撞、运动副构件间的摩擦磨损、空间高低温交变等因素造成的机构误差。为使二维指向机构的精度满足要求，通常需要对二维指向机构的精度进行测量，根据测量的结果进行零部件的装配调整或采用控制补偿的方法来进行调节，从而保证二维指向机构的精度。

目前二维指向机构的精度测量通常使用全站仪/经纬仪对安装在二维指向机构末端的天线反射面顶部的立方镜进行准直测量，该测量方式的准直过程耗费大量时间，同时只能实现二维指向机构的单点精度的测量，无法完成对二维指向机构精度的连续测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种二维指向机构精度测量装置。

本发明提供的二维指向机构精度测量装置，包括：方位调整装置、俯仰调整装置、角度测量装置、测试台面；所述方位调整装置包括：支撑回转机构、俯仰支撑架，所述俯仰支撑架为U型结构，所述俯仰支撑架的顶端开有通孔，所述俯仰支撑架的底部与所述支撑回转机构的顶部连接；所述俯仰调整装置包括：安装板、轴承、第一伺服电机、第一减速机、第一转动轴、第二转动轴，所述轴承的数量为二个，所述安装板的第一端连接所述第一转动轴的第一端，所述第一转动轴的第二端连接第一个所述轴承，所述第一伺服电机连接所述第一减速机，所述第一减速机的输出轴与所述第一转动轴连接，所述安装板的第二端连接所述第二转动轴的第一端，所述第二转动轴的第二端连接第二个所述轴承；所述角度测量装置包括：安装底板、水平调整杆、角度测量仪器，所述水平调整杆的下端与所述安装底板配合，所述水平调整杆的上端支撑述所角度测量仪器；所述轴承分别设置在所述俯仰支撑架的通孔内，使所述俯仰调整装置与所述方位调整装置连接，所述方位调整装置通过所述支撑回转机构的底部与所述测试台面连接，所述角度测量装置通过所述安装底板与所述测试台面连接。

进一步地，所述支撑回转机构包括：底座、第二伺服电机、第二减速机、分度盘；所述分度盘的底部与所述底座的上端通过螺栓连接，所述第二伺服电机固定在所述底座的侧面，所述第二伺服电机与所述第二减速机连接，所述第二减速机的输出轴与所述分度盘连接；所述分度盘的顶部与所述俯仰支撑架的底部连接。

进一步地，所述底座是圆柱结构。

进一步地，所述安装板为U型结构，所述安装板的底面和两个侧面开有通孔。

进一步地，所述第一转动轴包括第一轴承支撑端、第一定位端、第一安装板连接端和第一减速机连接孔；所述第一轴承支撑端的外侧设有第一卡圈槽，第一个所述轴承通过所述第一卡圈槽与所述第一轴承支撑端固定连接；所述第一定位端与所述安装板的第一侧面配合定位，所述第一安装板连接端与所述安装板连接；所述第一减速机连接孔带有键槽，所述第一减速机连接孔与所述第一减速机的输出轴配合。

进一步地，所述第二转动轴包括第二轴承支撑端、第二定位端、第二安装板连接端、第二传感器连接孔；所述第二轴承支撑端的外侧设有第二卡圈槽，第二个所述轴承通过所述第二卡圈槽与所述第二轴承支撑端固定连接；所述第二定位端与所述安装板的第二侧面配合定位，所述第二安装板连接端与所述安装板连接。

进一步地，所述水平调整杆为圆柱结构，所述水平调整杆带有螺纹，所述水平调整杆的中部为滚花旋钮。

优选地，所述水平调整杆的数量为三组。

进一步地，所述测量装置的单点测量过程包括以下步骤：

步骤1：将二维指向机构调整至零位，然后安装在所述安装板中，调整所述水平调整杆，对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得角度V₀；

步骤2：转动二维指向机构，使二维指向机构旋转一定角度X_a；

步骤3、测量俯仰角时，调整所述俯仰调整装置，使所述俯仰调整装置旋转与步骤2中相同的角度X_a，方向与步骤2中的方向相反；测量方位角时，调整所述方位调整装置，使所述方位调整装置旋转与步骤2中相同的角度X_a，方向与步骤2中的方向相反；

步骤4、利用所述角度测量装置对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得角度V₁；

步骤5、根据步骤1、步骤4测量所得的角度，以及所述测量装置转动时的角度误差α，计算得到二维指向机构的精度A＝|V₀-V₁-α|。

进一步地，所述测量装置的连续测量过程包括以下步骤：

步骤6、按照步骤1进行二维指向机构的安装及初始角度的测量，得到初始角度T₀；

步骤7、将需要测量的角度时间序列T₁输入至所述测量装置的计算机中，由计算机将角度时间序列输送至控制器并由控制器通过驱动器驱动角度时间序列对应的二维指向机构的运动轴旋转；同时根据该时间序列控制所述测量装置对应的运动轴反向转动，所述角度测量装置连续采集角度数据得到测量角度序列T₂；

步骤8、根据步骤6、步骤7得到的数据，得到二维指向机构的精度时间序列T＝|T₂-T₀-α|。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的二维指向机构精度测量装置，可实现二维指向机构末端的天线发射面顶部的立方镜的垂直测量和水平测量，测量过程简单，大大节约了测量的时间；本发明可实现对二维指向机构精度的单点测量，也可对二维指向机构精度进行连续测量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的方位调整装置结构示意图；

图3是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的俯仰支撑架结构示意图；

图4是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的支撑回转机构结构示意图；

图5是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的俯仰调整装置结构示意图；

图6是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的安装板结构示意图；

图7是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的第一转动轴结构示意图；

图8是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的第二转动轴结构示意图；

图9是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的角度测量装置结构示意图；

图10是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的系统示意图；

图11是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的步骤1状态示意图；

图12是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的步骤2状态示意图；

图13是本发明实施例提供的二维指向机构精度测量装置的步骤3状态示意图。

图中：

1-俯仰调整装置；

101-第一伺服电机；

102-第一减速机；

103-第一转动轴；

1031-第一轴承支撑端；1032-第一卡圈槽；1033-第一安装板连接端；1034-第一定位端；1035-第一减速机连接孔；

104-安装板；

1041-第一转动轴安装孔；1042-第一转动轴定位孔；1043-二维指向机构安装定位孔；1044-第二转动轴安装孔；1045-第二转动轴定位孔；

105-第二转动轴；

1051-第二轴承支撑端；1052-第二卡圈槽；1053-第二安装板连接端；1054-第二定位端；1055-第二传感器连接孔；

106-轴承；

2-方位调整装置；

201-支撑回转机构；

2011-第二伺服电机；2012-第二减速机；2013-分度盘；2014-底座；

202-俯仰支撑架；

2021-第一轴心线；2022-第一俯仰调整装置安装位置；2023-支撑回转机构安装位置；2024-第二轴心线；2025-第二俯仰调整装置安装位置；

3-角度测量装置；

301-安装底板；

302-角度测量仪器；

303-水平调整杆；

4-测试台面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的二维指向结构精度测量装置，包括：俯仰调整装置1、方位调整装置2、角度测量装置3、测试台面4。俯仰调整装置1安装在方位调整装置2上，测试台面4为阶梯状，一侧高、一侧低，角度测量装置3安装在测试台面4上高的一侧，方位调整装置2安装在测试台面4上低的一侧，二维指向机构安装在俯仰调整装置1上。方位调整装置2用于二维指向机构方位角度的调整，俯仰调整装置1用于二维指向机构俯仰角度的调整。

如图2所示，方位调整装置2包括支撑回转机构201、俯仰支撑架202。

如图3所示，俯仰支撑架202为U型结构，俯仰支撑架202的顶端开有两个通孔，分别为第一俯仰调整装置安装位置2022和第二俯仰调整装置安装位置2025，用于安装俯仰调整装置1。第一俯仰调整装置安装位置2022和第二俯仰调整装置安装位置2025同轴设置，形成第一轴心线2021。俯仰支撑架202的底部为支撑回转机构安装位置2023，支撑回转机构安装位置2023的中心线为第二轴心线2024。

如图4所示，支撑回转结构201包括第二伺服电机2011、第二减速机2012、分度盘2013、底座2014。底座2014是圆柱结构，底座2014的上端与分度盘2013的底部通过螺栓固定连接，分度盘2013的转动面相对底座2014旋转。分度盘2013的上端面与支撑回转机构安装位置2023连接，带动俯仰支撑架202的转动。第二伺服电机2011固定在底座2014的侧面，第二减速机2012与第二伺服电机2011相互连接，第二减速机2012的输出轴与分度盘2013连接。底座2014的下端与测试台面4连接，使方位调整装置2安装在测试台面4上。

如图5所示，俯仰调整装置1包括第一伺服电机101、第一减速机102、第一转动轴103、安装板104、第二转动轴105、轴承106，轴承106的数量为2个。

如图6所示，安装板104为U型结构，安装板104的底面有二维指向机构安装定位孔1043，安装板104的两个侧面分别有第一转动轴安装孔1041、第一转动轴定位孔1042和第二转动轴安装孔1044、第二转动轴定位孔1045。

如图7所示，第一转动轴103包括第一轴承支撑端1031、第一安装板连接端1033、第一定位端1034、第一减速机连接孔1035，第一轴承支撑端1031为圆柱结构，第一轴承支撑端1031的外侧设有第一卡圈槽1032，第一个轴承106通过第一卡圈槽1032安装在第一转动轴103上。第一定位端1034为圆柱结构，第一定位端1034与安装板104的第一转动轴定位孔1042相配合定位。第一安装板连接端1033具有圆形阵列分布的通孔，与安装板104中的第一转动轴安装孔1041通过螺栓连接。第一减速机连接孔1035位于第一转动轴103的中心，第一减速机连接孔1035带有键槽，第一减速机102的输出轴与第一减速机连接孔1035配合连接。

如图8所示，第二转动轴105包括第二轴承支撑端1051、第二安装板连接端1053、第二定位端1054、第二传感器连接孔1055。第二轴承支撑端1051为圆柱结构，第二轴承支撑端1051的外侧设有第二卡圈槽1052，第二个轴承106通过第二卡圈槽1052安装在第二转动轴105上。第二定位端1054为圆柱结构，第二定位端1054与安装板104的第二转动轴定位孔1045相配合定位。第二安装板连接端1053具有圆形阵列分布的通孔，与安装板104中的第二转动轴安装孔1044通过螺栓连接。第二传感器连接孔1055位于第二转动轴105的中心，第二传感器连接孔1055为通孔，可与传感器相配合。

如图1和图5所示，两个轴承106分别设置在第一俯仰调整装置安装位置2022和第二俯仰调整装置安装位置2025内，使俯仰调整装置1安装在方位调整装置2上。第一伺服电机101和第一减速机102连接，第一减速机102的输出轴与第一转动轴103的第一减速机连接孔1035配合。二维指向机构安装在安装板104的二维指向机构安装定位孔1043上并通过销孔定位，使二维指向机构的俯仰轴与方位轴分别与俯仰调整装置1和方位调整装置2的轴线对正。第二伺服电机2011和第二减速机2012带动俯仰支撑架202的转动，实现二维指向机构的方位角转动；第一伺服电机101和第一减速机102带动安装板104的转动，实现二维指向机构的俯仰角转动。

如图9所示，角度测量装置3包括安装底板301、角度测量仪器302、水平调整杆303。安装底板301具有两组不同的安装孔，其中一组与测试台面4的安装位置相对应，使安装底板301安装在测试台面4上；另一组与水平调整杆303形成配合。水平调整杆303为圆柱结构，外侧为螺纹，中部为滚花旋钮用于调节，水平调整杆303与安装底板301的安装孔配合后，通过滚花旋钮的旋转实现水平调整杆303的升降。水平调整杆303共三组，通过调整可实现角度测量仪器302的水平调整。

图10所示为本实施例的二维指向机构精度测量装置的测量系统示意图，本实施的二维指向机构可以实现俯仰角转动和方位角转动，分别对应X轴转动和Y轴转动。本实施例的二维指向机构测量装置的俯仰角单点测量使用过程如下。

步骤1：将二维指向机构调整至零位，然后安装在安装板104中，通过安装板104的二维指向机构安装定位孔1043定位和固定，调整水平调整杆303，对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得垂直角度V₀，该步骤对应图11；

步骤2：转动二维指向机构，使二维指向机构绕X轴旋转一定角度X_a，该步骤对应图12；

步骤3、调整俯仰调整装置1，使俯仰调整装置1旋转与步骤2中相同的角度X_a，方向与步骤2中的方向相反，该步骤对应图13；

步骤4、利用角度测量装置3对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得垂直角度V₁；

步骤5、根据步骤1、步骤4测量所得的角度，以及测量装置转动时的角度误差α，计算得到二维指向机构的精度A＝|V₀-V₁-α|。

同样的，在进行二维指向机构方位角精度测量时，与上述步骤一致，只需要调整方位调整装置2、同时角度测量装置3对水平角度进行两次测量即可。

本实施例的二维指向机构精度测量装置连续测量使用过程如下。

步骤6、按照步骤1进行二维指向机构的安装及初始角度的测量，得到初始角度T₀；

步骤7、将需要测量的角度时间序列T₁输入至测量装置的计算机中，由计算机将角度时间序列输送至控制器并由控制器通过驱动器驱动角度时间序列对应的二维指向机构的运动轴旋转；同时根据该时间序列控制测量装置对应的运动轴反向转动，角度测量装置3连续采集角度数据得到测量角度序列T₂；

步骤8、根据步骤6、步骤7得到的数据，得到二维指向机构的精度时间序列T＝|T₂-T₀-α|。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种二维指向机构精度测量装置，其特征在于，包括：方位调整装置、俯仰调整装置、角度测量装置、测试台面；所述方位调整装置包括：支撑回转机构、俯仰支撑架，所述俯仰支撑架为U型结构，所述俯仰支撑架的顶端开有通孔，所述俯仰支撑架的底部与所述支撑回转机构的顶部连接；所述俯仰调整装置包括：安装板、轴承、第一伺服电机、第一减速机、第一转动轴、第二转动轴，所述轴承的数量为二个，所述安装板的第一端连接所述第一转动轴的第一端，所述第一转动轴的第二端连接第一个所述轴承，所述第一伺服电机连接所述第一减速机，所述第一减速机的输出轴与所述第一转动轴连接，所述安装板的第二端连接所述第二转动轴的第一端，所述第二转动轴的第二端连接第二个所述轴承；所述角度测量装置包括：安装底板、水平调整杆、角度测量仪器，所述水平调整杆的下端与所述安装底板配合，所述水平调整杆的上端支撑述所角度测量仪器；所述轴承分别设置在所述俯仰支撑架的通孔内，使所述俯仰调整装置与所述方位调整装置连接，所述方位调整装置通过所述支撑回转机构的底部与所述测试台面连接，所述角度测量装置通过所述安装底板与所述测试台面连接。

2.根据权利要求1所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述支撑回转机构包括：底座、第二伺服电机、第二减速机、分度盘；所述分度盘的底部与所述底座的上端通过螺栓连接，所述第二伺服电机固定在所述底座的侧面，所述第二伺服电机与所述第二减速机连接，所述第二减速机的输出轴与所述分度盘连接；所述分度盘的顶部与所述俯仰支撑架的底部连接。

3.根据权利要求2所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述底座是圆柱结构。

4.根据权利要求1所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述安装板为U型结构，所述安装板的底面和两个侧面开有通孔。

5.根据权利要求4所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述第一转动轴包括第一轴承支撑端、第一定位端、第一安装板连接端和第一减速机连接孔；所述第一轴承支撑端的外侧设有第一卡圈槽，第一个所述轴承通过所述第一卡圈槽与所述第一轴承支撑端固定连接；所述第一定位端与所述安装板的第一侧面配合定位，所述第一安装板连接端与所述安装板连接；所述第一减速机连接孔带有键槽，所述第一减速机连接孔与所述第一减速机的输出轴配合。

6.根据权利要求4所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述第二转动轴包括第二轴承支撑端、第二定位端、第二安装板连接端、第二传感器连接孔；所述第二轴承支撑端的外侧设有第二卡圈槽，第二个所述轴承通过所述第二卡圈槽与所述第二轴承支撑端固定连接；所述第二定位端与所述安装板的第二侧面配合定位，所述第二安装板连接端与所述安装板连接。

7.根据权利要求1所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述水平调整杆为圆柱结构，所述水平调整杆带有螺纹，所述水平调整杆的中部为滚花旋钮。

8.根据权利要求7所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述水平调整杆的数量为三组。

9.根据权利要求1所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述测量装置的单点测量过程包括以下步骤：

步骤1：将二维指向机构调整至零位，然后安装在所述安装板中，调整所述水平调整杆，对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得角度V₀；

步骤2：转动二维指向机构，使二维指向机构旋转一定角度X_a；

步骤3、测量俯仰角时，调整所述俯仰调整装置，使所述俯仰调整装置旋转与步骤2中相同的角度X_a，方向与步骤2中的方向相反；测量方位角时，调整所述方位调整装置，使所述方位调整装置旋转与步骤2中相同的角度X_a，方向与步骤2中的方向相反；

步骤4、利用所述角度测量装置对二维指向机构反射面上的立方镜进行角度测量，记录所得角度V₁；

步骤5、根据步骤1、步骤4测量所得的角度，以及所述测量装置转动时的角度误差α，计算得到二维指向机构的精度A＝|V₀-V₁-α|。

10.根据权利要求9所述的二维指向机构精度测量装置，其特征在于，所述测量装置的连续测量过程包括以下步骤：

步骤6、按照步骤1进行二维指向机构的安装及初始角度的测量，得到初始角度T₀；

步骤7、将需要测量的角度时间序列T₁输入至所述测量装置的计算机中，由计算机将角度时间序列输送至控制器并由控制器通过驱动器驱动角度时间序列对应的二维指向机构的运动轴旋转；同时根据该时间序列控制所述测量装置对应的运动轴反向转动，所述角度测量装置连续采集角度数据得到测量角度序列T₂；

步骤8、根据步骤6、步骤7得到的数据，得到二维指向机构的精度时间序列T＝|T₂-T₀-α|。

Images