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        衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)測調(diào)技術(shù)研究

        2020-05-06 03:36:38賈春雨
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年5期
        關(guān)鍵詞:饋源激光衛(wèi)星

        楊 璐 賈春雨 梁 天

        (北京衛(wèi)星制造廠有限公司,北京 100094)

        0 引言

        衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)是搭載衛(wèi)星天線的異形結(jié)構(gòu),位于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的中心,由多塊傾斜于承力筒的饋源板組成。由于這種結(jié)構(gòu)形式具有利用較小結(jié)構(gòu)形式搭載較多有效載荷的優(yōu)點,因此,國內(nèi)外越來越多的衛(wèi)星部件采用了這種結(jié)構(gòu)[1]。但這種結(jié)構(gòu)形式的產(chǎn)品的裝配難度較大,主要體現(xiàn)在一塊結(jié)構(gòu)板呈現(xiàn)多面復(fù)合角度,裝配過程中需要考慮多個結(jié)構(gòu)面的裝調(diào)位置,保證其精度能夠使后續(xù)裝配中各有效載荷的安裝到位。

        傳統(tǒng)的衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)裝配使用三位一體測量設(shè)備,簡稱ITP,衛(wèi)星必須處于ITP 轉(zhuǎn)臺中心,用探頭擊打測量。ITP 測量法因設(shè)備過大無法適應(yīng)環(huán)境場地的變化,給測量工作帶來困難。用探頭擊打方法測量異形結(jié)構(gòu)不夠靈活,測量數(shù)據(jù)重復(fù)性高,最大誤差高達0.5 mm。

        該文介紹了衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的測調(diào)裝配過程。在測調(diào)中運用激光跟蹤儀建模,將裝配現(xiàn)場產(chǎn)品的實際姿態(tài)按照理論模型用激光跟蹤儀軟件進行模擬翻轉(zhuǎn),簡化坐標(biāo)測調(diào)量,實時指導(dǎo)裝調(diào)。再通過長圓孔工藝角盒預(yù)裝技術(shù)完成饋源板的精確安裝。該方法對不規(guī)則多面體結(jié)構(gòu)衛(wèi)星構(gòu)件裝配具有一定的指導(dǎo)意義。

        1 衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)的精測任務(wù)與精度要求

        航天衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)由是多塊饋源板組成的不規(guī)則多面體,是天線的安裝底板,位于衛(wèi)星承力筒的中上部。饋源結(jié)構(gòu)的上端與饋源天線板相接,下端由異形角盒與衛(wèi)星承力筒固定。一方面,由于饋源結(jié)構(gòu)的安裝位置特殊,饋源結(jié)構(gòu)測調(diào)無固定支撐點,每個異形角盒都是邊測調(diào)邊配孔固定。另一方面,每塊饋源板的測調(diào)坐標(biāo)都是與整星成一定角度的三維空間坐標(biāo),在安裝測調(diào)時,每調(diào)整一塊饋源板,其余饋源板的數(shù)值都會隨之改變。因此,測調(diào)方案需滿足饋源結(jié)構(gòu)部組件在安裝過程中的角度要求和坐標(biāo)要求。針對衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、裝配精度高的特點,在測調(diào)過程中使用激光跟蹤儀,運用現(xiàn)場可視化虛擬裝配技術(shù)來判斷和指導(dǎo)裝配過程。

        2 利用激光跟蹤儀測調(diào)衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

        2.1 測繪原理

        激光跟蹤測量系統(tǒng)主要包括4 個部分。1)跟蹤儀主機。主要功能是產(chǎn)生和發(fā)射激光,接收反射激光束并反饋給控制單元,利用機械傳動裝置響應(yīng)控制單元發(fā)出的動作指令和報警等。2) 中央控制單元。連接主機與操作端計算機的中間連接設(shè)備,起到了兩者間信息傳送的作用。3)操作端計算機。用于對測量系統(tǒng)進行控制以及運行相關(guān)測量分析軟件。4) 測量點采集及反射靶球SMR。5)測量輔助附件[2]。激光跟蹤儀結(jié)構(gòu)簡單,操作便捷,適用于復(fù)雜環(huán)境下的測量任務(wù)。

        在測調(diào)中,激光跟蹤儀以途中回轉(zhuǎn)中心作為坐標(biāo)原點建立起測量坐標(biāo)系。P作為被測點,點P與儀器坐標(biāo)系的原點之間的距離通過激光干涉測距原理得到,使用2 個角度編碼器可測量出水平方位角α以及豎直方位角β,激光干涉測量極徑為L,被測點P的空間坐標(biāo)如圖1 所示[3]。

        圖1 激光跟蹤儀測量原理

        激光干涉法測距速度快、精度高,在50 m 測量范圍內(nèi)坐標(biāo)重復(fù)測量精度可達到5 μm/m,絕對坐標(biāo)測量精度達到了10 μm/m[4]。激光跟蹤儀配備有環(huán)境傳感器,可隨著測量環(huán)境的變化而修正自身的測量參數(shù),以此來提高測量精度,對環(huán)境有很高的適應(yīng)性。激光跟蹤儀不同于ITP 只能局限地測量自身轉(zhuǎn)臺上的物體,它簡單輕巧、便于攜帶,可應(yīng)用于各種工作場地。

        激光跟蹤儀測量是由每個測量點在軟件上模擬形成一個個測量目標(biāo)量,其目標(biāo)量可根據(jù)需求進行模擬轉(zhuǎn)換,在測量調(diào)試時可以將模擬值與實際值進行比對,以模擬值作為參考進行實際的測調(diào)工作。激光跟蹤儀測量對環(huán)境的適應(yīng)性、對非標(biāo)物體測量的靈活性更適應(yīng)于現(xiàn)代化衛(wèi)星裝配的需求。

        2.2 測調(diào)方案

        首先,測調(diào)部裝支架,為饋源結(jié)構(gòu)的安裝打基礎(chǔ)。先將部裝支架置于轉(zhuǎn)臺上,用百分表測調(diào)部裝支架,使其上表面與地面平行。測量部裝支架上表面的3 個定位銷,調(diào)整部裝支架,使部裝支架中心與轉(zhuǎn)臺中心同軸。

        然后,利用激光跟蹤儀對衛(wèi)星進行基準(zhǔn)建模。激光跟蹤儀建模通過“1 點+2 矢量”的方式實現(xiàn)。用激光跟蹤儀在部裝支架的上表面均布測量多個點,用軟件建立模擬平面。將部裝支架上表面的3 個定位銷中的2 個最遠銷孔連接,構(gòu)成“線”。過部裝支架上的3 個銷孔中心繪圓,圓心即為部裝支架中心“點”。以“點”“線”“面”為要素,構(gòu)成部裝支架的基準(zhǔn)。用激光跟蹤儀測量出部裝支架的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。再將衛(wèi)星落在部裝支架上用3 個銷子定位,這樣部裝支架的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)就是整星基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

        最后,用激光跟蹤儀對天線饋源板進行模擬翻轉(zhuǎn)。由于天線饋源板與整星成一定角度,所以需要用激光跟蹤儀對饋源板坐標(biāo)進行模擬翻轉(zhuǎn),使饋源板基準(zhǔn)與整星基準(zhǔn)一致。表1 為天線饋源板原坐標(biāo)點,表2 為模擬翻轉(zhuǎn)后坐標(biāo)。比對數(shù)據(jù)可知,轉(zhuǎn)換后的Z軸坐標(biāo)一致,這樣饋源板在整星上的坐標(biāo)就實現(xiàn)了從三維6 個自由度的測調(diào)“降維”到二維4 個自由度的測調(diào)。模擬翻轉(zhuǎn)降低了測調(diào)難度,提高了饋源板的安裝精度。

        表1 天線饋源板模擬翻轉(zhuǎn)換前坐標(biāo)

        表2 天線饋源板轉(zhuǎn)化后坐標(biāo)

        3 衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)的安裝

        3.1 安裝難點

        激光跟蹤儀對饋源板的建模,是饋源板安裝的依據(jù)。但由于衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性,工藝人員僅憑結(jié)構(gòu)板上的一些孔坐標(biāo),只能知道饋源板的角度和參考位置,無法保證饋源板能精確安裝。饋源支撐結(jié)構(gòu)通常用鈍角角條與承力筒、頂板連接,角條的一邊已經(jīng)預(yù)先固定在承力筒上,另一邊是實心角條埋件,待測調(diào)完饋源板的安裝位置后,按照饋源板埋件孔實行配打。這樣饋源板在開始安裝時和承力筒并無連接,也沒有固定點來支撐饋源板。

        饋源板埋件是沉入板內(nèi)的絲套孔而非通孔,這樣實心角條安裝在埋件孔外側(cè)時,就會遮擋埋件孔。給角條劃孔、打孔帶來困難。角條劃孔的通常做法是在饋源板埋件孔口涂染料,饋源板測調(diào)到位后與角條貼實,這樣角條會在對應(yīng)的埋件孔處出現(xiàn)涂料,配孔時候?qū)⑼苛先コ纯?。該方法也不是完備的,由于涂料無法均勻涂在埋件孔口,印在角條一側(cè)的涂料會呈現(xiàn)出不規(guī)則的圖案,配打角條孔時無法準(zhǔn)確的找到打孔中心,打完孔在安裝時發(fā)現(xiàn)孔位偏差,只能進行修配。如果偏差多修配量會很大,修配后角條的連接孔成長圓孔,這樣會使連接螺釘?shù)膲|片有一端無法壓在角條上,影響后續(xù)的連接,從而導(dǎo)致角條應(yīng)力變形。

        3.2 解決辦法

        在安裝饋源板前,用異形工藝角盒代替產(chǎn)品角條,測調(diào)饋源結(jié)構(gòu)位置。待饋源結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求的安裝位置時擰緊螺釘,提供一個臨時的安裝點來支撐饋源結(jié)構(gòu)。考慮到饋源結(jié)構(gòu)測調(diào)量大,需不斷調(diào)整坐標(biāo)位置,因此,將工藝角盒兩邊都設(shè)計成長圓孔,這樣饋源結(jié)構(gòu)測調(diào)的自由度會大大增加。待各項數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)并趨于穩(wěn)定后,用筆在結(jié)構(gòu)板上畫角條的輪廓,取下角條,根據(jù)劃線實測埋件孔中心到劃線的距離,就可以得出埋件孔在角條上的位置,用輪廓劃線定點的方式給角條配孔。最后用產(chǎn)品角條將工藝角盒逐一替換下來。從而完成整個饋源支撐結(jié)構(gòu)在星體上的測調(diào)安裝工作。

        角盒替代法操作便捷,解決了饋源結(jié)構(gòu)的固定問題,減少了角條的修配,降低了測調(diào)誤差,提高了角條配孔的工作效率。

        4 結(jié)語

        激光跟蹤測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類工程測繪領(lǐng)域。其靈活的模擬基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換功能在衛(wèi)星天線饋源測調(diào)中得到應(yīng)用,并且提高了測調(diào)精度以及測調(diào)效率。將6 個自由度測調(diào)轉(zhuǎn)換為4 個自由度測調(diào),簡化了測量流程以及測量量。在饋源支撐結(jié)構(gòu)測調(diào)配孔中,引入了工藝異形長圓孔角盒,降低了測調(diào)難度以及角條盲孔配孔的工作量。經(jīng)驗證,該方法實現(xiàn)過程簡單,測量數(shù)據(jù)誤判率低,大大提升了產(chǎn)品的裝配效率,滿足現(xiàn)階段大型衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)部裝的測量需要。該方法也可應(yīng)用于其他特殊安裝位置的高精度測調(diào)裝配當(dāng)中,希望能夠給行業(yè)中的相關(guān)工程技術(shù)應(yīng)用提供一些借鑒。

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