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)，簡化坐標測調(diào)量，實時指導裝調(diào)。再通過長圓孔工藝角盒預裝技術(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意義。

1 衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)的精測任務與精度要求

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)坐標都是與整星成一定角度的三維空間坐標，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要求。針對衛(wèi)星饋源結(jié)構(gòu)形式復雜、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，適用于復雜環(huán)境下的測量任務。

在測調(diào)中，激光跟蹤儀以途中回轉(zhuǎn)中心作為坐標原點建立起測量坐標系。P作為被測點，點P與儀器坐標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)坐標重復測量精度可達到5 μm/m，絕對坐標測量精度達到了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量，其目標量可根據(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)境的適應性、對非標物體測量的靈活性更適應于現(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。用激光跟蹤儀測量出部裝支架的基準數(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數(shù)據(jù)就是整星基準數(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進行模擬翻轉(zhuǎn)，使饋源板基準與整星基準一致。表1 為天線饋源板原坐標點，表2 為模擬翻轉(zhuǎn)后坐標。比對數(shù)據(jù)可知，轉(zhuǎn)換后的Z軸坐標一致，這樣饋源板在整星上的坐標就實現(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

表2 天線饋源板轉(zhuǎn)化后坐標

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，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，這樣角條會在對應的埋件孔處出現(xiàn)涂料，配孔時候?qū)⑼苛先コ纯伞Ｔ摲椒ㄒ膊皇峭陚涞?，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，從而導致角條應力變形。

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)已廣泛應用于各類工程測繪領(lǐng)域。其靈活的模擬基準轉(zhuǎn)換功能在衛(wèi)星天線饋源測調(diào)中得到應用，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。該方法也可應用于其他特殊安裝位置的高精度測調(diào)裝配當中，希望能夠給行業(yè)中的相關(guān)工程技術(shù)應用提供一些借鑒。