基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法技术

基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法，本发明专利技术涉及总装精度测量领域，具体涉及航天产品总装精度测量方法。为了解决现有的经纬仪测量系统测量效率低、难度大的问题以及立方镜加工难，合格品率较低且立方镜随卫星上天占有载荷重量的问题；本发明专利技术采用工件坐标系替代立方镜坐标系，通过在航天器主体表面及参照物平面上的公共基准点上选取4-6公共基准点；利用激光跟踪仪采集公共基准点的坐标数据，建立公共坐标系；进行相应空间几何处理，建立基准坐标系；并在基准坐标系下利用激光跟踪仪通过软件拟合部组件表面计算部组件表面的法线和部组件轴线，通过与基准坐标系的比较计算，得到部组件的装配精度。本发明专利技术适用于航天产品总装精度的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及总装精度测量领域，具体涉及航天产品总装精度测量方法。
技术介绍
总装精测技术是保证航天器总体装配精度的有力手段，总装精度测量是航天器总体装配过程中不可缺少的重要环节。航天器大多结构复杂，所以其装配顺序都是先进行分系统的部组件装配，然后再进行总体装配。总体装配精度测量的目的就是采用一定的测试方法作为技术手段，检测部组件理论轴线的直线性、几何外形面的同轴性、分系统相对星体的相对位置关系，以及太阳敏感器、陀螺仪、姿控发动机、惯组等部件的安装方位等参数是否满足总体设计要求。总装精测的数据还可以为以后的飞行测试和新型号航天器的研制的开发提供宝贵的科学依据。传统总装精测中常利用经纬仪系统，经纬仪测量系统是一种由多个精度很高的电子经纬仪所构成的测量系统，其中任意的两台电子经纬仪通过相应的定标处理可建立并定义测量坐标系。如图5所示。将两台电子经纬仪调整到可以同时瞄准被检测点，该情况下，每台经纬仪即可得到相应的竖直角和水平角，点P的坐标便可以计算得到，如式(2‐1)所示。x=bsinαB·cosαAsin(αA+αB)y=bsinαB·sinαAsin(αA+αB)z=bsinαB·tanβAsin(αA+αB)---(2-1)]]>定标时，利用已知长度为L的基准尺，(αA1，βA1，αB1，βB1)表示第一台经纬仪瞄准基准尺两端两个目标点的水平角和俯仰角，(αA2，βA2，αB2，βB)，表示第二台经纬仪瞄准基准尺两端两个目标点的水平角和俯仰角，求得基线长b为：b=Lk12+k22+k32---(2-2)]]>为了避免冗余信息，提高测量的精度，对上式进行改进可得：x=bsinαB·cosαAsin(αA+αB)y=bsinαB·sinαAsin(αA+αB)z=12[bsinαB·tanβA+sinαA·tanβBsin(αA+αB)+h]---(2-3)]]>国内卫星精测多采用经纬仪测量系统。经纬仪测量系统应用在航天器总装中，主要采用的是立方镜测量方法，借助高精度经纬仪光电自准直技术，来确定被检测仪器和设备的安装位置和姿态。在某些特殊的项目中，只能使用经纬仪的光电自准直和立方镜法线转换的方法来测量，比如航天相机光轴的测量。不过经纬仪布站位置和瞄点误差有时会大于0.2mm。再加上只能靠人眼去确定法线位置，所以该方法只适合静态测量。立方镜是目前为止卫星精测中不可缺少的部件，适合于卫星精测的测量仪器，只有经纬仪。立方镜作为坐标转换器，也是针对经纬仪量身定制的。用立方镜作为精测的部件，源于早期的卫星设计。卫星上的各载荷，如照相机、导航仪等，都有各自的立方镜坐标系，以便在安装时，方便测量。立方镜(Cube)是一个很重要的辅助测量工具，贯穿卫星总装精密测量的始终。它是经过精密加工，平面度极高的立方体，各面之间的垂直度可达±3\，其表面中心处刻有十字刻线，精度达微米级，在进行有位置度测量时供电子经纬仪瞄准。综上可得，经纬仪测量系统有如下特点：测量方位精度高，测量坐标点精度低；测量效率低，难度大；立方镜加工难，大量产品中只能挑选出少数合格品；立方镜随卫星上天，占有载荷重量。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有的经纬仪测量系统测量效率低、难度大的问题以及立方镜加工难，合格品率较低且立方镜随卫星上天占有载荷重量的问题。基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法，包括以下步骤：步骤1、公共坐标系的建立：针对需要检测部组件安装精度的航天器主体，在航天器主体表面选取若干个公共基准点，在航天器主体目前所处位置的参照物平面上选取若干个公共基准点，并在所有的公共基准点中的4-6公共基准点上设置光学反射器，即靶球；分别在A1和A2位置设置激光跟踪仪a1和a2；通过激光跟踪仪和靶球的配合，调节激光跟踪仪a1获得公共基准点在激光跟踪仪a1坐标系下的坐标数据；再利用激光跟踪仪a2采集相同的公共基准点，获得相同公共基准点在激光跟踪仪a2坐标系下的坐标数据；将两台激光跟踪仪分别采集得到的两组公共基准点坐标一一对应，通过SpatialAnalyzer软件进行最佳拟合，即令同一个公共基准点的两个三维坐标点尽量重合，完成公共坐标系的建立；在软件界面上，公共坐标系的坐标和两台激光跟踪仪的位置能够真实映射出他们在实际空间中的位置；建立公共坐标系时选取共基准点的示意图如图1所示；步骤2、对公共坐标系下的某些公共基准点进行相应空间几何处理，建立基准坐标系：利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体底面圆周上多个点，在基准坐标系下拟合这些点获得最小二乘平面，以该面的法线方向作为基准坐标系的X轴方向；利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体上安装孔中的6-8个孔的轴线，轴线与底面圆周相交成6-8个标定基准点，拟合这6-8个标定基准点获得空间圆，将该圆的圆心作为基准坐标系的原点O；令6-8个标定基准点中有1个标定基准点为基准坐标系的Y轴(或Z轴)上的点，根据右手定则，获得Z轴(或Y轴)；步骤3、检测部组件的装配精度：多次在待检测部组件表面设置多个靶球，并通过激光跟踪仪a1和a2和靶球配合，将测量得到的点组合进行最小二乘面拟合，通过与基准坐标系的比较计算，得到部组件的装配精度；步骤4、针对其他待检测部组件，移动利用激光跟踪仪a1和a2，执行步骤1-3，完成其他待检测部组件的安装精度测量。步骤3所述的检测部组件的装配精度的具体过程如下：多次在待检测部组件表面设置多个靶球，将激光跟踪仪的测量模式设置为稳定点扫描模式，并通过激光跟踪仪a1和a2和靶球配合，对待检测部组件进行扫描；(1)如图3(a)和(b)所示，如果待检测部组件为方体，将测量得到的点组合，利用SpatialAnalyzer软件进行最小二乘面拟合，得到平面的法线，计算出法线与基准坐标系对应坐标轴的夹角，从而判断待检测部组件的安装精度；(2)如果待检测部组件为圆柱体或者椎体(如具有喉径的喷管等)，不但要检测待检测部组件的平面安装精度，还要检测待检测部组件的轴线安装精度。本专利技术具有以下有益效果：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法，特征在于包括以下步骤：步骤1、公共坐标系的建立：针对需要检测部组件安装精度的航天器主体，在航天器主体表面选取若干个公共基准点，在航天器主体目前所处位置的参照物平面上选取若干个公共基准点，并在所有的公共基准点中的4‑6公共基准点上设置光学反射器，即靶球；分别在A1和A2位置设置激光跟踪仪a1和a2；通过激光跟踪仪和靶球的配合，调节激光跟踪仪a1获得公共基准点在激光跟踪仪a1坐标系下的坐标数据；再利用激光跟踪仪a2采集相同的公共基准点，获得相同公共基准点在激光跟踪仪a2坐标系下的坐标数据；将两台激光跟踪仪分别采集得到的两组公共基准点坐标一一对应，通过Spatial Analyzer软件进行拟合，即令同一个公共基准点的两个三维坐标点尽量重合，完成公共坐标系的建立；步骤2、对公共坐标系下的公共基准点进行相应空间几何处理，建立基准坐标系：利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体底面圆周上多个点，在基准坐标系下拟合这些点获得最小二乘平面，以该面的法线方向作为基准坐标系的X轴方向；利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体上安装孔中的6‑8个孔的轴线，轴线与底面圆周相交成6‑8个标定基准点，拟合这6‑8个标定基准点获得空间圆，将该圆的圆心作为基准坐标系的原点O；令6‑8个标定基准点中有1个标定基准点为基准坐标系的Y轴上的点，根据右手定则，获得Z轴；步骤3、检测部组件的装配精度：多次在待检测部组件表面设置多个靶球，并通过激光跟踪仪a1和a2和靶球配合，将测量得到的点组合进行最小二乘面拟合，通过与基准坐标系的比较计算，得到部组件的装配精度；步骤4、针对其他待检测部组件，移动利用激光跟踪仪a1和a2，执行步骤1‑3，完成其他待检测部组件的安装精度测量。...

【技术特征摘要】
1.基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法，特征在于包括以下步骤：
步骤1、公共坐标系的建立：
针对需要检测部组件安装精度的航天器主体，在航天器主体表面选取若干个公共基准
点，在航天器主体目前所处位置的参照物平面上选取若干个公共基准点，并在所有的公共
基准点中的4-6公共基准点上设置光学反射器，即靶球；
分别在A1和A2位置设置激光跟踪仪a1和a2；通过激光跟踪仪和靶球的配合，调节激光
跟踪仪a1获得公共基准点在激光跟踪仪a1坐标系下的坐标数据；再利用激光跟踪仪a2采集
相同的公共基准点，获得相同公共基准点在激光跟踪仪a2坐标系下的坐标数据；
将两台激光跟踪仪分别采集得到的两组公共基准点坐标一一对应，通过Spatial
Analyzer软件进行拟合，即令同一个公共基准点的两个三维坐标点尽量重合，完成公共坐
标系的建立；
步骤2、对公共坐标系下的公共基准点进行相应空间几何处理，建立基准坐标系：
利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体底面圆周上多个点，在基准坐标系下拟合这些
点获得最小二乘平面，以该面的法线方向作为基准坐标系的X轴方向；利用激光跟踪仪a1和a2采集航天器主体上安装孔中的6-8个孔的轴线，轴线与底面圆周相交成6-8个标定基
准点，拟合这6-8个标定基准点获得空间圆，将该圆的圆心作为基准坐标系的原点O；令
6-8个标定基准点中有1个标定基准点为基准坐标系的Y轴上的点，根据右手定则，获得Z
轴；
步骤3、检测部组件的装配精度：
多次在待检测部组件表面设置多个靶球，并通过激光跟踪仪a1和a2和靶球配合，将测
量得到的点组合进行最小二乘面拟合，通过与基准坐标系的比较计算，得到部组件的装配
精度；
步骤4、针对其他待检测部组件，移动利用激光跟踪仪a1和a2，执行步骤1-3，完成其
他待检测部组件的安装精度测量。
2.根据权利1所述的基于工件坐标系的航天器产品总装精度测量方法，其特征在于步
骤3所述的检测部组件的装配精度的具体过程如下：
多次在待检测部组件表面设置多个靶球，将激光跟踪仪的测量模式设置为稳定点扫描

\t模式，并通过激光跟踪仪a1和a2和靶球配合，对待检测部组件进行扫描；
(1)如果待检测部组件为方体，将测量得到的点组合，利用SpatialAnalyzer软件进行
最小二乘面拟合，得到平面的法线，计算出法线与基准坐标系对应坐标轴的夹角，从而判

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琳，唐文彦，王军，尹寿宝，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23