一种高精度天线反射镜位姿形状测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高精度天线反射镜位姿和形状的测量方法：采用点坐标激光干涉测量技术测量天线安装板基准孔空间坐标并通过基准转换建立安装坐标系，在安装坐标系上，利用点坐标激光测量配合直径12.7mm球棱镜分别接触测量反射镜基准孔周边镜面任意位置，获得与基准孔数量对应的任意球棱镜中心坐标，将所测球棱镜中心坐标沿安装坐标系下反射镜面理论模型的法向负方向偏移球棱镜半径偏差6.35mm形成一组反射镜表面实测点，同时沿反射镜面的法向负方向向镜面投影形成一组表面理论点即虚拟基准点。将实测点与理论点进行基准转换，获得反射镜实际安装位置的位姿参数，即为反射镜的位姿装配精度测量结果，同时，通过反射镜表面大量测点与理论模型的直接对比，获得反射镜型面参数，即为反射镜在对应位姿下的形状精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度天线反射镜位姿形状测量方法


[0001]本专利技术属于天线机械测量
，尤其涉及一种高精度天线反射镜位姿形状测量方法。

技术介绍

[0002]来源于自主研发项目准光学馈电网络的装配校准工作，该天线由馈源喇叭、平面镜、椭球镜、频率选择面和极化线栅安装在天线复材安装板上组成，天线AIT过程中装配精度的测量是为了获得发射馈源、平面镜、椭球镜等部件实际安装的位置姿态与理论设计的偏差，以保证发射馈源、平面镜、椭球镜等之间具有良好的位置精度和指向精度，使得电性能满足要求。受天线结构特点和电性能指标要求，天线复材安装板上平面镜和椭球镜等反射镜的型面及安装位姿精度要求极高，所以在研制阶段对准光天线反射镜的形状位姿等装配精度提出了高精度、高效率和高可靠的测量需求。
[0003]如图1所示，由于准光馈电天线具有如下结构特点：
[0004](1)天线安装板尺寸小仅700mm，但是安装部件多达十多个，结构紧凑呈异形，各反射镜周围空间有限，最小仅剩70mm；
[0005](2)平面镜和椭球镜等反射镜的表面镀层，装配精度测量时需要保证位姿精度满足0.06mm和0.03
°
的要求，同时需要检测安装后的型面精度，型面设计精度达到0.01mm；
[0006](3)天线各部件尺寸小，反射镜最小口径仅150mm；
[0007](4)天线各部件预留基准孔尺寸较小，各反射镜表面周边仅有直径1mm的基准孔。
[0008]而传统的装配精度测量方法主要有经纬仪交会测量、摄影测量、关节臂接触式测量、三坐标测量机接触式测量等，其通过测量系统获得天线部件基准孔和表面大量测点在设计坐标系下的测量值，并与其理论值进行空间对比，进而获得各部件实际的形状位姿精度，即装配精度。但是由于准光馈电天线上述结构特点的限制，关节臂接触式测量和三坐标测量机接触式测量空间受限，测量轨迹复杂且小尺寸基准孔坐标无法通过关节臂和三坐标测量机测针获得；摄影测量需要专用目标靶，其不能直接识别部件基准孔，而且天线反射镜镀层表面也不允许粘贴带有胶层的目标靶；对于准光天线反射镜的装配要求位置精度优于0.06mm，指向精度优于0.03
°
，非接触式经纬仪交会测量系统0.1mm的精度根本无法满足。
[0009]总之，现有传统的测量方法已无法满足该高精度准光天线反射镜的装配精度测量工作。

技术实现思路

[0010]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高精度天线反射镜位姿形状测量方法，基于激光干涉测量和数模比对技术建立虚拟基准用于高精度天线反射镜形状位姿等装配精度测量的新方法，解决了目前高精度天线反射镜装配精度测量的难题，同时也相应的提高了测量效率。
[0011]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种高精度天线反射镜位姿形状测量方
法，所述方法包括如下步骤：
[0012](1)将高精度天线反射镜及安装高精度天线反射镜的安装板固定放置在稳定平台上，在高精度天线反射镜的周围2m范围内架设激光干涉测量系统；
[0013](2)开机预热激光干涉测量系统不少于30min，预热完毕后，校准激光干涉测量系统的测角误差和测距误差；
[0014](3)采用激光干涉点坐标测量方法，通过12.7mm球棱镜测量得到安装板上M个基准孔在激光干涉测量系统坐标系O
C
‑
X
C
Y
C
Z
C
下的空间坐标值(xai，yai，zai)，其中，i＝1～M，M≥4；
[0015](4)根据安装板上的基准孔在激光干涉测量系统坐标系下的空间坐标值和预设的在反射镜安装坐标系下的理论坐标值(Xai，Yai，Zai)，采用基准转换方法，建立反射镜安装坐标系O
m
‑
X
m
Y
m
Z
m
；
[0016](5)根据步骤(4)得到的反射镜安装坐标系，将高精度天线反射镜及安装板在反射镜安装坐标系下的数字化理论模型导入测量工程，实现实际测量与理论模型在反射镜安装坐标系下的统一；
[0017](6)采用激光干涉测试系统点坐标激光测量方式，通过直径12.7mm球棱镜分别直接接触高精度天线反射镜上直径小于1mm的基准孔周边任意镜面位置，测量获得与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标(xbj，ybj，zbj)；其中，j＝1～N，N＝4～6；
[0018](7)根据步骤(6)得到的与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标和步骤(5)建立的数字化理论模型，将所测球棱镜中心坐标在反射镜安装坐标系下沿反射镜面理论模型的法向负方向偏移球棱镜的半径偏差6.35mm形成一组反射镜表面实测点(xcj，ycj，zcj)；
[0019](8)根据步骤(6)得到的与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标和步骤(5)建立的数字化理论模型，将所测球棱镜中心坐标沿反射镜面的法向负方向向镜面投影形成一组表面理论点即虚拟基准点(Xcj，Ycj，Zcj)；
[0020](9)将步骤(7)中的反射镜表面实测点与步骤(8)中的虚拟基准点进行对应点基准转换，获得高精度天线反射镜实际安装位置相对于数字化理论模型的位移、转角的位置姿态参数；
[0021](10)采用激光干涉测试系统，以空间扫描测量方式通过直径12.7mm球棱镜接触反射镜表面，在表面均匀连续移动并等间距扫描采集获得球棱镜中心空间坐标；
[0022](11)对比扫描球棱镜中心点轨迹上的点在反射镜安装坐标系的空间坐标值与数字化理论模型中反射镜表面在法向的偏差，消除球棱镜半径带来的偏差，得到被测镀反射镜表面型面精度，即反射镜形状参数。
[0023]上述高精度天线反射镜位姿形状测量方法中，在步骤(4)中，建立反射镜安装坐标系包括如下步骤：
[0024](41)根据安装板基准孔在激光干涉测量系统坐标系下的测量坐标值(xai，yai，zai)和在安装坐标系下的理论坐标值(Xai，Yai，Zai)，计算得到激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转换关系(D
x1
，D
y1
，D
z1
，R
x1
，R
y1
，R
z1
)；
[0025][0026](42)根据激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转换关系，由激光干涉测量系统坐标系分别按顺序通过沿坐标系X平移D
x1
、沿Y平移D
y1
、沿Z平移D
z1
、绕坐标系X旋转R
x1
、绕坐标系Y旋转R
y1
，绕坐标系Z旋转R
z1
，最终建立反射镜安装坐标系。
[0027]上述高精度天线反射镜位姿形状测量方法中，在步骤(41)中，激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转换关系通过以下公式得到：
[0028][0029]其中，(x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度天线反射镜位姿形状测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将高精度天线反射镜及安装高精度天线反射镜的安装板固定放置在稳定平台上，在高精度天线反射镜的周围2m范围内架设激光干涉测量系统；(2)开机预热激光干涉测量系统不少于30min，预热完毕后，校准激光干涉测量系统的测角误差和测距误差；(3)采用激光干涉点坐标测量方法，通过12.7mm球棱镜测量得到安装板上M个基准孔在激光干涉测量系统坐标系O
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X
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下的空间坐标值(xai，yai，zai)，其中，i＝1～M，M≥4；(4)根据安装板上的基准孔在激光干涉测量系统坐标系下的空间坐标值和预设的在反射镜安装坐标系下的理论坐标值(Xai，Yai，Zai)，采用基准转换方法，建立反射镜安装坐标系O
m
‑
X
m
Y
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m
；(5)根据步骤(4)得到的反射镜安装坐标系，将高精度天线反射镜及安装板在反射镜安装坐标系下的数字化理论模型导入测量工程，实现实际测量与理论模型在反射镜安装坐标系下的统一；(6)采用激光干涉测试系统点坐标激光测量方式，通过直径12.7mm球棱镜分别直接接触高精度天线反射镜上直径小于1mm的基准孔周边任意镜面位置，测量获得与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标(xbj，ybj，zbj)；其中，j＝1～N，N＝4～6；(7)根据步骤(6)得到的与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标和步骤(5)建立的数字化理论模型，将所测球棱镜中心坐标在反射镜安装坐标系下沿反射镜面理论模型的法向负方向偏移球棱镜的半径偏差6.35mm形成一组反射镜表面实测点(xcj，ycj，zcj)；(8)根据步骤(6)得到的与反射镜基准孔数量对应的N个球棱镜中心坐标和步骤(5)建立的数字化理论模型，将所测球棱镜中心坐标沿反射镜面的法向负方向向镜面投影形成一组表面理论点即虚拟基准点(Xcj，Ycj，Zcj)；(9)将步骤(7)中的反射镜表面实测点与步骤(8)中的虚拟基准点进行对应点基准转换，获得高精度天线反射镜实际安装位置相对于数字化理论模型的位移、转角的位置姿态参数；(10)采用激光干涉测试系统，以空间扫描测量方式通过直径12.7mm球棱镜接触反射镜表面，在表面均匀连续移动并等间距扫描采集获得球棱镜中心空间坐标；(11)对比扫描球棱镜中心点轨迹上的点在反射镜安装坐标系的空间坐标值与数字化理论模型中反射镜表面在法向的偏差，消除球棱镜半径带来的偏差，得到被测镀反射镜表面型面精度，即反射镜形状参数。2.根据权利要求1所述的高精度天线反射镜位姿形状测量方法，其特征在于：在步骤(4)中，建立反射镜安装坐标系包括如下步骤：(41)根据安装板基准孔在激光干涉测量系统坐标系下的测量坐标值(xai，yai，zai)和在安装坐标系下的理论坐标值(Xai，Yai，Zai)，计算得到激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转换关系(D
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，D
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，D
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)；(42)根据激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转换关系，由激光干涉测量系统坐
标系分别按顺序通过沿坐标系X平移D
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、沿Y平移D
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、沿Z平移D
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、绕坐标系X旋转R
x1
、绕坐标系Y旋转R
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，绕坐标系Z旋转R
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，最终建立反射镜安装坐标系。3.根据权利要求1所述的高精度天线反射镜位姿形状测量方法，其特征在于：在步骤(41)中，激光干涉测量系统坐标系与安装坐标系的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘博学，蒲理华，柏宏武，李瑜华，张银磊，苏可可，刘佳，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：