专利名称：天线装配检测方法
技术领域：
本发明涉及一种天线装配位姿检测技术，应用了多测量设备集成技术，对反射器组件姿态测量提出了实时监视测量。
背景技术：
对于天线类含曲面零件的产品，装配阶段的传统检测手段一般为经纬仪检测法。应用多台经纬仪构建空间测量网，完成装配阶段全过程的检测。天线系统，一般由反射组件(主、副反射器)、溃源支座组件、支撑组件等几部分组成。当天线系统组件多(图I所示，以天线塔体和天线塔顶板作为基本结构，在其上安装5组副反射器组件及5组馈源支座组件。整体结构为一五边形结构，在五个面上分别安装相 应的副反射器组件以及在其下方与之对应的馈源支座组件。)、结构紧凑、天线自身尺寸相对不大的情况下，装配过程中，检测手段选取、仪器空间布局、实施过程控制等极其关键。按照传统测量思路，装配流程如下图2，全过程均采用经纬仪系统实施。各组件均与装配基准存在位置关系，为兼顾测量精度和效率，传统方法中需充分考虑仪器空间布局，实际中至少使用四台经纬仪，对装配工位空间提出极高要求，测量人员需求相对较多。经纬仪为人工瞄准采样，拾取效率低，操作强度大。在关键的反射组件装配阶段，传统方法是选用了测量一调整一测量的事后评定解算的检测方法。正式装配前已经解算出反射组件与立方镜基准间位置关系，通过每次测量立方镜实际位置，解算出反射组件实际位置及姿态；通过分析，计算出组件待调整方向及调
整量，采取相应措施；接着再测量，再分析，再调整......，直至满足要求。应用该方法，为
了保证产品处于空间测量网的测量范围内，需要不断搬移仪器，反复建站，并且在测量中调整一次，就需重新解算一次，无法对调整操作实施过程干预，测量过程耗时耗力，效率低下。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种天线装配检测方法，该方法能够减轻操作强度，提高装配效率。本发明的技术解决方案是一种天线装配检测方法，所述的天线以天线塔体作为基本结构，天线塔体的每个面上分别安装一组副反射器组件，每组副反射器组件下方安装与其对应的馈源组件，上述各部分在装配平台上完成装配；其特征在于方法依托的检测系统为激光跟踪仪系统、经纬仪系统和激光雷达系统，方法步骤如下(I)为上述三种检测系统设计配套的测量附件，测量附件由测量球和测量工装组成；所述的激光跟踪仪系统采用测量反射球、经纬仪系统采用带靶心的球体、激光雷达系统采用实心球作为测量球；上述三种测量球的球体直径一致，测量工装统一；(2)在测量空间内布置4 7个空间标定点，避免空间标定点位于同一直线或者同一平面上；所述的测量空间各个方向的尺寸不小于检测对象同一方向的最大尺寸；(3)使用上述三种检测系统对步骤(2)中布置的空间标定点依次进行采样，得到空间标定点在不同的检测系统自身机器坐标系下的坐标值；通过坐标转换方式，确定三种检测系统间的坐标转换关系；(4)利用激光跟踪仪在装配平台上拾取基准构建特征点，得到各个基准构建特征点在激光跟踪仪系统自身坐标系下的坐标值，按照装配基准坐标系定义方式，利用基准构建特征点建立装配基准坐标系，进而确定激光跟踪仪系统自身机器坐标系与装配基准坐标系的关系;(5)根据步骤(3)确定的三种检测系统间的坐标转换关系以及步骤(4)确定的激光跟踪仪系统机器坐标系与装配基准坐标系的关系，确定经纬仪系统、激光雷达系统分别与装配基准坐标系的关系；(6)在装配平台上安装天线塔体支撑板，利用激光跟踪仪系统拾取天线塔体支撑板上至少三个不在同一直线上点的坐标值，构建一个支撑板平面；利用步骤(4)确定的激光跟踪仪系统机器坐标系与装配基准坐标系的关系，确定支撑板平面与装配基准坐标系的关系，调整天线塔体支撑板，直至支撑板平面与装配基准坐标系的关系符合天线装配要 求；(7)在天线塔体支撑板上装配天线塔顶板，利用激光雷达系统对天线塔顶板上安装在特征点处的实心球采样，利用步骤(5)中确定的激光雷达系统与装配基准坐标系的关系，确定天线塔顶板的特征点在装配基准坐标系下的坐标值，将该坐标值与理论要求值进行比较，若不一致则调整天线塔顶板，直至符合天线装配要求；(8)在天线塔顶板上安装反射器组件，测量天线塔顶板上立方镜，确定立方镜坐标系与经纬仪系统实际位置关系；根据反射器组件上立方镜与装配基准坐标系的理论位置关系以及经纬仪系统与装配基准坐标系的关系，确定立方镜坐标系与经纬仪系统的理论位置关系；将立方镜坐标系与经纬仪系统的实际位置关系与理论位置关系比较，若不一致则调整反射器组件，直至符合天线装配要求；(9)在天线塔体支撑板上安装馈源组件，利用激光跟踪仪对馈源组件上的特征体进行拾取，利用步骤(4)确定的激光跟踪仪系统机器坐标系与装配基准坐标系的关系，确定特征体与装配基准坐标系的关系，调整馈源组件，直至满足天线装配要求。所述的利用经纬仪系统在天线塔顶板上安装反射器组件步骤如下(6. I)在反射器组件上安装立方镜，在装配过程中反射器组件与立方镜空间位置关系固定；(6. 2)根据反射器工件坐标系0w-Xwywzw相对装配基准坐标系Oci-XciyciZci的理论坐标转换关系，经纬仪机器坐标系O3-X3y3Z3与装配基准坐标系OcrxciyciZtl间的关系，反射器工件坐标系0w_xwywzw与立方镜坐标系Oe-Xc^ze间的关系，推算出立方镜坐标系Oe-XcJeZe相对经纬仪机器坐标系03-X3y3z3的理论坐标转换关系；(6. 3)根据立方镜坐标系的Xc轴相对经纬仪机器坐标系x3、y3、Z3轴的理论夹角K0、Bz0> Yz0,以及经纬仪机器坐标系03-X3y3z3下的两条准直方向的理论向量，确定经纬仪对应的理论垂直角和水平角观测值；(6. 4)根据步骤(3)中的理论垂直角和水平角观测值调整经纬仪视准角度；(6. 5)观测经纬仪对应的准直图像，通过图像中准直十字线与瞄准十字线间的偏离方向及大小调整反射器组件，直至上述两十字线重合。
本发明与现有技术相比有益效果为(I)选取了三种检测系统，通过布置空间标定点，实施空间标定过程，确定三种检测系统间坐标转换关系；其中一种检测系统对装配平台进行测量，确定其与装配基准坐标系转换关系，进而完全确定所有检测系统与装配基准坐标系转换关系；在安装各部件时，根据其安装要求及测量特性，选用实施强度更低、采样效率更高的检测手段；(2)在反射器组件装配时，解算出立方镜相对经纬仪系统坐标系理论位置关系，计算出与立方镜理论位置对应的经纬仪姿态参数，预先将仪器调置成该状态，通过观测立方镜准直图像，实现对立方镜姿态的实时监视，避免了装配中反复解算过程，提高了装配效率。
图I为本发明检测对象示意图；图2为传统装配检测流程图；图3为本发明装配检测流程图；图4为天线塔体支撑板装配过程测量示意5为立方镜-经纬仪坐标系转换关系示意6为经纬仪准直图像示意图
具体实施例方式下面结合附图详细介绍本发明的实现过程。一种天线装配检测方法，方法使用的检测对象如图I所示，即天线以天线塔体作为基本结构，天线塔体由天线塔体支撑板I和天线塔顶板2组成，天线塔体的每个面上分别安装一组副反射器组件3，每组副反射器组件下方安装与其对应的馈源组件4，上述各部分在装配平台上完成装配；图I中给出的是天线塔体为五面体，当为其它多面体也同样适用。方法依托的检测系统为激光跟踪仪系统、 经纬仪系统和激光雷达系统，具体流程如图3所示，方法步骤如下一、工装设计(I)为上述三种检测系统设计配套的测量附件，测量附件由测量球和测量工装组成。激光跟踪仪系统采用测量反射球、经纬仪系统采用带靶心的球体、激光雷达系统采用实心球作为测量球；上述三种测量球的球体直径一致，测量工装统一(测量工装样式相同，尺寸一致，保证测量球体与其接触部位贴合时，球体中心坐标稳定、唯一。)二、空间标定(2)在测量空间内布置4 7个空间标定点，采用将测量工装粘贴在固定位置的方式。空间标定点布置遵循以下原则避免位于同一直线或者同一平面上；所述的测量空间各个方向的尺寸不小于检测对象同一方向的最大尺寸；各空间标定点尽量避免位于检测系统的边界测量区域。如本例中天线安装载体为装配平台，装配基准由装配平台上的特征体来实现。装配过程中，装配平台既是安装载体，又是安装基准，可以考虑将空间标定点布置在装配平台的支撑架上，原因在于一，支撑架尺寸与天线结构尺寸相当；二，整个装配过程中空间标定点与装配平台为一体，在确定空间标定点与装配基准空间位置关系后，两者间位置关系可视为固化，通过对空间标定点坐标值测量，快速、准确复现装配基准。(3)使用上述三种检测系统对步骤(2)中布置的空间标定点依次进行采样，得到空间标定点在不同的检测系统自身坐标系下的坐标值。例如激光跟踪仪机器坐标系Q1-X1Y1Z1 下标定点坐标值 P1 (Xn,Yn, Z11)，P2 ((X12, Y12, Z12). . . Pn(Xln, Yln, Zln);激光雷达机器坐标系 O2-X2Y2Z2 下标定点坐标值 P1 (X21, Y21, Z21)，P2 (X22, Y22, Z22) Pn(X2n, Y2n, Z2n);经纬仪机器坐标系 o3-x3y3z3 下标定点坐标值 P1 (X31，Y31, Z31)，P2 ((X32，Y32, Z32). . . Pn (X3n, Y3n, Z3n)。根据最小二乘法，解算出系统间坐标转换关系。坐标转换公式为F = RM+T (I)F-目标坐标系下坐标值，R-坐标转换矩阵，M-原坐标系下坐标值，T-坐标平移参数。F、M两者可以相互转换，如由式(I)可推导出M = IT1(F-T),两者关系是相对的，一般将转换得到的坐标系称为目标坐标系，习惯上以F表示，原坐标系以M表示，如上式一般记为F = IT1 (M-T)。 以激光跟踪仪系统和激光雷达系统坐标转换为例通过算法解算出以激光跟踪仪机器坐标系O1-XiyiZ1为目标坐标系，激光雷达机器坐标系o2-x2y2z2为原坐标系的坐标转换方程式
权利要求
1.一种天线装配检测方法，所述的天线以天线塔体作为基本结构，天线塔体的每个面上分别安装一组副反射器组件，每组副反射器组件下方安装与其对应的馈源组件，上述各部分在装配平台上完成装配；其特征在于方法依托的检测系统为激光跟踪仪系统、经纬仪系统和激光雷达系统，方法步骤如下 (1)为上述三种检测系统设计配套的测量附件，测量附件由测量球和测量工装组成；所述的激光跟踪仪系统采用测量反射球、经纬仪系统采用带靶心的球体、激光雷达系统采用实心球作为测量球；上述三种测量球的球体直径一致，测量工装统一； (2)在测量空间内布置4 7个空间标定点，避免空间标定点位于同一直线或者同一平面上；所述的测量空间各个方向的尺寸不小于检测对象同一方向的最大尺寸； (3)使用上述三种检测系统对步骤(2)中布置的空间标定点依次进行采样，得到空间标定点在不同的检测系统自身坐标系下的坐标值；通过坐标转换方式，确定三种检测系统间的坐标转换关系； (4)利用激光跟踪仪在装配平台上拾取基准构件特征点，得到各个基准构件特征点在激光跟踪仪系统自身坐标系下的坐标值，按照装配基准坐标系定义方式，利用基准构件特征点建立装配基准坐标系，进而确定激光跟踪仪系统自身坐标系与装配基准坐标系的关系; (5)根据步骤(3)确定的三种检测系统间的坐标转换关系以及步骤(4)确定的激光跟踪仪系统自身坐标系与装配基准坐标系的关系，确定经纬仪系统、激光雷达系统分别与装配基准坐标系的关系； (6)根据步骤(4)确定的激光跟踪仪系统自身坐标系与装配基准坐标系的关系、步骤(5)中确定的激光雷达系统、经纬仪系统分别与装配基准坐标系的关系，利用激光跟踪仪系统在装配平台上安装天线塔体支撑板、利用激光雷达系统在天线塔体支撑板上装配天线塔顶板、利用经纬仪系统在天线塔顶板上安装反射器组件，利用激光跟踪仪系统在天线塔体支撑板上安装馈源组件，使各部分安装符合天线装配要求。
2.根据权利要求I所述的天线装配检测方法，其特征在于所述的利用经纬仪系统在天线塔顶板上安装反射器组件步骤如下 (6. I)在反射器组件上安装立方镜，在装配过程中反射器组件与立方镜空间位置关系固定； (6. 2)根据反射器工件坐标系Ow-Xwywzw相对装配基准坐标系Oci-XciyciZci的理论坐标转换关系，经纬仪机器坐标系O3-X3y3Z3与装配基准坐标系OcrxciyciZtl间的关系，反射器工件坐标系0w-xwywzw与立方镜坐标系Oe-Xc^ze间的关系，推算出立方镜坐标系Oe-XcJeZe相对经纬仪机器坐标系O3-X3y3Z3的理论坐标转换关系； (6. 3)根据立方镜坐标系的X。轴相对经纬仪机器坐标系x3、y3> Z3轴的理论夹角K0、BZ°、YZ°，以及经纬仪机器坐标系03-X3y3z3下的两条准直方向的理论向量，确定经纬仪对应的理论垂直角和水平角观测值； (6.4)根据步骤(3)中的理论垂直角和水平角观测值调整经纬仪视准角度； (6. 5)观测经纬仪对应的准直图像，通过图像中准直十字线与瞄准十字线间的偏离方向及大小调整反射器组件，直至上述两十字线重合。
全文摘要
一种天线装配检测方法，所述的天线以天线塔体作为基本结构，天线塔体的每个面上分别安装一组副反射器组件，每组副反射器组件下方安装与其对应的馈源组件，上述各部分在装配平台上完成装配；方法依托的检测系统为激光跟踪仪系统、经纬仪系统和激光雷达系统，通过布置空间标定点，实施空间标定过程，确定三种检测系统间坐标转换关系；其中一种检测系统对装配平台进行测量，确定其与装配基准坐标系转换关系，进而完全确定所有检测系统与装配基准坐标系转换关系；在安装各部件时，根据其安装要求及测量特性，选用实施强度更低、采样效率更高的检测手段。
文档编号G01C15/00GK102735210SQ201210222819
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者张 杰, 杨凤龙, 杨纯, 郭庆 申请人:北京卫星制造厂