[發明專利]航天器設備自動準直測量系統、準直方法與測量方法

有效

• 申請號: 201710085892.3
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN107543495B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 隆昌宇;萬畢樂;楊再華;阮國偉;劉浩淼;胡瑞欽;張成立;閆榮鑫;陳暢宇;孟少華;郎冠卿
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01C1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于機器人與經緯儀相結合的航天器設備間姿態角度的準直測量系統，包括機器人、激光跟蹤儀、激光跟蹤靶標(T?MAC)、機器人末端工裝等，通過模式識別搜索到航天器設備上的被測基準立方鏡，并計算出基準立方鏡相對經緯儀的相位方位關系，激光跟蹤儀用于標定各航天器設備的坐標系間相對方位關系并統一經緯儀在不同測量位置的測量結果到同一坐標系下，利用標定關系以及相對關系、引導激光跟蹤儀實時跟蹤機器人末端工裝并建立兩者相對關系，最后計算出航天器設備的姿態關系矩陣。本發明實現了實現不同設備之間姿態關系的自動化測量，測量效率可以達到每半分鐘一項，測量精度優于30″，現場測量靈活度高，且便于異地建設及測量實施。

技術領域

本發明屬于工業測量技術領域，具體涉及一種綜合利用機器人、經緯儀、激光跟蹤儀、視覺測量等設備的航天器設備間相對姿態關系的測量方法和裝置，可以應用于以光學平面鏡、立方鏡為基準的設備間姿態角度的自動化測量。

背景技術

在以航天器總裝為代表的現代大型精密系統集成制造過程中，需要精密測量大量不同設備之間的相對姿態角度。需要高精密裝配的設備的基準一般采用光學平面鏡或光學立方鏡，用立方鏡或平面鏡的法線代表設備的坐標軸指向。因此，測量設備之間的相對姿態角度，就是測量不同立方鏡、平面鏡法線之間的空間夾角。

在測量技術領域中，由于經緯儀具有較高的測角精度，當前航天器設備間相對姿態關系測量普遍采用經緯儀建站測量方法。即利用帶有準直功能的高精度經緯儀如徠卡TM5100A等，分別準直待測的平面鏡、立方鏡，然后通過經緯儀之間的互瞄，利用經緯儀的碼盤數值計算得到航天器設備的坐標軸之間的夾角。上述測量過程需要人工搬動，并且架設經緯儀與目標立方鏡以實現準直及互瞄，為了滿足現場的測量要求，一般需配備3-4臺設備及3-4名測量人員。特別是對于大型航天器上分布更多的設備，由于架設及準直難度的加大，完成一臺設備測量的時間需要1個小時左右，十分耗時耗力。

然而，隨著航天技術不斷發展的需要，航天器的研制數量越來越多且尺寸越來越大，這就導致現場測量任務大大增加且難度越來越大，傳統采用人工準直及測量的方法效率低下，嚴重影響了航天器的研制周期。單純通過增加人員數量及工作時間等方式已無法適應當前的需求。在航天器時間緊、任務重的研制條件下，亟待研究提高測量過程自動化水平的新方法，以縮短測量周期及減少人員占用率，有效滿足航天器研制需求。

目前，國外為了提高航天器測量效率和自動化水平，Leica公司為NASA設計了一套基于精密移動導軌的經緯儀準直測量系統。該系統由單向精密移動導軌、精密轉臺和經緯儀構成，經緯儀通過連接件固定在精密移動導軌上，可實現豎直方向的高穩定、高精度移動，移動轉臺帶動衛星轉動使被測鏡到達經緯儀可測范圍，經過對被測鏡的準直及經緯儀間的互瞄，實現了航天器設備的高精度測量。盡管該測量系統在保證經緯儀自身坐標系高穩定、高精度水平基礎上，結合轉臺大大減小了經緯儀轉站搬運的工作量，有效提高了測量過程效率和自動化水平。但是，該方法還需依賴人工完成立方鏡準直和經緯儀間互瞄操作，因此測量的自動化水平有限，也不能有效解決人工操作占用精測工作人員多的不足。