[發(fā)明專利]大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試裝置及測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910918563.1
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110514132B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱碩;何煦;羅敬;張曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試裝置及測試方法，涉及一種大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)測試技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有桁架式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試精度低，通用性差等問題，包括兩組測距單元，跟蹤儀，四個經(jīng)緯儀，四個高精度測角設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)；本發(fā)明可通過調(diào)整測試單元與高精度測角設(shè)備的位置或適當(dāng)增加測試設(shè)備數(shù)量來配合實現(xiàn)。由于現(xiàn)有激光測距設(shè)備在短距離范圍內(nèi)可實現(xiàn)1μm的測量精度，測角設(shè)備具備0.1″的測角精度，在局部坐標(biāo)下的測量精度較高，在建立坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系后，在空間上完成全部特征點統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系下，在5m測量范圍內(nèi)，本發(fā)明方法最終的位置變化測量精度達到10μm，角度變化測量精度達到3″。本方法滿足通用性強以及高精度的使用要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)

目前國內(nèi)大型光學(xué)載荷的口徑已經(jīng)發(fā)展到2-4m量級，整體結(jié)構(gòu)包絡(luò)尺寸達到5m量級，大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)是大型光學(xué)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計常采用的形式，桁架式結(jié)構(gòu)具有簡潔可靠、組裝靈活、可設(shè)計性強、高支撐剛度、動態(tài)特性良好、對溫度不敏感且體積小、質(zhì)量輕等特點，有利于減小載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計時的體積與重量，同時桁架式支撐結(jié)構(gòu)相比于其他支撐結(jié)構(gòu)形式的穩(wěn)定性較高，更有利于降低結(jié)構(gòu)變形給載荷光學(xué)性能指標(biāo)帶來的影響，為了進一步確保載荷在發(fā)射過程中能夠承受多種振動、沖擊及噪聲等外界載荷和環(huán)境條件的考驗，載荷在地面研制階段有必要對桁架式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行測試，即對桁架式結(jié)構(gòu)上多個特征區(qū)域及特征點之間的相對位置關(guān)系進行測試，來驗證桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。目前常用的桁架穩(wěn)定性測試方法主要包括兩種，其一是利用激光跟蹤儀設(shè)備，將測試用靶球放置于各個待測位置上，完成特征區(qū)域間相對位置與姿態(tài)的變化情況測試，這種方法受激光跟蹤儀設(shè)備自身的測量精度限制，對于5m以上的大尺寸結(jié)構(gòu)件，方法的測試精度約為50μm，此方法較適用于小尺寸支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性測試；其二是在待測特征區(qū)域位置加裝棱鏡，利用經(jīng)緯儀交匯測量棱鏡角度變化情況，此種方法主要是對角度變化情況進行測試，難以給出位置相對變化的最終結(jié)果，常用方法目前均不滿足大型桁架式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試的高精度要求，因此研究測試精度高、通用性強的桁架式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試方法。

中國專利公報公開了“一種平面桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性力學(xué)實驗裝置”(CN201110343859.9)。該裝置包括帶滑槽臺架，滑槽臺架的左右兩端設(shè)置兩個支柱，兩個支柱的頂端連接有由七根彈簧鋼矩形截面桿構(gòu)成的平面桁架，每個截面桿各粘貼一枚應(yīng)變花，平面桁架四桿交匯處設(shè)置有第一吊卡，第一吊卡通過柔索連接第二吊卡，第二吊卡鉸接在加載機構(gòu)杠桿上，杠桿鉸支于支柱，在杠桿左邊有游砣，支柱左端懸掛砝碼吊盤，右端栓接初始平衡調(diào)節(jié)砣，能實時連續(xù)測定結(jié)構(gòu)的臨界載荷。此裝置主要針對平面桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性測定，并不是針對5m量級的大型桁架式支撐結(jié)構(gòu)的變形量測量，通用性不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有桁架式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試精度低，通用性差等問題，提供一種大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試方法。

大尺寸桁架式支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性測試裝置，包括兩組測距單元，跟蹤儀，四個經(jīng)緯儀，四個高精度測角設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)；

在待測桁架的特征區(qū)域位置處安裝第一基準(zhǔn)塊和第二基準(zhǔn)塊，第一組測距單元和第二組測距單元分別對準(zhǔn)第一基準(zhǔn)塊和第二基準(zhǔn)塊的三個正交面，所述第一組測距單元安裝第一基準(zhǔn)棱鏡，第二組測距單元安裝第二基準(zhǔn)棱鏡；所述第一基準(zhǔn)棱鏡光軸指向代表第一測距單元的局部坐標(biāo)系O1指向，第二基準(zhǔn)棱鏡光軸指向代表第二測距單元的局部坐標(biāo)系O2指向；

所述跟蹤儀用于對兩局部坐標(biāo)系間三維位置關(guān)系的測量，所述四個經(jīng)緯儀用于對兩局部坐標(biāo)系間三維角度關(guān)系的測量；獲得兩個局部坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換矩陣；