一种卫星天线在线装配测量系统及方法

技术领域

本发明涉及天线装配技术领域，具体涉及一种卫星天线在线装配测量系统及方法。

背景技术

近年来，我国航天事业飞速发展，航天器产品的数量和种类不断上升，对卫星天线装配过程的测量精度、测量效率要求也越来越高。卫星天线单板需要依次安装多个阵子单元，每个单板最终拼接成为全阵面，目前，摄影测量技术被广泛应用于卫星天线的平面度测量，测试人员在目标表面粘贴标识点，使用单相机进行拍摄和数据处理后，由装配人员根据测量结果进行调整。虽然有测试数据指导装配，但往往实际的调整工作无法达到精确的效果，仍需要反复调测以满足天线阵面平面度及指向精度的要求。

由于测量和调整工作是独立、交替进行的，天线尺寸较大，需要测量的目标点数多，后续数据处理工作量大，测量时间长，导致装配效率不高。此外，使用单相机系统，由于每次测量的位置、角度的不同，不能对每个调整点位实现绝对的纵向比较，影响调测的效果和精度。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种卫星天线在线装配的测量系统及方法。

一种卫星天线在线装配的测量系统，包括：基准面、测量基准尺、多个编码标志、两个相机、计算机和测量工装，所述测量基准尺设置于所述测量工装上，多个所述编码标志分别设置于所述测量工装和基准面上，两个所述相机用于拍摄带有编码标志的图像并获得其三维空间坐标，所述计算机用于处理两所述相机拍摄的图像，并计算获得天线阵面的平面度及装配修正量。

进一步的，所述测量工装有两个，每个所述测量工装包括伸缩支撑杆、伸缩旋转臂和旋转机构，所述伸缩支撑杆通过旋转机构连接所述伸缩旋转臂，两个所述测量工装的伸缩旋转臂相连接，所述测量基准尺设置于所述伸缩旋转臂上，所述伸缩支撑杆、伸缩旋转臂均匀设置有相应的编码标志。

进一步的，所述测量工装和天线阵面相互分离，位于天线阵面上的编码标志均匀分布，所述编码标志数量依据天线尺寸选择。

一种卫星天线在线装配的测量方法，采用上述的卫星天线在线装配的测量系统进行测量，包括以下步骤：

S1：建立测量控制场；

S2：双相机参数的选择与架设；

S3：基准面的测量及基准坐标系的建立；

S4：天线阵面的测量及修正量的计算

在天线阵面上对应安装孔的位置设置编码标志，双相机同步对编码标志进行拍摄，实时获取编码标志在基准坐标系下的三维空间坐标；

根据获取的三维空间坐标计算天线阵面的平面度及所述调整控制点的修正量，并将其以表格及矢量图的形式显示在计算机界面；

S5：天线阵面调整及最终测量

将天线阵面上的编码标志作为调整控制点，根据计算机界面显示的表格数据及矢量图对调整控制点进行调整；

对于修正量为正值的调整控制点，在工艺要求范围内微调力矩；对于修正量为负值的调整控制点，在安装孔的位置增加厚度为修正量绝对值的垫片；

调整过程中同时对调整控制点进行实时测量和计算，直至天线阵面的平面度达到工艺要求。

进一步的，所述步骤S5还包括以下内容：

整个调整过程中两个相机的位置和角度均不改变，保证了测量一致性，将调整前后的调整控制点的数据进行直接地比较，根据调整效果总结规律，直至天线阵面的平面度达到工艺要求。

进一步的，所述步骤S1包括以下步骤：

测量工装上的编码标志以及测量基准尺形成测量控制场，使用相机对测量控制场进行拍摄，获取编码标志的三维坐标数据。

进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：

S21：两个相机设置于天线阵面的前方并沿天线阵面的中线方向对称设置，调整两个相机的高度和角度使两个相机的光线交汇于天线阵面中心；

S22：根据现场光线设置曝光时间、闪光灯指数，使天线阵面上所有的调整控制点的灰度值满足要求。

进一步的，所述步骤S3中建立基准坐标系的具体方式为：

所有卫星天线的框架上均设置有基准，在基准上设置多个编码标志；

使用双相机对基准上的编码标志进行拍摄，获取编码标志的三维空间坐标；

选取基准中的其中一个编码标志为坐标原点以基准面为XOY平面，并以基准面法线方向为Z轴，建立基准坐标系。

进一步的，所述步骤S4包括以下步骤：

S41：在天线阵面对应安装孔的位置均匀设置多个编码标志，所述编码标志作为调整控制点，天线阵面初步装配完成后，使用双相机同步对天线阵面上的多个调整控制点进行拍摄，实时获取天线阵面上的所有调整控制点在基准坐标系下的三维空间坐标；

S42：根据获取的调整控制点在基准坐标系下的三维空间坐标，计算获得天线阵面的平面度及装配修正量，并将其以表格及矢量图的形式显示在计算机界面；

其中，所述修正量是指调整控制点沿基准面法向方向上的偏差，即在基准坐标系下，各调整控制点的Z坐标相对于所有调整控制点Z坐标平均值的差值。

进一步的，所述步骤S3、S4使用有固定编号的编码标志作为测量标志点，便于在装配过程中自动识别和匹配。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：使用双相机对测量标志点进行测量，通过构建基准坐标系，实时测量和计算修正量，指导天线阵面的装配过程，实现调测同时进行，显著提高装配效率。

附图说明

图1为本发明测量系统的结构示意图；

图2为本发明测量工装的结构示意图；

图3为基准坐标系示意图。

图中数字表示：

1-测量基准尺；2-测量工装；3-基准；4-天线阵面；5-连接套筒；6-相机；7-三角架；8-计算机；9-底座；10-伸缩支撑杆；11-伸缩旋转臂；12-旋转机构；13-编码标志。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例1

一种卫星天线在线装配的测量测量系统，包括：测量基准尺1、两个相机6、计算机8和两个测量工装2，每个所述测量工装2包括伸缩支撑杆10和伸缩旋转臂11，两个伸缩旋转臂11通过连接套筒5相互连接，所述测量基准尺1设置于所述连接套筒5上，所述伸缩支撑杆10、伸缩旋转臂11和天线阵面4上分别均匀设置有相应的编码标志13；两个所述相机6设置于所述天线阵面4的前方并沿天线阵面4的中线对称设置，用于拍摄带有编码标志13的图像，所述计算机8用于处理两所述相机6拍摄的图像，计算获得天线阵面4的平面度以及编码标志13的修正量。

每个所述测量工装2包括旋转机构12，所述伸缩支撑杆10通过旋转机构12连接所述伸缩旋转臂11，所述伸缩支撑杆10沿所述天线阵面4的竖直方向设置，所述伸缩旋转臂11沿所述天线阵面4的水平方向设置。

所述天线阵面4的四周设置有基准3，所述基准3上设置有编码标志13。

实施例2

在本实施例中，一种卫星天线在线装配的测量方法，包括以下步骤：

S1：建立测量控制场

设计一种测量工装2，测量工装2和天线阵面4相互分离，保证测量控制场独立于天线阵面之外，不受装配过程的变形影响，在该测量工装2上均匀设置有多个编码标志13，所述编码标志13数量依据天线尺寸选择；

使用其中一个相机6对测量控制场进行拍摄，获取编码标志13的三维坐标数据。

S2：双相机参数的选择与架设

两个相机6设置于在天线阵面4的前方并沿天线阵面4的中线方向对称设置，调整两个相机6的高度和角度使两个相机6的光线交汇于天线阵面4中心；

根据现场光线设置曝光时间、闪光灯指数，使测量标志点的灰度值满足要求。

S3：基准面的测量及基准坐标系的建立

在天线阵面4上安装基准3，在基准3上设置多个编码标志13；

使用双相机6对基准3上的多个编码标志13进行拍摄，获取编码标志13的三维空间坐标；

选取基准3中的其中一个编码标志13为坐标原点以基准面为XOY平面，并以基准面法线方向为Z轴，建立基准坐标系。

S4：天线阵面的测量及修正量的计算

在天线阵面4对应安装孔的位置均匀设置多个编码标志13，所述编码标志13作为调整控制点，天线阵面4初步装配完成后，使用双相机6同步对天线阵面4上的多个调整控制点进行拍摄，实时获取天线阵面4上的所有调整控制点在基准坐标系下的三维空间坐标；

根据获取的调整控制点在基准坐标系下的三维空间坐标，计算获得天线阵面的平面度及装配修正量，并将其以表格及矢量图的形式显示在计算机8界面；

其中，所述修正量是指调整控制点沿基准面法向方向上的偏差，

即在基准坐标系下，各调整控制点的Z坐标相对于所有调整控制点Z坐标平均值的差值。

S5：天线阵面调整及最终测量

根据计算机8界面显示的表格数据及矢量图对天线阵面4进行调整；

对于天线阵面4上的修正量为正值的调整控制点微调力矩，对于修正量为负值的调整控制点增加垫片；

调整过程中同时对调整控制点进行实时测量和计算，整个过程中两个相机6的位置和角度均不改变，通过将每次调整的结果进行纵向比较，并总结规律，调整和测量同步进行，直至天线阵面4的平面度达到工艺要求。

实施例3

S1：建立测量控制场

如图1所示，首先在天线阵面4左右两侧放置两个如图2所示的测量工装2，调节伸缩支撑杆10和伸缩旋转臂11的长度，伸缩支撑杆10通过旋转机构12连接伸缩旋转臂11，两个测量工装2的伸缩旋转臂11相对设置并通过连接套筒5连接，将测量基准尺1稳定安放在连接后的伸缩旋转臂11上，在伸缩支撑杆10和伸缩旋转臂11上均匀粘贴或磁吸编码标志13，测量基准尺1和测量工装2上的所有编码标志13形成测量控制场，所述测量控制场是双相机系统工作所依据的测量基准。使用其中一个相机6拍摄多张测量控制场的照片，得到所有编码标志13的三维坐标数据。

S2：双相机参数的选择与架设

如图1所示，将两个三脚架7设置于天线阵面4的前方并沿天线阵面4中线方向对称位置，两个三脚架7上分别架设相机6，其中两相机6之间距离(基线长度)近似等于或略大于天线阵面4的长度，相机6到天线阵面4的距离(摄影距离)近似等于或略小于天线阵面4的长度，通过大量试验表明，在此种设置下能够拍摄到所有测量控制点，且精度最高。

调整相机6的高度和角度使相机6的光线基本交汇于天线阵面4中心；根据现场光线设置曝光时间、闪光灯指数，使测量标志点的灰度值在200左右；通常在卫星装配厂房内的闪光灯指数设置为11～12；所有参数设置完成后进行相机定向，即通过测量控制场建立双相机测量的基准坐标系，基准坐标系是天线平面度调整的依据。

S3：基准面的测量及基准坐标系的建立

如图1所示，在基准3上粘贴编码标志13，使用双相机6对编码标志13进行拍摄，获取所有基准目标点的三维空间坐标，所有基准3上的测量点一起拟合成基准面，应满足工艺设计要求。

选取基准3中的其中一个编码标志13为坐标原点，以基准面为XOY平面，Z轴垂直基准面向外，建立如附图3所示的基准坐标系，构建测量基准网。

S4：天线阵面的测量及修正量的计算

如图1所示，天线阵面4初步装配至框架，天线阵面4和框架上均匀设置有相配合的安装孔，在对应安装孔的位置粘贴编码标志13，编码标志13作为调整控制点，待天线阵面4初步装配完成后，双相机6同步对天线阵面4上的所有调整控制点进行拍摄，计算机8实时获取所有调整控制点在基准坐标系下的三维空间坐标、平面度及修正量，并将其以表格及矢量图的形式显示在计算机8测量界面；

其中，所述修正量是指所有调整控制点沿基准面法向方向上的偏差，即在基准坐标系下，各调整控制点的Z坐标相对于其平均值的差值；

S5：天线阵面调整及最终测量

装配人员根据计算机8测量界面显示的矢量图及修正量数据对天线阵面4进行调整，若修正量为正值，可以在工艺要求的范围内适当增加拧紧力矩，若修正量为负值，可以在安装孔位置增加厚度为修正量绝对值的垫片。对天线阵面4调整过程中同时对依据调整控制点的三维空间坐标对天线阵面的平面度及装配修正量进行测量和计算，且天线阵面4上每个位置的调整控制点均有固定的编号，整个过程中相机6的位置和角度均未发生改变，通过直观地将每次调整的效果进行纵向比较，边调边测，直至天线阵面4的平面度达到工艺要求。

使用双相机6对编码标志进行测量，通过构建基准坐标系，实时测量和计算调整控制点的修正量，指导天线阵面的装配过程，实现调测同时进行，显著提高装配效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。