CN106643582B - 一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法 - Google Patents

一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法 Download PDF

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Abstract

一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，采用高精度工业数字化摄影测量技术，利用单个相机从不同位置和方向分别记录空间同一场景的图像，通过图像处理并根据已知的相机参数，计算得到其相对于空间中某个坐标系的三维坐标，将这些坐标值与理论型面进行拟合得到天线的型面精度。为了提高大口径、小基准、高精度大型柔性网状天线反射器的型面测量精度，通过设计的一套基准转换装置和高精度长基准尺，采用摄影测量***最优工艺参数，对大型柔性网状天线反射器型面开展高精度测试。

Description

一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法
技术领域
本发明涉及一种大型网状天线反射器型面精度测试方法，属于天线机械测量技术领域。
背景技术
天线反射器型面精度是衡量、评价天线质量的重要指标，天线反射器型面精度的高低将直接影响天线的电性能指标。目前多采用高精度工业数字化摄影测量技术，该技术基于双目立体视觉三维重建原理，利用单个相机从不同位置和方向分别记录空间同一场景的图像，通过图像处理寻找这多幅二维图像中的对应点，根据已知的相机的内、外部参数，计算得到其相对于空间中某个坐标系的三维坐标。在获得天线反射器表面测量点的三维坐标后，对这些坐标值与理论型面进行拟合得到天线反射器的型面精度。
针对使用高精度工业数字化摄影测量技术对天线反射器型面精度进行测试并不多见，现有技术中通常采用传统摄影测量方法对大口径、小基准、高精度大型网状天线反射器进行型面精度测试，但带来较大的型面精度测试误差，已无法满足高精度大型网状天线反射器对型面精度的要求。所以针对大口径、小基准、高精度大型网状天线反射器，需要改进、优化传统摄影测量方法，完成高精度天线反射器的型面精度测量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对大口径、小基准、高精度大型网状天线反射器，采用基准延伸工装对小基准进行放大，减小小基准转换带来的大误差，通过高精度长基准尺设计及布局，以及采用优化后摄影测量工艺参数来提高摄影测量***的测试精度，进而提高大型网状天线反射器的型面测试精度。
本发明的技术解决方案是：一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，包括如下步骤：
步骤一、将基准放大转换装置安装在大型网状天线反射器基准法兰上，使得网状天线反射器基准法兰上的基准转换到基准转换装置的碳纤维杆件远端摄影测量标志点上；
步骤二、使用工业数字化摄影测量***对大型网状天线反射器进行型面精度测量，根据工业数字化摄影测量***需要，在网状天线反射器主网面每个节点上分别粘贴摄影测量标志点，并在网状天线反射器展开区域正下方地面均匀布置摄影测量***反光Code点，将2根殷钢瓦基准尺放置于网状天线反射器展开区域正下方地面上，在端部相互垂直；
步骤三、采用摄影测量相机在不同的摄影测量位置对大型网状天线反射器进行照片拍摄；摄影测量位置沿网状天线反射器周向分布，同时分布在网状天线反射器中心区域正上方；
步骤四、对得到大型网状天线反射器的准二值数字影像进行计算机图像处理，得到网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的在测量坐标系下的X、Y、Z坐标值，形成网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点所组成的曲面；所述测量坐标系为工业数字化摄影测量***默认坐标系，以摄影测量相机成像的第一张图像中心点为坐标系原点，第一张图像所在平面为XOY面，Z轴与XOY面垂直；
步骤五、通过基准转换装置上的摄影测量标志点进行公共点转换：将大型网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的X、Y、Z坐标值从测量坐标系转换到天线理论坐标系下；在理论坐标系中，对网状天线反射器主网面各节点的点坐标实测值与理论设计值的偏差求均方根误差，得到网状天线反射器的型面精度；所述理论坐标系的坐标系原点O’为网状天线反射器基准法兰上任意一个基准点，坐标系X’O’Y’面与网状天线反射器基准法兰面平行，Z’轴垂直于X’O’Y’面。
所述基准转换装置包括碳纤维杆件、支撑金属法兰，为一体化结构，每个碳纤维杆件根部均固定在支撑金属法兰上，5根碳纤维杆位于同一平面内，其中，两根碳纤维杆在同一条直线上，另一根碳纤维杆与上述两根碳纤维杆垂直形成两个直角夹角，另外两根碳纤维杆分别位于两个直角夹角内且与形成直角夹角的两个碳纤维杆分别呈45°夹角，第6根碳纤维杆与位于同一平面内的5根碳纤维杆均垂直；支撑金属法兰与网状天线反射器基准法兰尺寸、孔位一致，在每个碳纤维杆件远端分别粘贴摄影测量标志点代表网状天线反射器放大的基准。
所述步骤三中摄影测量位置有35个，其中，30个摄影测量位置沿网状天线反射器边缘周向均匀分布一周；另5个摄影测量位置位于网状天线反射器中心区域正上方以主网面中心点为中心沿周向均匀分布，与主网面的距离在3±0.25m范围内。
所述步骤三中摄影测量相机在各摄影测量位置与地面的距离在7±0.5m范围内，每个摄影测量位置拍摄照片数量为6～7张，拍摄照片总数为200～250张，相机拍摄两相邻照片交会角保持在60°～120°范围内。
所述碳纤维杆件的长度为500mm。
所述殷钢瓦基准尺的长度为5m。
所述网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的直径为Φ6mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的测试方法应用于大口径、小基准、高精度大型网状天线反射器，与传统摄影测量方法直接对天线反射器进行型面精度测试，天线反射器基准小，型面测试基准转换误差大，导致天线反射器型面精度测试误差较大相比，本发明针对天线反射器基准小引起测量误差大的问题，通过改进摄影测量方案，采用基准延伸工装对天线反射器基准进行放大，可有效提高大型网状天线反射器型面测量的精度。
(2)本发明的测试方法在大口径、小基准、高精度大型网状天线反射器型面测试中，采用摄影测量***自带1m长度基准尺对天线反射器型面进行测试，型面测试摄影测量***误差较大，通过设计2根专用5m长殷瓦钢高精度基准尺，并进行两维方向优化布置，可明显提高天线反射器型面测量精度。
(3)本发明的测试方法采用固面天线型面精度测试默认的摄影测量***工艺参数对大型网状天线反射器型面精度进行测试，型面测试误差偏大，针对大型网状天线反射器，通过对摄影测量***工艺参数进行优化，可明显提高大型网状天线反射器的型面测试精度。
附图说明
图1为本发明针对小基准进行放大的基准转换装置示意图；
图2为本发明的基准转换装置安装示意图；
图3为本发明的基准转换装置安装后天线理论坐标系示意图；
图4为本发明的优化后摄影测量工艺参数(摄站数量优化及摄站位置优化)示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，包括如下步骤：
步骤一、如图1、图2所示，将基准放大转换装置安装于大型网状天线反射器基准法兰上，基准转换装置与网状天线反射器基准法兰采用螺钉进行紧固连接，基准转换装置安装前，基准转换装置根部金属法兰与网状天线反射器基准法兰采用销孔进行定位，以保证其安装精度，基准转换装置在网状天线反射器上的安装状态如图2所示。基准转换装置由6根500mm长的碳纤维杆件及其根部支撑金属法兰通过一体化加工而成，在6根碳纤维杆件远端分别粘贴6个摄影测量标志点代表网状天线反射器放大的基准；基准转换装置根部金属法兰与大型网状天线反射器基准法兰尺寸、孔位一致，两法兰通过螺钉进行连接，基准转换装置安装后即将网状天线反射器基准法兰上的小基准转换到基准转换装置六根碳纤维杆件远端摄影测量标志点上，即完成了大型网状天线反射器的小基准放大处理。
步骤二、使用工业数字化摄影测量***对大型网状天线反射器进行型面精度测量，根据工业数字化摄影测量***需要，需要对被测物上粘贴摄影测量标志点，在被测物下方地面摆放摄影反光Code点及摄影测量***长度基准标尺，在对大型网状天线反射器进行型面精度测试前，在网状天线反射器主网面211个节点上分别粘贴Φ6mm摄影测量标志点，并在网状天线反射器展开区域正下方地面间隔1m均匀布置摄影测量***反光Code点，同时将2根5m长殷钢瓦高精度基准尺放置于网状天线反射器展开区域正下方地面，2根5m长度高精度基准尺进行二维方向水平摆放。
步骤三、如图4所示，采用摄影测量相机分35个摄影测量位置对大型网状天线反射器进行型面精度测试，沿着网状天线反射器周向一圈，分30个摄影测量位置点对网状天线反射器进行型面拍摄，30个摄影测量位置沿网状天线反射器边缘周向均匀分布一周；相机距离地面7±0.5m，在网状天线反射器中心区域正上方分5个摄影测量位置点对网状天线反射器型面进行加密拍摄，5个摄影测量位置位于网状天线反射器中心区域正上方以主网面中心点为中心沿周向均匀分布，5个摄影测量位置与主网面中心点的连线之间夹角相等、距离相等，5个位置点相机距离网状天线反射器主网面上方为3±0.25m，网状天线反射器型面精度测量时每个摄影测量位置拍摄照片数量为6～7张，型面拍摄照片总数为200～250张，相机拍摄两相邻照片交会角应保持在60°～120°，最后按照以上优化后的摄影测量工艺参数进行大型网状天线反射器型面的高精度摄影测量。
步骤四、按照步骤一至步骤三对大型网状天线反射器型面精度测试完成后，即得到大型网状天线反射器的准二值数字影像，经计算机图像处理后可以得到网状天线反射器主网面211个节点上摄影测量标志点的精确X、Y、Z三维坐标值，网状天线反射器主网面节点上211个摄影测量标志点所组成的曲面即代表大型网状天线反射器型面，通过基准转换装置6个摄影测量标志点进行“公共点转换”，首先将网状天线反射器主网面211个节点上摄影测量标志点X、Y、Z三维坐标从测量坐标系转换到天线理论坐标系下，然后将测量的天线主网面211 个节点点坐标与天线理论设计节点点坐标做差，得到天线主网面211个节点实测值与理论设计值的偏差，通过对天线主网面211个节点单点偏差求均方根误差(RMS)，最终得到大型网状天线反射器的型面精度(RMS)；测量坐标系为工业数字化摄影测量***默认坐标系，通常以摄影测量***相机成像的第一张图像中心点为坐标系原点，图像所在平面为XOY面，垂直于图像平面即测量坐标系Z轴；理论坐标系位于网状天线反射器基准法兰上，如图3所示，坐标系原点O’为网状天线反射器基准上其中任意一个基准点，坐标系X’O’Y’面与反射器基准法兰表面平行，Z’轴垂直于X’O’Y’面。
实施例
下面以15.6m大型网状天线反射器典型的大口径、小基准、高精度网状天线反射器为例，对本发明进行说明。
步骤一、15.6m大型网状天线反射器是典型的大口径、小基准、高精度网状天线反射器，该网状天线反射器有很简明的小基准特征，天线反射器设计基准法兰面仅为180mm×180mm，相对15.6m的天线展开口径来说，基准偏小，采用如此小基准对15.6m网状天线反射器进行型面精度测试，基准转换误差较大，为减小基准转换误差，在15.6m网状天线反射器转接臂法兰接口处设计一套基准转换装置，基准转换装置设计基准点为6个，基准点间的最大长度为1200mm(相当于将15.6m网状天线反射器的小基准扩大了近7倍)，基准转换装置上端采用碳纤维杆件，安装有摄影测量标志点，下端为与天线转接臂法兰连接的支撑金属法兰，支撑金属法兰与天线转接臂法兰通过销孔定位连接，可使大型网状天线反射器基准精确转换到基准转换装置6个摄影测量标志点上。大型网状天线反射器基准到基准转换装置6个摄影测量标志点的标定转换采用工业数字化摄影测量***进行，把高精度摄影工装(工业数字化摄影测量***的辅助件)放置在天线转接臂法兰上的4个基准孔内，通过工业数字化摄影测量***测试，获得天线转接臂法兰上4个基准孔和基准转换装置上的6个摄影测量标志点的每个点的中心位置坐标，然后根据天线转接臂法兰上4个基准孔的理论值进行“公共点转换”，获得基准转换装置6个摄影测量标志点的每个点的中心位置在理论坐标系下的坐标值。
步骤二、基于15.6m大型网状天线反射器的结构特点，网状天线反射器网面较低，不适于5m基准尺在垂直方向进行摆放，固采用2根5m长基准尺在网状天线反射器展开区域正下方通过二维水平方向进行布局。
步骤三、采用摄影测量相机分35个摄影测量位置对15.6m大型网状天线反射器进行型面精度测试，沿着网状天线反射器周向一圈，分30个摄影测量位置点对网状天线反射器进行型面拍摄，相机距离地面7±0.5m，在网状天线反射器中心区域正上方分5个摄影测量位置点对网状天线反射器型面进行加密拍摄，5个位置点相机距离网状天线反射器主网面为3±0.25m，网状天线反射器型面精度测量时每个摄影测量位置拍摄照片数量为6～7张，型面拍摄照片总数为200～250张，使相机拍摄两相邻照片交会角保持在60°～120°，通过使用优化后的摄影测量工艺参数进行15.6m大型网状天线反射器型面的高精度摄影测量。
步骤四、通过试验验证，采用通过设计的一套基准转换装置、通过高精度长基准尺优化布局，并设置摄影测量***最优工艺参数，对15.6m大型网状天线反射器型面开展高精度测试，最终15.6m大型网状天线反射器型面精度测量误差能够达到0.0253mm。
对于15.6m大型网状天线反射器，通过基准放大对反射器进行型面精度测试，可使反射器型面测试最大单点误差由1.63mm提高到0.7mm；对15.6m大型网状天线反射器，通过基准尺的设计改进及优化布局，可使天线反射器摄影测量***误差由0.157mm提高到0.101mm；对15.6m网状天线反射器，通过摄影测量***工艺参数改进，可使天线反射器型面精度测试***误差达0.0203mm。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将基准转换装置安装在大型网状天线反射器基准法兰上，使得网状天线反射器基准法兰上的基准转换到基准转换装置的碳纤维杆件远端摄影测量标志点上；
步骤二、使用工业数字化摄影测量***对大型网状天线反射器进行型面精度测量，根据工业数字化摄影测量***需要，在网状天线反射器主网面每个节点上分别粘贴摄影测量标志点，并在网状天线反射器展开区域正下方地面均匀布置摄影测量***反光Code点，将2根殷钢瓦基准尺放置于网状天线反射器展开区域正下方地面上，在端部相互垂直；
步骤三、采用摄影测量相机在不同的摄影测量位置对大型网状天线反射器进行照片拍摄；摄影测量位置沿网状天线反射器周向分布，同时分布在网状天线反射器中心区域正上方；
步骤四、对得到大型网状天线反射器的准二值数字影像进行计算机图像处理，得到网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的在测量坐标系下的X、Y、Z坐标值，形成网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点所组成的曲面；所述测量坐标系为工业数字化摄影测量***默认坐标系，以摄影测量相机成像的第一张图像中心点为坐标系原点，第一张图像所在平面为XOY面，Z轴与XOY面垂直；
步骤五、通过基准转换装置上的摄影测量标志点进行公共点转换：将大型网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的X、Y、Z坐标值从测量坐标系转换到天线理论坐标系下；在理论坐标系中，对网状天线反射器主网面各节点的点坐标实测值与理论设计值的偏差求均方根误差，得到网状天线反射器的型面精度；所述理论坐标系的坐标系原点O’为网状天线反射器基准法兰上任意一个基准点，坐标系X’O’Y’面与网状天线反射器基准法兰面平行，Z’轴垂直于X’O’Y’面。
2.根据权利要求1所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述基准转换装置包括碳纤维杆件、支撑金属法兰，为一体化结构，每个碳纤维杆件根部均固定在支撑金属法兰上，5根碳纤维杆位于同一平面内，其中，两根碳纤维杆在同一条直线上，另一根碳纤维杆与上述两根碳纤维杆垂直形成两个直角夹角，另外两根碳纤维杆分别位于两个直角夹角内且与形成直角夹角的两个碳纤维杆分别呈45°夹角，第6根碳纤维杆与位于同一平面内的5根碳纤维杆均垂直；支撑金属法兰与网状天线反射器基准法兰尺寸、孔位一致，在每个碳纤维杆件远端分别粘贴摄影测量标志点代表网状天线反射器放大的基准。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述步骤三中摄影测量位置有35个，其中，30个摄影测量位置沿网状天线反射器边缘周向均匀分布一周；另5个摄影测量位置位于网状天线反射器中心区域正上方以主网面中心点为中心沿周向均匀分布，与主网面的距离在3±0.25m范围内。
4.根据权利要求3所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述步骤三中摄影测量相机在各摄影测量位置与地面的距离在7±0.5m范围内，每个摄影测量位置拍摄照片数量为6～7张，拍摄照片总数为200～250张，相机拍摄两相邻照片交会角保持在60°～120°范围内。
5.根据权利要求2所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述碳纤维杆件的长度为500mm。
6.根据权利要求1所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述殷钢瓦基准尺的长度为5m。
7.根据权利要求1所述的一种大型网状天线反射器型面高精度测试方法，其特征在于：所述网状天线反射器主网面各节点上摄影测量标志点的直径为Φ6mm。
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