CN111948647B - 一种微波成像仪结构机构及其动态精度装调方法 - Google Patents

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Abstract

一种微波成像仪结构机构动态精度装调工艺，包括组件精度调整与保证—装配过程控制—总装后位姿调节的装配步骤。利用经纬仪测量***，通过工艺杆提高天线的安装精度，使用驱动机构工装实现组件的动态精度调整；利用激光跟踪仪，对各部组件安装接口精度进行测量，并调整天线展开机构安装平面的平面度；成像仪结构机构总装集成后，根据经纬仪测量***，对天线展开机构进行位姿调整，最终保证微波成像仪结构机构动态精度的要求。本发明通过减小天线展开机构复材杆件之间的装配应力、组件状态下考虑整机动态精度，增加总装过程中天线展开机构调整环节，解决了微波成像仪结构机构高动态精度难以调整的技术难题。

Description

一种微波成像仪结构机构及其动态精度装调方法
技术领域
本发明属于卫星微波成像仪装配领域，具体涉及一种微波成像仪结构机构动态精度装调工艺。
背景技术
微波成像仪是FY-3系列卫星的重要有效载荷，它的主要任务是遥感监测全球降水、全球云的液态水含量、全球植被、土壤湿度、海冰和雪覆盖，为大、中尺度自然灾害性天气预报、暴雨诊断、环境监测提供应用资料。
随着其任务的越来越多，精度要求越来越高，探测频段越来越宽，FY-3(03批)微波成像仪结构机构上下午星天线反射器口径达1.8m，重12.5kg。在天线反射器尺寸和重量大幅度提升的同时，对微波成像仪结构机构的动态精度(天线反射器中心基准点到旋转轴的距离R和重复展开动态变化值△R)也提出了更加苛刻的要求，而现有的装配工艺无法满足其高动态精度的要求。因此，针对FY-3(03批)微波成像仪产品高动态精度的要求，需要对其部组件装配、动态精度调试等提供一种新的工艺保证方法。
发明内容
本发明的目的在于解决卫星领域一种微波成像仪结构机构动态精度难以调整的技术难题，提供动态精度装调工艺。
首先，本发明提出了一种微波成像仪结构机构，其特征在于，包括星体安装底板1、筒体3、筒体锁紧释放机构2、扫描驱动机构4以及天线展开机构6；所述星体安装底板上设置有筒体，所述筒体上端面设置有开口；在筒体内部设置有扫描驱动机构，所述扫描驱动机构穿过开口，所述天线展开机构位于所述筒体上方；所述星体安装底板与筒体间通过所述筒体锁紧释放机构连接，当所述筒体锁紧释放机构锁紧时，筒体与星体安装底板相对固定，当所述筒体锁紧释放机构非锁紧时，所述扫描驱动机构用于驱动天线展开机构、筒体绕旋转轴旋转；所述天线展开机构用于驱动天线由收拢状态至展开状态，通过天线接受探测波段，实现监测全球降水、全球云的液态水含量和云水相态。
优选地，所述天线展开机构6包括底板61、铰链62、连杆组件63及天线64；其中，底板为中心开口的复材平板，设置有与筒体配合的安装面；天线上设置有安装接口，用于其连杆组件的安装，同时天线中心加工有一微小孔，为中心基准点7，通过调整，将中心基准点调整至旋转轴8上。
本发明还提出了一种应用于微波成像仪结构机构的动态精度装调工艺，其特征在于，包括步骤：
步骤1：在大理石平台上固定天线展开机构底板，根据底板上的基准面与基准孔利用经纬仪测量***建立天线安装调整的基准坐标系；
步骤2：天线展开机构的天线正式安装前，利用工艺杆代替天线，调整天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度；
步骤3：天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度调整完成后，将工艺杆换成天线，安装天线展开机构各处固定铰链；
步骤4：将天线展开机构与工装驱动机构安装，利用工装驱动机构驱动天线转动，利用经纬仪测量***测量天线展开机构的动态精度，包括天线中心基准点到旋转轴的距离R(R≤0.5mm)和重复展开动态变化值△R(ΔR≤0.3mm)，若动态精度不满足要求，重复步骤2及步骤3，重新调整天线展开机构的安装精度，直至天线展开机构组件动态精度满足要求；
步骤5：利用激光跟踪仪，以大理石平台为基准，对星体安装底板及筒体安装接口精度进行测量，对不满足平面度小于等于0.05mm的安装面重新加工；
步骤6：将安装平台与大理石平台通过玻璃胶固定，将扫描驱动机构与安装平台安装，再将筒体与扫描驱动机构安装；
步骤7：利用激光跟踪仪测量筒体上天线展开机构安装面的平面度，通过调整垫片保证筒体上天线底板的安装面平面度小于等于0.05mm；
步骤8：安装天线展开机构完成微波成像仪结构机构集成，建立微波成像仪动态精度测量的基准坐标系；
步骤9：利用扫描驱动机构驱动筒体带动天线展开机构转动，测量成像仪天线中心基准点到旋转轴的距离R和重复展开动态变化值△R，并利用经纬仪拟合出旋转轴；
步骤10：通过天线展开机构在筒体安装面上的平移或在筒体与天线展开机构之间增减调整垫片，将天线中心尽量移动至拟合的旋转轴上，保证成像仪的动态精度；
步骤11：微波成像仪结构机构动态精度调整完成后，安装筒体锁紧释放机构，固定筒体，同时在天线展开机构与筒体之间配打定位销，进一步固定天线展开机构的安装位置。
优选地，包括组件精度调整与保证—装配过程控制—总装后位姿调节的装配步骤，其中，步骤1至步骤4是装调天线展开机构的精度，减小天线展开机构复材杆件之间的装配应力，在部件状态下考虑整机动态精度；步骤5是确保星体安装底板及筒体安装面的精度；步骤6至步骤11是实现微波成像仪结构机构总装集成与动态精度调整。
优选地，工艺杆的左右接口与天线展开机构保持一致，重量与天线展开机构的实际重量相等。
优选地，工装驱动机构根据天线展开机构底板安装接口设计，能手动驱动天线转动。
优选地，动态精度测量时，通过转动天线，每次90°，四次天线的中心构成一个圆，圆的半径即为R值，重复展收天线三次，重新测量R值，其变化量即为ΔR。
优选地，多次R值测量的圆心拟合的直线即为机构的旋转轴。
与现有技术相比，本发明利用工装杆在主动杆组件自由状态下确定天线左右安装面的位置精度，根据天线反射器尾部安装面的位置调整安装辅助支撑杆，最后调整天线反射器的角度，减小复材杆件之间的装配应力，提高了装配精度的稳定性；
由于天线展开机构单机状态下无法实现转动，本发明采用模拟扫描驱动机构功能的转台实现天线展开机构的转动，在不同转动位置下测量天线反射器中心基准点到旋转轴的距离R，初步确定R值的变化量，同时，对天线位置进行微调，保证R值及△R值；
本发明在微波成像仪结构机构装配前对所有的部件安装接口进行精测，单机状态下进行返修，保证总装过程中累积误差尽量小，同时设计调整垫片，增加天线展开机构与筒体之间的调整环节实现R值的微调；
综上，本发明提供的一种微波成像仪结构机构动态精度装调工艺，提高了装配精度，降低了操作难度，解决了微波成像仪产品高动态精度难以调整的技术难题。
附图说明
图1为本发明一种微波成像仪的结构示意图；
图2为本发明利用工艺杆进行天线展开机构天线安装的结构示意图；
图3为本发明天线展开机构组件动态精度测量的示意图；
图4为天线中心基准点到旋转轴的距离R值的测量示意图；
图5为本发明天线展开机构安装面调整的示意图。
图中标记说明：
1-星体安装底板；2-筒体锁紧释放机构；3-筒体；4-扫描驱动机构；5-调整垫片；6-天线展开机构；61-天线展开机构底板；62-铰链；63-连杆组件；64-天线；7-天线中心基准点；8-旋转轴；9-工艺杆；10-驱动机构工装。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，本发明提出了一种微波成像仪结构机构，其特征在于，包括星体安装底板1、筒体3、筒体锁紧释放机构2、扫描驱动机构4以及天线展开机构6；所述星体安装底板上设置有筒体，所述筒体上端面设置有开口；在筒体内部设置有扫描驱动机构，所述扫描驱动机构穿过开口，所述天线展开机构位于所述筒体上方；所述星体安装底板与筒体间通过所述筒体锁紧释放机构连接，当所述筒体锁紧释放机构锁紧时，筒体与星体安装底板相对固定，当所述筒体锁紧释放机构非锁紧时，所述扫描驱动机构用于驱动天线展开机构、筒体绕旋转轴旋转；所述天线展开机构用于驱动天线由收拢状态至展开状态，通过天线接受探测波段，实现监测全球降水、全球云的液态水含量和云水相态。
根据本发明的一个实施例，所述天线展开机构6包括底板61、铰链62、连杆组件63及天线64；其中，底板为中心开口的复材平板，设置有与筒体配合的安装面；天线上设置有安装接口，用于其连杆组件的安装，同时天线中心加工有一微小孔，为中心基准点7，通过调整，将中心基准点调整至旋转轴8上。
本发明提供的一种微波成像仪结构机构动态精度装调工艺，包括组件精度调整与保证—装配过程控制—总装后位姿调节；参照图2，图2给出了本发明利用工艺杆代替天线进行天线左右安装面位置调整的过程示意；参照图3，图3给出了本发明利用利用工装驱动机构进行天线展开机构组件动态精度调整的示意；参照图5，图5给出了本发明天线展开机构安装面调整的示意，具体的实时步骤为：
第一步，在大理石平台上固定天线展开机构底板，根据底板上的基准面与基准孔利用经纬仪测量***建立天线安装调整的基准坐标系。
第二步，天线展开机构的天线正式安装前，利用工艺杆代替天线，调整天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度。其中工艺杆的左右接口与天线保持一致，重量与天线的实际重量相等。
第三步，天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度调整完成后，将工艺杆换成天线，安装天线展开机构各处固定铰链。
第四步，将天线展开机构与工装驱动机构安装，利用工装驱动机构驱动天线转动，利用经纬仪测量***测量天线展开机构的动态精度，包括天线中心基准点到旋转轴的距离R(R≤0.5mm)和重复展开动态变化值△R(ΔR≤0.3mm)，若动态精度不满足要求，重复步骤2及步骤3，重新调整天线展开机构的安装精度，直至天线展开机构组件动态精度满足要求。其中工装驱动机构根据天线展开机构底板安装接口设计，能手动驱动天线转动。
第五步，利用激光跟踪仪，以大理石平台为基准，对星体安装底板及筒体安装接口精度进行测量，对不满足平面度小于等于0.05mm的安装面重新加工。
第六步，将安装平台与大理石平台通过玻璃胶固定，将扫描驱动机构与安装平台安装，再将筒体与扫描驱动机构安装。
第七步，利用激光跟踪仪测量筒体上天线展开机构安装面的平面度，通过调整垫片保证筒体上天线底板的安装面平面度小于等于0.05mm。
第八步，安装天线展开机构完成微波成像仪结构机构集成，建立微波成像仪动态精度测量的基准坐标系。
第九步，利用扫描驱动机构驱动筒体带动天线展开机构转动，测量成像仪天线中心基准点到旋转轴的距离R和重复展开动态变化值△R，并利用经纬仪拟合出旋转轴。
第十步，通过天线展开机构在筒体安装面上的平移或在筒体与天线展开机构之间增减调整垫片，将天线中心尽量移动至拟合的旋转轴上，保证成像仪的动态精度。
第十一步，微波成像仪结构机构动态精度调整完成后，安装筒体锁紧释放机构，固定筒体，同时在天线展开机构与筒体之间配打定位销，进一步固定天线展开机构的安装位置。
参照图4，动态精度测量时，通过转动天线，每次90°，四次天线的中心构成一个圆，圆的半径即为R值，重复展收天线三次，重新测量R值，其变化量即为ΔR；
参照图1，多次R值测量的圆心拟合的直线即为机构的旋转轴。
本发明提供的一种微波成像仪结构机构动态精度装调工艺，包括组件精度调整与保证—装配过程控制—总装后位姿调节的装配步骤，通过减小天线展开机构复材杆件之间的装配应力、组件状态下考虑整机动态精度，增加总装过程中天线展开机构调整环节，提高了装配精度，降低了操作难度，解决了微波成像仪产品高动态精度难以调整的技术难题。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种应用于微波成像仪结构机构的动态精度装调方法，其特征在于，所述微波成像仪结构机构包括星体安装底板(1)、筒体(3)、筒体锁紧释放机构(2)、扫描驱动机构(4)以及天线展开机构(6)；所述星体安装底板上设置有筒体，所述筒体上端面设置有开口；在筒体内部设置有扫描驱动机构，所述扫描驱动机构穿过开口，所述天线展开机构位于所述筒体上方；所述星体安装底板与筒体间通过所述筒体锁紧释放机构连接，当所述筒体锁紧释放机构锁紧时，筒体与星体安装底板相对固定，当所述筒体锁紧释放机构非锁紧时，所述扫描驱动机构用于驱动天线展开机构、筒体绕旋转轴旋转；所述天线展开机构用于驱动天线由收拢状态至展开状态，通过天线接受探测波段，实现监测全球降水、全球云的液态水含量和云水相态，
所述动态精度装调方法包括步骤：
步骤1：在大理石平台上固定天线展开机构底板，根据底板上的基准面与基准孔利用经纬仪测量***建立天线安装调整的基准坐标系；
步骤2：天线展开机构的天线正式安装前，利用工艺杆代替天线，调整天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度；
步骤3：天线展开机构左右安装铰链的同轴度及安装面的位置精度调整完成后，将工艺杆换成天线，安装天线展开机构各处固定铰链；
步骤4：将天线展开机构与工装驱动机构安装，利用工装驱动机构驱动天线转动，利用经纬仪测量***测量天线展开机构的动态精度，包括天线中心基准点到旋转轴的距离R和重复展开动态变化值△R，R≤0.5mm，ΔR≤0.3mm，若动态精度不满足要求，重复步骤2及步骤3，重新调整天线展开机构的安装精度，直至天线展开机构组件动态精度满足要求；
步骤5：利用激光跟踪仪，以大理石平台为基准，对星体安装底板及筒体安装接口精度进行测量，对不满足平面度小于等于0.05mm的安装面重新加工；
步骤6：将安装平台与大理石平台通过玻璃胶固定，将扫描驱动机构与安装平台安装，再将筒体与扫描驱动机构安装；
步骤7：利用激光跟踪仪测量筒体上天线展开机构安装面的平面度，通过调整垫片保证筒体上天线底板的安装面平面度小于等于0.05mm；
步骤8：安装天线展开机构完成微波成像仪结构机构集成，建立微波成像仪动态精度测量的基准坐标系；
步骤9：利用扫描驱动机构驱动筒体带动天线展开机构转动，测量成像仪天线中心基准点到旋转轴的距离R和重复展开动态变化值△R，并利用经纬仪拟合出旋转轴；
步骤10：通过天线展开机构在筒体安装面上的平移或在筒体与天线展开机构之间增减调整垫片，将天线中心尽量移动至拟合的旋转轴上，保证成像仪的动态精度；
步骤11：微波成像仪结构机构动态精度调整完成后，安装筒体锁紧释放机构，固定筒体，同时在天线展开机构与筒体之间配打定位销，进一步固定天线展开机构的安装位置。
2.根据权利要求1所述的动态精度装调方法，其特征在于，包括组件精度调整与保证—装配过程控制—总装后位姿调节的装配步骤，其中，步骤1至步骤4是装调天线展开机构的精度，减小天线展开机构复材杆件之间的装配应力，在部件状态下考虑整机动态精度；步骤5是确保星体安装底板及筒体安装面的精度；步骤6至步骤11是实现微波成像仪结构机构总装集成与动态精度调整。
3.根据权利要求2所述的动态精度装调方法，其特征在于，工艺杆的左右接口与天线展开机构保持一致，重量与天线展开机构的实际重量相等。
4.根据权利要求2所述的动态精度装调方法，其特征在于，工装驱动机构根据天线展开机构底板安装接口设计，能手动驱动天线转动。
5.根据权利要求2所述的动态精度装调方法，其特征在于，动态精度测量时，通过转动天线，每次90°，四次天线的中心构成一个圆，圆的半径即为R值，重复展收天线三次，重新测量R值，其变化量即为ΔR。
6.根据权利要求5所述的动态精度装调方法，其特征在于，多次R值测量的圆心拟合的直线即为机构的旋转轴。
7.根据权利要求1所述的动态精度装调方法，其特征在于，所述天线展开机构(6)包括底板(61)、铰链(62)、连杆组件(63)及天线(64)；其中，底板为中心开口的复材平板，设置有与筒体配合的安装面；天线上设置有安装接口，用于其连杆组件的安装，同时天线中心加工有一微小孔，为中心基准点(7)。
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吕利清 ; 翁艺航 ; 史耀强 ; .微波成像仪扫描转动对卫星姿态的影响分析和控制实现.上海航天.2011,第28卷(第05期),第59-62页. *
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