基于激光跟踪仪的FAST馈源舱位姿测量技术研究

发布时间：2020-04-17 22:00

【摘要】：FAST(Five hundred meters Aperture Spherical radio Telescope)是500m口径球面射电望远镜的简称,是当今世界上最大的单口径射电望远镜。馈源舱是射电天文望远镜的关键部件之一,也是馈源接收机等有效载荷的安装平台。馈源舱是一个集机械、电气、电磁波等相关技术于一体的复杂综合系统。由于FAST结构空间跨度较大,主反射面与接收机之间的刚性连接精度较低,使得馈源舱空间定位不精确,不能实现馈源高精度的定位和指向跟踪。本文围绕FAST馈源舱位姿测量技术,重点研究了馈源舱安装现场大尺度同轴度测量、馈源舱Stewart机构标定、馈源舱位姿测量等的理论及技术。本文的主要工作和创新点如下:1.提出了一种适用于施工现场的大尺寸同轴度测量方法。以FAST馈源舱星形框架同轴度测量为背景,采用激光跟踪仪测量系统,将测量同轴度轴线偏差转换为测量基准轴线与端面法线的夹角,实现了大尺寸同轴度的现场测量。该方法测量精度高,操作简便,易于实现,测量的基准轴线与端面法线的夹角达到0.094°,优于0.2°的设计要求。2.通过分析结构性能和参数模型提出了一种Stewart机构的标定方法。馈源舱的精确定位需要克服加工及装配误差、测量误差、刚度变形以及外界扰动耦合的影响,通过分析Stewart结构、性能、参数模型及仿真等,确定了机构标定方法;结合模型的边界条件及仿真条件,应用ADAMS模型进行了馈源舱机构动力学仿真,应用Simulink模型进行了馈源舱伺服控制系统仿真,并实现ADAMS-Simulink的联合仿真。最后通过激光跟踪仪测量、数据处理及误差分析,实现了Stewart机构的精确标定。3.设计了Stewart机构位姿测量的三种方法。研究了单台激光跟踪仪测量法、DPM系统测量法及三台激光跟踪仪联合测量法,通过对比分析三种测量系统原理、测量方案、位姿解算等内容,得出了三种位姿测量方法的优缺点:单台激光跟踪仪测量方法使用方便,DPM系统测量方法设站灵活,三台激光跟踪仪联合测量方法效率高。
【图文】：

附件,激光跟踪仪

a T-Cam b T-Probe c T-Scan d T-Mac图 1.1 6DOF 测量附件我国沈飞集团在 1996 年首次应用 LTD500 型激光跟踪仪。经过二十年的发展，现在光跟踪仪已经广泛应用于我国的航空、航天、通信、重工业、水利水电、汽车制造等诸工业领域。对于激光跟踪仪测量系统，国内许多科研人员做了大量的理论研究和有益探索2000 年合肥工业大学的周维虎博士[20]提出了激光跟踪仪多站测量的方法，并对仪器测量点位误差进行了分析。2007 年中国计量院王为农等[21]设计了一种评定激光跟踪仪动态跟能力的装置，为评价激光跟踪仪动态测量精度提供了标准。2009 年梅中义等[22]利用多台光跟踪仪测量飞机大部段位姿并调整，从而实现了快速装配，提高了飞机装配效率，并发出基于多台激光跟踪仪的数字化装配系统。2010 年中国航空计量技术研究所刘勇等[以三轴摇摆台的姿态为基准，动态跟踪测量 T-Mac，得到了 T-Mac 的动态姿态偏差精度2012 年浙江大学的胡宝海[24]提出了基于EMSCON的三台激光跟踪仪动态测量，通过VC开发了三台激光跟踪仪协同测量软件，辅助数字化装配系统实现飞机部件的数字化调姿对接。2013 年信息工程大学范百兴博士[25]在基于激光跟踪仪高精度测量研究的基础上，过改进平差模型进一步提高了仪器的测量精度。2014 年信息工程大学杨凡博士[26]在加速

视图,软件界面,软件,外置

图 2.5 气象站如图 2.5 所示，1）外置环境温度传感器接口；2）内置温度传感器；3）外置工件温度传感器接口；4）外置温度传感器；5）状态指示灯；6）USB 接口；7）与控制器连接线。2.3 激光跟踪仪测量系统软件激光跟踪仪测量系统主要包括硬件系统和软件系统，常用软件有Axyz软件和SA软件，现在以 SA 软件为例，，详细分析 SA 软件测量计算功能。SA 是 SpatialAnalyzer 的简称，SA软件是专业测量空间点的软件，如图 2.6 所示。主要功能分为：文件、编辑、视图、构造、仪器、查询、关系、分析、几何尺寸标注及公差、报告等。
【学位授予单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH751

【参考文献】