專利名稱：衛(wèi)星質(zhì)量特性測試用直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種衛(wèi)星整星、衛(wèi)星零部件和衛(wèi)星分系統(tǒng)的質(zhì)量特性測試的設(shè)
備，屬于衛(wèi)星總裝測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
質(zhì)量特性是指物體與質(zhì)量相關(guān)的一系列力學(xué)特性參數(shù)。質(zhì)量特性包括質(zhì)量、質(zhì)心 位置、相對于給定坐標(biāo)系的慣性矩和慣性積，是描述產(chǎn)品力學(xué)特性的基本固有特性參數(shù)。在 衛(wèi)星的研制中，需要通過試驗(yàn)來確定這些參數(shù)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對這些參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào) 整。然而，傳統(tǒng)的測試方法存在以下問題，傳統(tǒng)測試方法使用的測試設(shè)備功能單一 衛(wèi)星在 質(zhì)心臺(tái)上一次安裝，可以測出衛(wèi)星的質(zhì)量和2個(gè)方向的質(zhì)心；衛(wèi)星在扭擺臺(tái)上一次安裝，可 以測量衛(wèi)星1個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；衛(wèi)星在動(dòng)平衡機(jī)上一次安裝，可以測量衛(wèi)星的2個(gè)慣性積參 數(shù)。因此，完成衛(wèi)星所有質(zhì)量特性參數(shù)(包括1個(gè)質(zhì)量參數(shù)，3個(gè)質(zhì)心參數(shù)，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 參數(shù)和3個(gè)慣性積參數(shù))的測量需要在不同的測試設(shè)備上進(jìn)行，并且需要更換不同形式的 工裝。橫向測量用橫向支架安裝定位，縱向測量用L型支架或縱向托架安裝定位。為完成 衛(wèi)星所有質(zhì)量特性參數(shù)的測量，衛(wèi)星需要進(jìn)行多次的吊裝和翻轉(zhuǎn)工作。另外，由于L型支架 或縱向托架的專用性，一個(gè)L型支架或縱向托架只能為一個(gè)平臺(tái)的衛(wèi)星使用，通用性差。 按照傳統(tǒng)的測試方法，對一顆三軸穩(wěn)定衛(wèi)星進(jìn)行一次常規(guī)的質(zhì)量特性測試工作 (不包括慣性積測量)，至少要進(jìn)行9次衛(wèi)星吊裝對接和4次衛(wèi)星翻轉(zhuǎn)。這一系列的操作不 僅耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且存在較大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種可以實(shí)現(xiàn)工裝的通用化(僅需 要更換橫向夾具，就可以實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的衛(wèi)星使用本實(shí)用新型進(jìn)行質(zhì)量特性測試的目的) 和測試狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的自動(dòng)化(測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，避免手工作業(yè))的測 試設(shè)備。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星分別在質(zhì)心臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試臺(tái)上各安裝定位一次，即 可測量出衛(wèi)星各個(gè)方向的所有質(zhì)量特性參數(shù)。 本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)，主要包括平臺(tái)組件和滑臺(tái)組件兩部分。其 中，平臺(tái)組件主要包括直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠組件、對接盤、床身和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；滑臺(tái)組件主要包 括支撐、轉(zhuǎn)臺(tái)、傾斜臺(tái)、傾斜機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和助力彈簧；直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠組件、對接盤、 光柵尺和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在床身上，平臺(tái)組件通過對接盤與測試臺(tái)(質(zhì)心臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試 臺(tái))進(jìn)行定位連接；滑臺(tái)組件的支撐與直線導(dǎo)軌的滑塊緊固連接，同時(shí)與滾珠絲杠組件的 滾珠螺母固定連接。支撐在驅(qū)動(dòng)電機(jī)組件和滾珠絲杠組件的驅(qū)動(dòng)下沿直線導(dǎo)軌做直線運(yùn) 動(dòng)。精確測量支撐的運(yùn)動(dòng)距離的光柵尺的光柵體部分與床身固定連接，光柵尺的滑塊與支 撐相連接；傾斜臺(tái)通過軸承組件設(shè)置在支撐上，在傾斜機(jī)構(gòu)的作用下傾斜臺(tái)可以繞軸承中 心做傾斜運(yùn)動(dòng)。傾斜角度通過傾斜感應(yīng)同步器進(jìn)行測量，傾斜感應(yīng)同步器的定子設(shè)置在支 撐上，傾斜感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子與軸承組件的中心軸固定連接。轉(zhuǎn)臺(tái)通過軸承組件設(shè)置在傾斜臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，繞軸承組件的轉(zhuǎn)軸做360。旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角度通過旋轉(zhuǎn)感 應(yīng)同步器進(jìn)行測量，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器的定子設(shè)置在傾斜臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器的轉(zhuǎn)子與軸 承組件的中心軸固定連接。 本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)可用于衛(wèi)星整星、衛(wèi)星零部件和衛(wèi)星分系統(tǒng)的 質(zhì)量特性測試，也可在汽車整車及零部件、航空武器等領(lǐng)域中使用，完成了相關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量 特性測試。 本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)與傳統(tǒng)的弧線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)技術(shù)相比，具有 以下優(yōu)點(diǎn) (1)提高了工裝的通用性。使用L型支架或托架的局限性在于其專用性主要表 現(xiàn)在1個(gè)L型支架或托架的設(shè)計(jì)僅能滿足某一平臺(tái)衛(wèi)星的測量使用，不能滿足其他平臺(tái)衛(wèi) 星的測量需求。另外，若該平臺(tái)改進(jìn)后，例如，結(jié)構(gòu)尺寸增大，會(huì)造成L型支架或托架與衛(wèi)星 的干涉，L型支架或托架就不能繼續(xù)滿足該平臺(tái)衛(wèi)星的使用。直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的投入 使用后，不同平臺(tái)衛(wèi)星的質(zhì)量特性測試就可以不需要設(shè)計(jì)自己的L型支架或托架。只需要 設(shè)計(jì)對應(yīng)接口的橫向支架，與直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)正確連接就可以進(jìn)行測試。對于衛(wèi)星平 臺(tái)的改進(jìn)，例如結(jié)構(gòu)尺寸增大，不會(huì)造成衛(wèi)星與直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的干涉，提高了現(xiàn)有工 裝的使用效率。 (2)減少了衛(wèi)星的吊裝次數(shù)，提高了測試效率。由于測試設(shè)備的限制，不能實(shí)現(xiàn)l 次安裝就能夠進(jìn)行衛(wèi)星所有質(zhì)量特性參數(shù)的測量，必須進(jìn)行測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。測試狀態(tài)的 轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行吊裝作業(yè)。使用傳統(tǒng)的測量方法，1顆三軸穩(wěn)定衛(wèi)星進(jìn)行一次常規(guī)的質(zhì)量特性 測試工作(不包括慣性積測量)，至少要進(jìn)行10次衛(wèi)星吊裝對接和4次衛(wèi)星翻轉(zhuǎn)。使用直 線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)后，進(jìn)行一次常規(guī)的質(zhì)量特性測試工作需要吊裝對接的次數(shù)為4次，無 翻轉(zhuǎn)作業(yè)。提高了測試效率和測試過程的安全性。 (3)實(shí)現(xiàn)克服衛(wèi)星慣性積測量的局限。衛(wèi)星的慣性積測量的傳統(tǒng)方法是使用動(dòng)平 衡機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)測量。由于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星采用碳纖維材料制造和箱體板式外型設(shè)計(jì)，不適合 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)測量，所以三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的慣性積數(shù)據(jù)無法進(jìn)行測量。采用直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換機(jī)后，可以通過測量衛(wèi)星不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算求得。在衛(wèi)星慣性積的測量方法上實(shí) 現(xiàn)新的突破。

圖1為本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的示意圖。 其中，1為支撐，2為轉(zhuǎn)臺(tái)，3為傾斜機(jī)構(gòu)，4為傾斜臺(tái)，5為旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器，6為旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，7為助力彈簧，8為傾斜感應(yīng)同步器，9為直線導(dǎo)軌，IO為滾珠絲杠組件，ll為光柵 尺，12為對接盤，13為床身，14為驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 圖2為本實(shí)用新型的衛(wèi)星質(zhì)量特性測試用直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星質(zhì)量特 性測試的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明，但這些僅僅是示例性 的，并不旨在對其保護(hù)范圍進(jìn)行任何限定。[0015] 參照圖l，本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)主要包括平臺(tái)組件和滑臺(tái)組件兩部 分。其中，平臺(tái)組件主要包括直線導(dǎo)軌9、滾珠絲杠組件10、對接盤12、床身13和驅(qū)動(dòng)電機(jī) 14 ;滑臺(tái)組件主要包括支撐1、轉(zhuǎn)臺(tái)2、傾斜臺(tái)4、傾斜機(jī)構(gòu)3、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6和助力彈簧7 ;直線 導(dǎo)軌9、滾珠絲杠組件10、對接盤12、光柵尺11和驅(qū)動(dòng)電機(jī)14設(shè)置在床身13上，平臺(tái)組件 通過對接盤12與測試臺(tái)(質(zhì)心臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試臺(tái))進(jìn)行定位連接；滑臺(tái)組件的支撐1與 直線導(dǎo)軌9的滑塊(未示出)緊固連接，同時(shí)與滾珠絲杠組件10的滾珠螺母(未示出)固 定連接。支撐1在驅(qū)動(dòng)電機(jī)14和滾珠絲杠組件10的驅(qū)動(dòng)下沿直線導(dǎo)軌9做直線運(yùn)動(dòng)。精 確測量支撐的運(yùn)動(dòng)距離的光柵尺11的光柵體部分與床身13固定連接，光柵尺11的滑塊與 支撐1相連接；傾斜臺(tái)4通過軸承組件設(shè)置在支撐1上，在傾斜機(jī)構(gòu)3的作用下傾斜臺(tái)4可 以繞軸承中心做傾斜運(yùn)動(dòng)。傾斜角度通過傾斜感應(yīng)同步器8進(jìn)行測量。轉(zhuǎn)臺(tái)通過軸承組件 設(shè)置在傾斜臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)2在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6的驅(qū)動(dòng)下，繞軸承組件的轉(zhuǎn)軸做360°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)角 度通過旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器5進(jìn)行測量。 使用本實(shí)用新型的直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星的質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試的 實(shí)施過程如下，具體流程參見圖2。 1)將直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)吊裝到質(zhì)心臺(tái)上，對接盤與質(zhì)心臺(tái)臺(tái)面進(jìn)行定位和緊固 連接，吊裝橫向工裝與直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)連接定位。 2)設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的垂直測量狀態(tài)，要求傾斜臺(tái)的傾斜角度為O。，轉(zhuǎn) 臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度為O。，滑臺(tái)組件的直線移動(dòng)距離為Omm。測量此時(shí)直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的質(zhì) 量質(zhì)心并保存數(shù)據(jù)。 3)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的傾斜測量狀態(tài)，使傾斜臺(tái)的傾斜角 度為a，轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度為O。，滑臺(tái)組件的直線移動(dòng)距離為L。測量此時(shí)直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換機(jī)的質(zhì)量質(zhì)心并保存數(shù)據(jù)。 4)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)滿足(2)的要求。將衛(wèi)星吊裝到 直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)上，并與橫向工裝緊固連接。此時(shí)，使用質(zhì)心臺(tái)測量衛(wèi)星的質(zhì)量m和橫 向質(zhì)心Yc， Zc，保存并打印測量數(shù)據(jù)。 5)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)滿足(3)的要求。此時(shí)，使用質(zhì)心 臺(tái)測量衛(wèi)星的橫向質(zhì)心Ycl， Zcl，保存并打印測量數(shù)據(jù)。 6)在兩種狀態(tài)下，通過衛(wèi)星質(zhì)心Yc值在質(zhì)心臺(tái)坐標(biāo)系下的變化可以計(jì)算衛(wèi)星的
縱向質(zhì)心Xc。計(jì)算公式如下 Xc = (Ycl-Yc化os a _L) /sin a _H 式中Xc——縱向質(zhì)心； Yc——橫向Y軸質(zhì)心； L——滑臺(tái)水平移動(dòng)的距離，已知常量； H——橫向工裝高度，已知常量。 7)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)滿足(2)的要求。將衛(wèi)星吊離直 線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)；橫向工裝吊離直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)。 8)將直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)吊裝到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量臺(tái)上，對接盤與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量臺(tái)臺(tái)面進(jìn)行定
位和緊固連接，吊裝橫向工裝與直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)連接定位。 9)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)滿足(2)的要求。測量此時(shí)直線
5型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并保存數(shù)據(jù)。 10)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的傾斜測量狀態(tài)，使傾斜臺(tái)的傾斜 角度為a，滑臺(tái)組件的直線移動(dòng)距離為L。分別測量轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度為O。 、90° 、180° 、 270°時(shí)直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并保存數(shù)據(jù)。 11)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)滿足(2)的要求。將衛(wèi)星吊裝到 直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)上，并與橫向工裝緊固連接。此時(shí)，使用質(zhì)心臺(tái)測量衛(wèi)星的X軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量I.，保存并打印測量數(shù)據(jù)。 12)通過驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)置直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)狀態(tài)分別滿足(11)的要求。分別測 量各測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對應(yīng)關(guān)系如下旋轉(zhuǎn)角度為0°時(shí)測量值為I"旋轉(zhuǎn)角度為90° 時(shí)測量值為12，旋轉(zhuǎn)角度為180°時(shí)測量值為13，旋轉(zhuǎn)角度為270°時(shí)測量值為14。測試完 成后，保存并打印測量數(shù)據(jù)。
13)將Ix、 I" 12、 13、 14和a值代入下列公式 2 sin or
2" + /^ ,z
2 sin 2or 可以求得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Iy、 Iz和慣性積Iyz、 Ixz。 盡管上文對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的 是，我們可以對上述實(shí)施方式進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本實(shí)用新型的精神和 所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
2sm— a
"2 sin 2"
權(quán)利要求一種衛(wèi)星質(zhì)量特性測試用直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)，主要包括平臺(tái)組件和滑臺(tái)組件兩部分，平臺(tái)組件主要包括直線導(dǎo)軌(9)、滾珠絲杠組件(10)、對接盤(12)、床身(13)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)；滑臺(tái)組件主要包括支撐(1)、轉(zhuǎn)臺(tái)(2)、傾斜臺(tái)(4)、傾斜機(jī)構(gòu)(3)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)和助力彈簧(7)，其特征在于，直線導(dǎo)軌(9)、滾珠絲杠組件(10)、對接盤(12)、光柵尺(11)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)設(shè)置在床身(13)上，平臺(tái)組件通過對接盤(12)與測試臺(tái)進(jìn)行定位連接；滑臺(tái)組件的支撐(1)與直線導(dǎo)軌(9)的滑塊緊固連接，同時(shí)與滾珠絲杠組件(10)的滾珠螺母固定連接；支撐(1)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)(14)和滾珠絲杠組件(10)的驅(qū)動(dòng)下沿直線導(dǎo)軌(9)做直線運(yùn)動(dòng)；精確測量支撐的運(yùn)動(dòng)距離的光柵尺(11)的光柵體部分與床身(13)固定連接，光柵尺(11)的滑塊與支撐(1)相連接；傾斜臺(tái)(4)通過軸承組件設(shè)置在支撐(1)上，在傾斜機(jī)構(gòu)(3)的作用下傾斜臺(tái)(4)可以繞軸承中心做傾斜運(yùn)動(dòng)；傾斜角度通過傾斜感應(yīng)同步器(8)進(jìn)行測量，傾斜感應(yīng)同步器(8)的定子設(shè)置在支撐(1)上，傾斜感應(yīng)同步器(8)的轉(zhuǎn)子與軸承組件的中心軸固定連接；轉(zhuǎn)臺(tái)(2)通過軸承組件設(shè)置在傾斜臺(tái)上，轉(zhuǎn)臺(tái)(2)在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)的驅(qū)動(dòng)下，繞軸承組件的轉(zhuǎn)軸做360°旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)角度通過旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器(5)進(jìn)行測量，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器(5)的定子設(shè)置在傾斜臺(tái)4上，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)同步器(5)的轉(zhuǎn)子與軸承組件的中心軸固定連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種衛(wèi)星質(zhì)量特性測試用直線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)，主要包括平臺(tái)組件和滑臺(tái)組件兩部分，平臺(tái)組件主要包括直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠組件、對接盤、床身和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；滑臺(tái)組件主要包括支撐、轉(zhuǎn)臺(tái)、傾斜臺(tái)、傾斜機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和助力彈簧。與現(xiàn)有的弧線型三坐標(biāo)轉(zhuǎn)換機(jī)相比，本實(shí)用新型具有更好的通用性。
文檔編號(hào)G01M1/10GK201548380SQ20092029353
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者張楊, 徐在峰, 杜晨, 王洪鑫, 趙科, 陳勉 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所