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专利名称：卫星质量特性测试用直线型三坐标转换机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种卫星整星、卫星零部件和卫星分系统的质量特性测试的设
备，属于卫星总装测试领域。
背景技术：
质量特性是指物体与质量相关的一系列力学特性参数。质量特性包括质量、质心 位置、相对于给定坐标系的惯性矩和惯性积，是描述产品力学特性的基本固有特性参数。在 卫星的研制中，需要通过试验来确定这些参数，并根据设计要求对这些参数进行必要的调 整。然而，传统的测试方法存在以下问题，传统测试方法使用的测试设备功能单一 卫星在 质心台上一次安装，可以测出卫星的质量和2个方向的质心；卫星在扭摆台上一次安装，可 以测量卫星1个轴的转动惯量；卫星在动平衡机上一次安装，可以测量卫星的2个惯性积参 数。因此，完成卫星所有质量特性参数(包括1个质量参数，3个质心参数，3个转动惯量 参数和3个惯性积参数)的测量需要在不同的测试设备上进行，并且需要更换不同形式的 工装。横向测量用横向支架安装定位，纵向测量用L型支架或纵向托架安装定位。为完成 卫星所有质量特性参数的测量，卫星需要进行多次的吊装和翻转工作。另外，由于L型支架 或纵向托架的专用性，一个L型支架或纵向托架只能为一个平台的卫星使用，通用性差。 按照传统的测试方法，对一颗三轴稳定卫星进行一次常规的质量特性测试工作 (不包括惯性积测量)，至少要进行9次卫星吊装对接和4次卫星翻转。这一系列的操作不 仅耗费大量的时间和精力，而且存在较大的安全隐患。

发明内容为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种可以实现工装的通用化(仅需 要更换横向夹具，就可以实现不同平台的卫星使用本实用新型进行质量特性测试的目的) 和测试状态转换过程的自动化(测试状态的转换通过电机驱动控制，避免手工作业)的测 试设备。本实用新型可以实现卫星分别在质心台和转动惯量测试台上各安装定位一次，即 可测量出卫星各个方向的所有质量特性参数。 本实用新型的直线型三坐标转换机，主要包括平台组件和滑台组件两部分。其 中，平台组件主要包括直线导轨、滚珠丝杠组件、对接盘、床身和驱动电机；滑台组件主要包 括支撑、转台、倾斜台、倾斜机构、旋转机构和助力弹簧；直线导轨、滚珠丝杠组件、对接盘、 光栅尺和驱动电机设置在床身上，平台组件通过对接盘与测试台(质心台和转动惯量测试 台)进行定位连接；滑台组件的支撑与直线导轨的滑块紧固连接，同时与滚珠丝杠组件的 滚珠螺母固定连接。支撑在驱动电机组件和滚珠丝杠组件的驱动下沿直线导轨做直线运 动。精确测量支撑的运动距离的光栅尺的光栅体部分与床身固定连接，光栅尺的滑块与支 撑相连接；倾斜台通过轴承组件设置在支撑上，在倾斜机构的作用下倾斜台可以绕轴承中 心做倾斜运动。倾斜角度通过倾斜感应同步器进行测量，倾斜感应同步器的定子设置在支 撑上，倾斜感应同步器的转子与轴承组件的中心轴固定连接。转台通过轴承组件设置在倾斜台上，转台在旋转机构的驱动下，绕轴承组件的转轴做360。旋转。旋转角度通过旋转感 应同步器进行测量，旋转感应同步器的定子设置在倾斜台上，旋转感应同步器的转子与轴 承组件的中心轴固定连接。 本实用新型的直线型三坐标转换机可用于卫星整星、卫星零部件和卫星分系统的 质量特性测试，也可在汽车整车及零部件、航空武器等领域中使用，完成了相关产品的质量 特性测试。 本实用新型的直线型三坐标转换机与传统的弧线型三坐标转换机技术相比，具有 以下优点 (1)提高了工装的通用性。使用L型支架或托架的局限性在于其专用性主要表 现在1个L型支架或托架的设计仅能满足某一平台卫星的测量使用，不能满足其他平台卫 星的测量需求。另外，若该平台改进后，例如，结构尺寸增大，会造成L型支架或托架与卫星 的干涉，L型支架或托架就不能继续满足该平台卫星的使用。直线型三坐标转换机的投入 使用后，不同平台卫星的质量特性测试就可以不需要设计自己的L型支架或托架。只需要 设计对应接口的横向支架，与直线型三坐标转换机正确连接就可以进行测试。对于卫星平 台的改进，例如结构尺寸增大，不会造成卫星与直线型三坐标转换机的干涉，提高了现有工 装的使用效率。 (2)减少了卫星的吊装次数，提高了测试效率。由于测试设备的限制，不能实现l 次安装就能够进行卫星所有质量特性参数的测量，必须进行测试状态的转换。测试状态的 转换需要进行吊装作业。使用传统的测量方法，1颗三轴稳定卫星进行一次常规的质量特性 测试工作(不包括惯性积测量)，至少要进行10次卫星吊装对接和4次卫星翻转。使用直 线型三坐标转换机后，进行一次常规的质量特性测试工作需要吊装对接的次数为4次，无 翻转作业。提高了测试效率和测试过程的安全性。 (3)实现克服卫星惯性积测量的局限。卫星的惯性积测量的传统方法是使用动平 衡机进行旋转测量。由于三轴稳定卫星采用碳纤维材料制造和箱体板式外型设计，不适合 进行旋转运动测量，所以三轴稳定卫星的惯性积数据无法进行测量。采用直线型三坐标转 换机后，可以通过测量卫星不同状态的转动惯量计算求得。在卫星惯性积的测量方法上实 现新的突破。

图1为本实用新型的直线型三坐标转换机的示意图。 其中，1为支撑，2为转台，3为倾斜机构，4为倾斜台，5为旋转感应同步器，6为旋 转机构，7为助力弹簧，8为倾斜感应同步器，9为直线导轨，IO为滚珠丝杠组件，ll为光栅 尺，12为对接盘，13为床身，14为驱动电机； 图2为本实用新型的卫星质量特性测试用直线型三坐标转换机进行卫星质量特 性测试的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明，但这些仅仅是示例性 的，并不旨在对其保护范围进行任何限定。[0015] 参照图l，本实用新型的直线型三坐标转换机主要包括平台组件和滑台组件两部 分。其中，平台组件主要包括直线导轨9、滚珠丝杠组件10、对接盘12、床身13和驱动电机 14 ;滑台组件主要包括支撑1、转台2、倾斜台4、倾斜机构3、旋转机构6和助力弹簧7 ;直线 导轨9、滚珠丝杠组件10、对接盘12、光栅尺11和驱动电机14设置在床身13上，平台组件 通过对接盘12与测试台(质心台和转动惯量测试台)进行定位连接；滑台组件的支撑1与 直线导轨9的滑块(未示出)紧固连接，同时与滚珠丝杠组件10的滚珠螺母(未示出)固 定连接。支撑1在驱动电机14和滚珠丝杠组件10的驱动下沿直线导轨9做直线运动。精 确测量支撑的运动距离的光栅尺11的光栅体部分与床身13固定连接，光栅尺11的滑块与 支撑1相连接；倾斜台4通过轴承组件设置在支撑1上，在倾斜机构3的作用下倾斜台4可 以绕轴承中心做倾斜运动。倾斜角度通过倾斜感应同步器8进行测量。转台通过轴承组件 设置在倾斜台上，转台2在旋转机构6的驱动下，绕轴承组件的转轴做360°旋转。旋转角 度通过旋转感应同步器5进行测量。 使用本实用新型的直线型三坐标转换机进行卫星的质量、质心和转动惯量测试的 实施过程如下，具体流程参见图2。 1)将直线型三坐标转换机吊装到质心台上，对接盘与质心台台面进行定位和紧固 连接，吊装横向工装与直线型三坐标转换机的旋转台连接定位。 2)设置直线型三坐标转换机的垂直测量状态，要求倾斜台的倾斜角度为O。，转 台的旋转角度为O。，滑台组件的直线移动距离为Omm。测量此时直线型三坐标转换机的质 量质心并保存数据。 3)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机的倾斜测量状态，使倾斜台的倾斜角 度为a，转台的旋转角度为O。，滑台组件的直线移动距离为L。测量此时直线型三坐标转 换机的质量质心并保存数据。 4)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态满足(2)的要求。将卫星吊装到 直线型三坐标转换机上，并与横向工装紧固连接。此时，使用质心台测量卫星的质量m和横 向质心Yc， Zc，保存并打印测量数据。 5)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态满足(3)的要求。此时，使用质心 台测量卫星的横向质心Ycl， Zcl，保存并打印测量数据。 6)在两种状态下，通过卫星质心Yc值在质心台坐标系下的变化可以计算卫星的
纵向质心Xc。计算公式如下 Xc = (Ycl-Yc化os a _L) /sin a _H 式中Xc——纵向质心； Yc——横向Y轴质心； L——滑台水平移动的距离，已知常量； H——横向工装高度，已知常量。 7)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态满足(2)的要求。将卫星吊离直 线型三坐标转换机；横向工装吊离直线型三坐标转换机。 8)将直线型三坐标转换机吊装到转动惯量台上，对接盘与转动惯量台台面进行定
位和紧固连接，吊装横向工装与直线型三坐标转换机的旋转台连接定位。 9)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态满足(2)的要求。测量此时直线
5型三坐标转换机的转动惯量并保存数据。 10)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机的倾斜测量状态，使倾斜台的倾斜 角度为a，滑台组件的直线移动距离为L。分别测量转台的旋转角度为O。 、90° 、180° 、 270°时直线型三坐标转换机的转动惯量并保存数据。 11)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态满足(2)的要求。将卫星吊装到 直线型三坐标转换机上，并与横向工装紧固连接。此时，使用质心台测量卫星的X轴的转动 惯量I.，保存并打印测量数据。 12)通过驱动装置，设置直线型三坐标转换机状态分别满足(11)的要求。分别测 量各测试状态的转动惯量，对应关系如下旋转角度为0°时测量值为I"旋转角度为90° 时测量值为12，旋转角度为180°时测量值为13，旋转角度为270°时测量值为14。测试完 成后，保存并打印测量数据。
13)将Ix、 I" 12、 13、 14和a值代入下列公式 2 sin or
2" + /^ ,z
2 sin 2or 可以求得转动惯量Iy、 Iz和惯性积Iyz、 Ixz。 尽管上文对本实用新型的具体实施方式
进行了详细的描述和说明，但应该指明的 是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本实用新型的精神和 所附的权利要求所记载的范围。
2sm— a
"2 sin 2"
权利要求一种卫星质量特性测试用直线型三坐标转换机，主要包括平台组件和滑台组件两部分，平台组件主要包括直线导轨(9)、滚珠丝杠组件(10)、对接盘(12)、床身(13)和驱动电机(14)；滑台组件主要包括支撑(1)、转台(2)、倾斜台(4)、倾斜机构(3)、旋转机构(6)和助力弹簧(7)，其特征在于，直线导轨(9)、滚珠丝杠组件(10)、对接盘(12)、光栅尺(11)和驱动电机(14)设置在床身(13)上，平台组件通过对接盘(12)与测试台进行定位连接；滑台组件的支撑(1)与直线导轨(9)的滑块紧固连接，同时与滚珠丝杠组件(10)的滚珠螺母固定连接；支撑(1)在驱动电机(14)和滚珠丝杠组件(10)的驱动下沿直线导轨(9)做直线运动；精确测量支撑的运动距离的光栅尺(11)的光栅体部分与床身(13)固定连接，光栅尺(11)的滑块与支撑(1)相连接；倾斜台(4)通过轴承组件设置在支撑(1)上，在倾斜机构(3)的作用下倾斜台(4)可以绕轴承中心做倾斜运动；倾斜角度通过倾斜感应同步器(8)进行测量，倾斜感应同步器(8)的定子设置在支撑(1)上，倾斜感应同步器(8)的转子与轴承组件的中心轴固定连接；转台(2)通过轴承组件设置在倾斜台上，转台(2)在旋转机构(6)的驱动下，绕轴承组件的转轴做360°旋转；旋转角度通过旋转感应同步器(5)进行测量，旋转感应同步器(5)的定子设置在倾斜台4上，旋转感应同步器(5)的转子与轴承组件的中心轴固定连接。
专利摘要本实用新型提供了一种卫星质量特性测试用直线型三坐标转换机，主要包括平台组件和滑台组件两部分，平台组件主要包括直线导轨、滚珠丝杠组件、对接盘、床身和驱动电机；滑台组件主要包括支撑、转台、倾斜台、倾斜机构、旋转机构和助力弹簧。与现有的弧线型三坐标转换机相比，本实用新型具有更好的通用性。
文档编号G01M1/10GK201548380SQ20092029353
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者张杨, 徐在峰, 杜晨, 王洪鑫, 赵科, 陈勉 申请人:北京卫星环境工程研究所