[发明专利]对接机构综合试验系统在线校准装置直线速度校准方法

说明书

技术领域

本发明属于计量校准技术领域，运动速度校准技术，具体为空间对接机构综合试验系统在线校准装置直线速度验证方法。

背景技术

空间对接机构是个非常复杂的机电一体化机构，为了检验空间对接机构工作的可靠性以及考察空间恶劣环境对对接机构的影响，需要在地面进行大量的测试和试验。为此在空间对接机构研制的同时还研制了空间对接机构综合试验系统，其包括空间对接机构综合试验台、空间对接机构特性测试台和空间对接机构缓冲试验台，开展对空间对接机构整机性能及功能的全面测试试验，这些试验的数据为对接机构初始条件的建立和验证、对接机构的设计、性能的调整提供必要的依据。

空间对接机构综合试验系统多自由度运动模拟器可以模拟两个飞行器进行各种相对位置和姿态偏差条件下的对接，再现飞行器在特定空间环境条件下的接触、捕获、缓冲、拉紧和分离过程，也可以模拟航天器在对接过程中的滚转、偏航、俯仰等各种姿态。

空间对接机构综合试验系统运动速度校准装置用于对空间对接机构综合试验系统运动模拟器的直线运动速度和旋转运动速度进行校准。针对试验系统运动模拟器的运动特点，采用激光跟踪测量技术通过对运动模拟器上特征点的跟踪测量，利用CPU时钟进行采样，实现定时测距。将跟踪仪采样的数据(位移s-时间t)进行数据处理，利用内置软件转化成所需的速度量实现对运动模拟器位姿测量参数的校准。

运动速度校准装置由位姿校准单元（激光跟踪仪、控制器、反射靶镜、PC机等硬件）和SA软件组成，通过位姿校准单元动态测量和采集位移数据，同时基于计算机晶振实时采集时间参数，最后通过SA测量软件，经过数据处理，通过相应的软件算法，得到运动速度参数的值，实现对运动速度参数的现场校准。原理框图如图1所示。

测量时，将反射球放置在试验台运动平台上，跟踪仪对准反射球，反射球随运动平台作直线或旋转的匀速运动。激光跟踪仪通过软件设置采样频率，动态测量出反射球的运动轨迹。通过获取得到的位移参数和采样时间，利用软件算法计算得到运动平台的运动速度。

运动速度校准装置技术指标如下：

直线运动速度：

测量范围：（0.5～400）mm/s，测量不确定度：U_rel=1.0%，k=2

旋转运动速度：

测量范围：（0.1°/s ～ 2°/s），测量不确定度：U_rel=1.0%，k=2

目前对于运动速度校准装置的旋转运动速度参数的验证，主要可以采用高精密匀速转台配合相应的工装夹具，完成对其旋转速度的验证。但是对于直线运动速度参数的验证，目前国内外没有很好的解决办法。

中航工业北京长城计量测试技术研究所（航空304所）研制了圆轨迹发生器设计用于校准激光跟踪仪或其它具有目标跟踪能力的测量系统的动态性能，发生器本身可提供线速度范围为（0.5~10）m/s 的匀速转动，覆盖了当今市场主要跟踪仪跟踪速度的范围。可满足JJF 1242-2010 中规定的动态速度极限、动态示值误差和动态示值变动量等动态参数的校准，也可作为标准的转速用于其它仪器的检测或校准。使用时可由控制箱直接控制转速，操作方便。发生器体积小巧，便于携带。既适合实验室使用，又可用于现场使用。圆轨迹发生器主要部件为：转动部件、控制箱和控制电缆三部分；转动部分由伺服电机、驱动器和控制器等组成。控制箱内安装有电机的供电电源和再生放电钳。前后面板有操作开关、指示灯和通讯接口等。控制电缆用于连接转动部分和控制箱。

圆轨迹发生器技术指标为：

线速度测量范围：（0.5~10）m/s；

测量不确定度：U_rel=5%，k=2（3m/s条件下）；

加速度：默认为10 m/s² 或-10 m/s²。

航空304所的圆轨迹发生器虽然能够用于基于激光跟踪仪测量系统的在线校准装置的运动直线速度参数的校准，但是其加速度为恒定数值，与实际使用有一定差距，不能完全验证装置的技术能力。此外，圆轨迹发生器的相对测量不确定度为5%，与在线校准装置的1%有较大差距，难以对其进行校准。

对于基于激光干涉测量系统的在线校准装置的直线速度参数，没有与此相关的校准手段可供参考。目前也没有查阅到相关对于直线运动速度参数的在线校准的国内外研究资料。

发明内容