劉博學(xué)，蒲理華，王 婷，柏宏武，李瑜華，孫曉輝，蘭亞鵬

(1.中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院，西安 710000；2.天津航天機(jī)電設(shè)備研究所，天津 300192)

0 引言

高精度準(zhǔn)光天線屬于新興天線技術(shù)領(lǐng)域，是對(duì)地遙感、射電天文、深空探測(cè)載荷天線的核心組成部分[1-4]，區(qū)別于傳統(tǒng)微波天線的主反、副反饋源結(jié)構(gòu)，其一般由饋源喇叭、平面鏡、橢球鏡、頻率選擇面和極化線柵等多個(gè)準(zhǔn)光學(xué)饋電部件按照一定的空間相對(duì)位置關(guān)系排列安裝在同一復(fù)材板上而成[5-7]，尺寸小、部件多、結(jié)構(gòu)緊湊且復(fù)雜，工作頻率達(dá)到數(shù)百赫茲以上，因此對(duì)天線復(fù)材安裝板上饋源喇叭、平面鏡、橢球鏡、頻率選擇面和極化線柵等部件的安裝位姿精度及平面鏡和橢球鏡的形面精度要求極高。準(zhǔn)光天線在設(shè)計(jì)完成后，影響其最終性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于零部件的裝配、校準(zhǔn)和測(cè)量過程，準(zhǔn)光天線AIT過程中的裝配、校準(zhǔn)和測(cè)量是為了使饋源喇叭、平面鏡、橢球鏡、頻率選擇面和極化線柵等部件的實(shí)際形狀及安裝的位置姿態(tài)與理論設(shè)計(jì)的偏差滿足容差要求，以保證天線各部件之間具有良好的位置精度和指向精度，最終使得由零、部件組成的天線系統(tǒng)電性能滿足要求，避免各饋電部件不同程度的形狀、位置和姿態(tài)偏差造成天線的電輻射性能的惡化。

相對(duì)于微波遙感載荷，準(zhǔn)光天線工作頻段更高，對(duì)裝配校準(zhǔn)測(cè)量提的精度要求也更高。目前傳統(tǒng)裝配手段中，螺釘連接后再通過修配加調(diào)整墊片等手段保證位置指向精度的方式效率、精度均較低；而在測(cè)量手段方面，關(guān)節(jié)臂接觸式測(cè)量和三坐標(biāo)接觸式測(cè)量，測(cè)量軌跡復(fù)雜且小尺寸基準(zhǔn)孔坐標(biāo)無法通過關(guān)節(jié)臂和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針獲得；攝影測(cè)量不能直接識(shí)別部件基準(zhǔn)孔，需要專用目標(biāo)靶，天線反射鏡鍍層表面不允許粘貼帶有膠層的目標(biāo)靶，且準(zhǔn)光天線裝配的位置精度要求優(yōu)于0.06 mm，指向精度優(yōu)于0.03°，非接觸式經(jīng)緯儀交會(huì)測(cè)量系統(tǒng)精度無法滿足要求。可見，傳統(tǒng)的裝配校準(zhǔn)測(cè)量方法已不能滿足高精度準(zhǔn)光天線研制需求。

1 準(zhǔn)光天線裝配校準(zhǔn)測(cè)量新技術(shù)

基于上述背景，本文從裝配和測(cè)量?jī)煞矫骈_展技術(shù)研究，提出了適合于準(zhǔn)光天線各部件的形狀位姿等裝配、校準(zhǔn)和測(cè)量的新方法。

1.1 準(zhǔn)光天線統(tǒng)一基準(zhǔn)定位裝配校準(zhǔn)技術(shù)

準(zhǔn)光天線裝配校準(zhǔn)目的是保證天線復(fù)材安裝板上的高頻率饋源喇叭、平面鏡、橢球鏡、頻率選擇面和極化線柵相互之間具有良好的位置精度和指向精度，使得組成的天線系統(tǒng)電性能滿足要求，準(zhǔn)光天線安裝布局如圖1所示。

圖1 準(zhǔn)光天線布局圖

準(zhǔn)光天線的裝配校準(zhǔn)技術(shù)不同于傳統(tǒng)的主反、副反和饋源的三項(xiàng)統(tǒng)調(diào)技術(shù)[8]，傳統(tǒng)微波天線部件較少，其主反、副反及饋源的裝配校準(zhǔn)一般以主反為基準(zhǔn)裝配副反，后以副反為基準(zhǔn)裝配饋源，裝配過程中根據(jù)微波傳遞路徑采用基準(zhǔn)層級(jí)變換的方式可以保證相鄰部件間的位置及指向精度，并且一般不會(huì)引起最終全局裝配結(jié)果出現(xiàn)明顯的天線指向累積誤差，但是圖1所示的準(zhǔn)光天線其結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)微波天線，其部件較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度較高，若根據(jù)光路采用傳統(tǒng)微波天線裝配使用的基準(zhǔn)層級(jí)變換方式進(jìn)行裝配，如圖2中所示流程，不可避免的存在多級(jí)累積誤差，引起最終指向較大的偏差。由于準(zhǔn)光天線整體通過復(fù)材安裝板與衛(wèi)星接口連接，復(fù)材安裝板決定了準(zhǔn)光天線的基準(zhǔn)指向。采用傳統(tǒng)方式裝配校準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)饋源喇叭相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R1，橢球面鏡相對(duì)于饋源喇叭的裝配指向誤差為R2，平面鏡1相對(duì)于橢球面鏡的裝配指向誤差為R3，頻率選擇面相對(duì)于平面鏡1的裝配指向誤差為R4，平面鏡2相對(duì)于頻率選擇面的裝配指向誤差為R5，極化線柵相對(duì)于平面鏡2的裝配指向誤差為R6，則該準(zhǔn)光天線實(shí)際裝配過程中的通過基準(zhǔn)層級(jí)變換引入的相對(duì)于復(fù)材安裝板的最大裝配指向誤差為RTMAX，指向誤差累積隨光路復(fù)雜度增加：

RTMAX=|R1|+|R2|+|R3|+|R4|+|R5|+|R6|

(1)

圖2 準(zhǔn)光天線采用傳統(tǒng)方式裝配校準(zhǔn)流程

同時(shí)，目前傳統(tǒng)裝配過程中直接采用螺釘連接安裝，螺釘連接后再通過修配加調(diào)整墊片等手段保證位置指向精度，但是，這種裝配方式的精度不高，后期需要反復(fù)的調(diào)整，效率較低。

因此，對(duì)于工作頻段更高的準(zhǔn)光天線，采用目前傳統(tǒng)微波遙感天線的裝配校準(zhǔn)方式，難以滿足高精度、高可靠和高效率的裝配要求，需要借助更高精度的裝配校準(zhǔn)方法。

統(tǒng)一基準(zhǔn)定位裝配技術(shù)是準(zhǔn)光天線研制過程中不可忽略的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，天線各部件與復(fù)材板的安裝和校準(zhǔn)通過銷釘預(yù)定位方式，設(shè)計(jì)高精度定位螺釘實(shí)現(xiàn)各饋電組件的精密機(jī)械安裝，定位安裝精度優(yōu)于0.02 mm，同時(shí)在裝配校準(zhǔn)方案上以復(fù)材安裝板作為統(tǒng)一的全局裝配參考基準(zhǔn)，通過安裝板基準(zhǔn)孔標(biāo)定，以安裝板坐標(biāo)系為全局參考基準(zhǔn)，分別裝配校準(zhǔn)準(zhǔn)光天線饋源喇叭、平面鏡、橢球鏡、頻率選擇面和極化線柵等部件相對(duì)于全局參考的位置姿態(tài)及相互之間的空間關(guān)系。如圖3所示，該方法避免了校準(zhǔn)過程累積誤差的影響，將校準(zhǔn)過程基準(zhǔn)變換帶來的累積誤差降低到最小。采用統(tǒng)一基準(zhǔn)方式裝配校準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)饋源喇叭相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R1'，橢球面鏡相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R2'，平面鏡1相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R3'，頻率選擇面相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R4'，平面鏡2相對(duì)于復(fù)材安裝板的裝配指向誤差為R5'，極化線柵相對(duì)于復(fù)材安裝板裝配指向誤差為R6'，則該準(zhǔn)光天線實(shí)際裝配過程中的引入的相對(duì)于復(fù)材安裝板的最大裝配指向誤差為RNMAX，不存在累積誤差影響：

RNMAX=MAX﹛|R1'|，|R2'|，|R3'|，|R4'|，

|R5'|，|R6'|﹜

(2)

圖3 準(zhǔn)光天線采用統(tǒng)一基準(zhǔn)裝配校準(zhǔn)流程

1.2 準(zhǔn)光天線高精度測(cè)量技術(shù)

高精度的裝配校準(zhǔn)離不開高精度的測(cè)量，高精度測(cè)量為高精度裝配校準(zhǔn)提供量化指導(dǎo)和檢測(cè)。如圖1所示，準(zhǔn)光天線具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1)天線復(fù)材安裝板尺寸小，但是安裝饋電部件多，整體結(jié)構(gòu)緊湊呈異形，各饋電部件周圍空間有限；

2)天線各部件尺寸小，反射鏡最小口徑僅150 mm，同時(shí)天線各部件預(yù)留基準(zhǔn)孔尺寸較小，各部件表面周邊僅有直徑1 mm的基準(zhǔn)孔；

3)平面鏡和橢球鏡等反射鏡的表面鍍層，裝配精度測(cè)量時(shí)需要保證位姿精度滿足0.06 mm和 0.03°的要求，同時(shí)需要檢測(cè)安裝后的形面精度，形面設(shè)計(jì)精度達(dá)到0.01 mm。

傳統(tǒng)的裝配精度測(cè)量方法主要有經(jīng)緯儀交會(huì)測(cè)量、攝影測(cè)量、關(guān)節(jié)臂接觸式測(cè)量、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)量等，其通過測(cè)量系統(tǒng)獲得天線部件基準(zhǔn)孔和表面大量測(cè)點(diǎn)在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系下的測(cè)量值，并與其理論值進(jìn)行空間對(duì)比，進(jìn)而獲得各部件實(shí)際安裝后的形狀位姿精度，即裝配精度。但是由于準(zhǔn)光天線上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的限制，關(guān)節(jié)臂接觸式測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)量空間受限，測(cè)量軌跡復(fù)雜且小尺寸基準(zhǔn)孔坐標(biāo)無法通過關(guān)節(jié)臂和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針獲得；攝影測(cè)量需要專用目標(biāo)靶，其不能直接識(shí)別部件基準(zhǔn)孔，而且天線反射鏡鍍層表面也不允許粘貼帶有膠層的目標(biāo)靶；對(duì)于準(zhǔn)光天線各部件的裝配校準(zhǔn)要求位置精度優(yōu)于0.06 mm，指向精度優(yōu)于 0.03°，非接觸式經(jīng)緯儀交會(huì)測(cè)量系統(tǒng)0.1 mm的系統(tǒng)精度根本無法滿足?？傊?，現(xiàn)有傳統(tǒng)的測(cè)量方法已無法滿足該高精度準(zhǔn)光天線的裝配精度測(cè)量工作。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文采用了一種基于激光干涉測(cè)量和數(shù)模比對(duì)技術(shù)建立虛擬基準(zhǔn)用于高精度準(zhǔn)光天線部件形狀位姿等裝配精度測(cè)量的新技術(shù)，如圖4所示，解決了目前高精度準(zhǔn)光天線部件裝配精度測(cè)量的難題，同時(shí)也相應(yīng)的提高了測(cè)量效率。以準(zhǔn)光天線高精度反射鏡測(cè)量為例，本文對(duì)其裝配后的位置姿態(tài)測(cè)量和形面精度測(cè)量方法進(jìn)行實(shí)踐研究。

1.2.1 位置姿態(tài)測(cè)量

一般的，在反射鏡位置姿態(tài)測(cè)量時(shí)，首先利用測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量復(fù)材安裝板上預(yù)埋件基準(zhǔn)孔建立全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系下同時(shí)由測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量得到反射鏡預(yù)留基準(zhǔn)孔(一般為4～6個(gè))中心坐標(biāo)，將基準(zhǔn)孔坐標(biāo)測(cè)量值與理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換獲得反射鏡位移、轉(zhuǎn)角等位置姿態(tài)測(cè)量結(jié)果。但由于準(zhǔn)光天線反射鏡尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，鏡面周邊預(yù)留基準(zhǔn)孔尺寸也設(shè)計(jì)較小，僅有1 mm。如上所述，傳統(tǒng)的測(cè)量方式由于無法直接精確測(cè)量基準(zhǔn)孔中心坐標(biāo)而無法采用基準(zhǔn)孔測(cè)量值與基準(zhǔn)孔理論值進(jìn)行公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換直接獲得反射鏡位置姿態(tài)。

圖4 準(zhǔn)光天線測(cè)量系統(tǒng)示意圖

1)任意基準(zhǔn)點(diǎn)激光測(cè)量采集技術(shù)

激光測(cè)量系統(tǒng)由單臺(tái)激光跟蹤儀以單頻激光自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)跟蹤配合的球棱鏡目標(biāo)附件并根據(jù)極坐標(biāo)測(cè)量原理得到目標(biāo)球棱鏡中心在跟蹤儀測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，測(cè)量方式有靜態(tài)目標(biāo)測(cè)量，動(dòng)態(tài)目標(biāo)測(cè)量?jī)煞N[9]。原理如圖5所示：

圖5 點(diǎn)坐標(biāo)激光測(cè)量原理

目標(biāo)球棱鏡中心Pi的三維點(diǎn)坐標(biāo)為：

Xi=Si×cos(Vi)×cos(HZi)

(3)

Yi=Si×sin(HZi)×cos(Vi)

(4)

Zi=Si×cos(Vi)

(5)

其中，Si為目標(biāo)球棱鏡中心i至跟蹤儀中心距離，HZi為目標(biāo)球棱鏡中心i在跟蹤儀下的方位角，Vi為目標(biāo)球棱鏡中心i在跟蹤儀下的俯仰角。

激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的球棱鏡中心坐標(biāo)測(cè)量精度取決于其碼盤的測(cè)角精度和激光的測(cè)距精度。系統(tǒng)靜態(tài)角度測(cè)量誤差達(dá)到±1″，干涉激光測(cè)距精度達(dá)到 1 μm/m，棱鏡中心綜合點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)精度達(dá)到 ±5 μm/m。因此，對(duì)于該準(zhǔn)光天線的測(cè)量精度優(yōu)于 0.02 mm和0.003°，滿足準(zhǔn)光天線反射鏡裝配位置精度優(yōu)于0.06 mm，指向精度優(yōu)于0.03°的測(cè)量要求。

但由于準(zhǔn)光天線反射鏡面周邊預(yù)留設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔尺寸較小，僅有1 mm。如上所述，與傳統(tǒng)的測(cè)量方式遇到的問題一樣，激光測(cè)量系統(tǒng)用其直徑最小的12.7 mm球棱鏡也無法直接精確測(cè)量基準(zhǔn)孔中心坐標(biāo)，因而無法采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔的測(cè)量值與基準(zhǔn)孔理論值進(jìn)行公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換直接獲得反射鏡位置姿態(tài)。因此，本文提出不依靠原始設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔而采用激光測(cè)量任意基準(zhǔn)點(diǎn)代替原始設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔發(fā)揮的作用，如圖6所示。基準(zhǔn)點(diǎn)的選取位置不受嚴(yán)格限制，一般分布在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔周邊位置，數(shù)量與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔數(shù)量一致，每次測(cè)量時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)的位置也不需要完全重合，同時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量精度與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔的尺寸無關(guān)，完全由激光測(cè)量系統(tǒng)自身測(cè)量精度保證。而且采用的球棱鏡直徑僅有12.7 mm，位置靈活可調(diào)整，不受接觸式測(cè)量天線反射鏡時(shí)周圍空間受限的影響。由此，采用高精度激光測(cè)量技術(shù)獲得了與反射鏡基準(zhǔn)孔相對(duì)應(yīng)的一組任意基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)，此基準(zhǔn)點(diǎn)為與反射鏡接觸的球棱鏡中心在全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)，為了使其發(fā)揮天線基準(zhǔn)孔的作用，需要在此測(cè)量基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)和鏡面實(shí)測(cè)點(diǎn)。

圖6 任意基準(zhǔn)點(diǎn)激光測(cè)量采集

2)基于數(shù)模比對(duì)的虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)和鏡面實(shí)測(cè)點(diǎn)建立技術(shù)

在由復(fù)材安裝板基準(zhǔn)孔建立的全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下，利用激光跟蹤測(cè)試系統(tǒng)點(diǎn)坐標(biāo)激光測(cè)量方式配合直徑12.7 mm球棱鏡分別直接接觸測(cè)量反射鏡基準(zhǔn)孔周邊鏡面任意位置，獲得與基準(zhǔn)孔數(shù)量對(duì)應(yīng)的(4～6個(gè))球棱鏡中心坐標(biāo)——任意基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，然后分別將所測(cè)球棱鏡中心坐標(biāo)沿參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下反射鏡理論數(shù)字化模型中反射鏡面的法向負(fù)方向偏移球棱鏡半徑偏差6.35 mm形成一組反射鏡表面實(shí)測(cè)點(diǎn)(如圖7所示，偏移實(shí)測(cè)點(diǎn))，同時(shí)也沿反射鏡面的法向負(fù)方向向鏡面投影形成一組表面理論點(diǎn)即虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)(如圖7所示，投影理論點(diǎn))。由此，獲得的表面實(shí)測(cè)點(diǎn)即為傳統(tǒng)裝配精度測(cè)量過程中的基準(zhǔn)孔測(cè)量值，而虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)即為傳統(tǒng)裝配精度測(cè)量過程中的基準(zhǔn)孔設(shè)計(jì)值。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步進(jìn)行反射鏡位姿形狀測(cè)量分析。

圖7 數(shù)模比對(duì)虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)和鏡面實(shí)測(cè)點(diǎn)建立

3)基于虛擬基準(zhǔn)的反射鏡位置姿態(tài)測(cè)量分析技術(shù)

將采用上述方式測(cè)量建立形成的表面實(shí)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量值與投影形成表面理論點(diǎn)坐標(biāo)值即虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換，獲得反射鏡實(shí)際安裝位置相對(duì)于理論數(shù)字模型的位移、轉(zhuǎn)角等位置姿態(tài)參數(shù)，此即為反射鏡的位姿裝配精度測(cè)量結(jié)果。

公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換是利用同一組點(diǎn)集在不同坐標(biāo)系下三維坐標(biāo)值的不同，確定相互之間坐標(biāo)系位置姿態(tài)轉(zhuǎn)換參數(shù)的一種方法[10]。對(duì)反射鏡任意一組基準(zhǔn)點(diǎn)其在全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的對(duì)應(yīng)的鏡面實(shí)際測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和投影虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，相互之間存在三個(gè)平移參數(shù)、三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)，記為t=(Dx，Dy，Dz，Rx，Ry，Rz)，此即為反射鏡實(shí)際安裝與理論位姿的誤差。設(shè)反射鏡虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)在參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的理論設(shè)計(jì)坐標(biāo)為(Xi，Yi，Zi)(i=4～6)，在參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的鏡面實(shí)際測(cè)量坐標(biāo)為(xi，yi，zi)，兩組點(diǎn)集之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

(6)

則反射鏡在全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的位置姿態(tài)為(Dx，Dy，Dz，Rx，Ry，Rz)。

1.2.2 形面精度測(cè)量

天線反射面的形面精度是評(píng)價(jià)天線質(zhì)量的重要指標(biāo)，其表面形狀誤差將引起輻射方向圖的畸變，產(chǎn)生天線波束指向誤差，影響天線收發(fā)信息的準(zhǔn)確性和發(fā)射功率，降低天線的可靠性。因此，對(duì)于準(zhǔn)光天線中的平面鏡和橢球鏡，在保證其裝配位置姿態(tài)的基礎(chǔ)上，還需要保證其裝配校準(zhǔn)后的形面精度。準(zhǔn)光天線裝配校準(zhǔn)過程中，先對(duì)天線反射鏡位置姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)調(diào)試，后對(duì)其形面精度進(jìn)行測(cè)量。

反射鏡形面精度測(cè)量時(shí)，利用激光測(cè)量系統(tǒng)按空間掃描方式均勻測(cè)量反射鏡表面測(cè)點(diǎn)，手持直徑12.7 mm球棱鏡以均勻適度力接觸被測(cè)鍍層反射鏡表面，采點(diǎn)軌跡一般如圖8所示。

圖8 激光形面測(cè)量采點(diǎn)軌跡

由于激光測(cè)量系統(tǒng)掃描測(cè)量時(shí)直接采集獲得的是直徑12.7 mm球棱鏡中心空間坐標(biāo)，故在形面精度測(cè)量時(shí)同樣需要基于數(shù)字化理論模型沿反射鏡面的法向負(fù)方向偏移球棱鏡半徑偏差6.35 mm建立獲得反射鏡表面實(shí)測(cè)點(diǎn)，如圖7所示，鏡面實(shí)測(cè)點(diǎn)建立方式。在全局參考基準(zhǔn)坐標(biāo)系下，通過建立的反射鏡表面大量實(shí)際測(cè)量點(diǎn)，與理論模型的反射鏡表面直接比較，最終得到實(shí)測(cè)目標(biāo)表面與理論模型表面在所有測(cè)點(diǎn)處的法向偏差，如圖9所示。

圖9 形面精度直接比較

所有法向偏差的均方根值即為反射鏡的形面精度：

(7)

其中，n為表面實(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)量。此即為反射鏡在對(duì)應(yīng)位姿下的形狀參數(shù)，該形面精度測(cè)量方法采用球棱鏡目標(biāo)附件接觸測(cè)量時(shí)避免了傳統(tǒng)粘貼靶標(biāo)測(cè)量方式污染鏡面的風(fēng)險(xiǎn)，可實(shí)現(xiàn)形面精度的精密快速測(cè)量。

2 技術(shù)應(yīng)用

本文提出的準(zhǔn)光天線裝配校準(zhǔn)測(cè)量新技術(shù)在某型號(hào)產(chǎn)品中得到了實(shí)踐應(yīng)用，如圖10所示。產(chǎn)品各部組件裝配、校準(zhǔn)、測(cè)量后的位置姿態(tài)及形面結(jié)果如表1所列，位置校準(zhǔn)結(jié)果優(yōu)于0.06 mm，姿態(tài)校準(zhǔn)結(jié)果優(yōu)于0.03°，滿足位置姿態(tài)裝配校準(zhǔn)指標(biāo)要求，平面鏡1與平面鏡2在裝配校準(zhǔn)后形面精度測(cè)量結(jié)果優(yōu)于0.01 mmRMS，滿足裝配校準(zhǔn)指標(biāo)要求，但是，橢球鏡形面實(shí)測(cè)達(dá)到0.016 mm，略超出0.01 mm指標(biāo)要求，分析原因可能是由于裝配過程中的裝配應(yīng)力導(dǎo)致橢球鏡微變形引起形面超差。該準(zhǔn)光天線在裝配校準(zhǔn)后經(jīng)吸波暗室電性能實(shí)測(cè)，其綜合指向精度優(yōu)于0.03°。

(a)裝配校準(zhǔn)

表1 裝配校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果

3 結(jié)論

針對(duì)高精度準(zhǔn)光天線裝配校準(zhǔn)和測(cè)量遇到的難題，本文采用統(tǒng)一基準(zhǔn)精確定位裝配校準(zhǔn)技術(shù)配合高精度激光干涉測(cè)量和數(shù)模比對(duì)技術(shù)，降低了多部件裝配過程中累積誤差的影響，同時(shí)利用虛擬基準(zhǔn)點(diǎn)的建立，解決了目前小尺寸天線原始設(shè)計(jì)基準(zhǔn)孔小而無法使用的問題，最終實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)光天線各部件之間位置姿態(tài)和形狀的高精度裝配校準(zhǔn)和測(cè)量。相對(duì)于傳統(tǒng)的攝影測(cè)量、經(jīng)緯儀交會(huì)測(cè)量、關(guān)節(jié)臂接觸及三坐標(biāo)測(cè)試方法，在精度、效率、適用性和可操作性方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)后續(xù)更高頻率太赫茲天線的研制具有重要的意義。