一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法

专利名称：一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211617207.4

专利申请（专利权）人：湖北三江航天红峰控制有限公司
权利人地址：湖北省孝感市北京路特8号

专利发明（设计）人：发明人:徐金龙,陈翔,段书杰,杨瑞,望开圆,樊贺斌

专利摘要：本发明公开了一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，包括操作台、调平装置、应变传感光纤、通道扩展模块、光频域反射计解调模块、数据处理模块，待测卫星主体结构底板放置于操作台上，通过调平装置调平，通道扩展模块和光频域反射计解调模块安装与操作台内，应变传感光纤连续粘贴布设于待测卫星主体结构底板上，并接入通道扩展模块，光频域反射计解调模块与通道扩展模块连接，用于采集数据，数据处理模块与光频域反射计解调模块连接，用于收集所有测试数据和输出检测结果。该检测装置采用分布式光纤传感技术，通过光纤应变数据检测底板上单机装配的一致性，系统自动判读，不依赖人工判断，覆盖面全，检测盲区小，检测效率高。

主权利要求：
1.一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，其特征在于：一致性检测方法采用检测装置进行检测，检测装置包括操作台、调平装置、应变传感光纤、通道扩展模块、光频域反射计解调模块、数据处理模块，待测卫星主体结构底板放置于操作台上，通过调平装置调平，所述通道扩展模块和光频域反射计解调模块安装与操作台内，所述应变传感光纤连续粘贴布设于待测卫星主体结构底板上，并接入通道扩展模块，所述光频域反射计解调模块与通道扩展模块连接，用于采集待测卫星主体结构底板上各个单机装配过程中应变传感光纤的测试数据，所述数据处理模块与光频域反射计解调模块连接，用于收集所有测试数据，自动识别各个单机装配应力数据并分析数据特征，输出待测卫星主体结构底板单机装配一致性检测结果；
数据处理模块输出底板单机装配一致性检测结果的步骤为：
步骤一，建立与光频域反射计解调模块的通讯连接，获取应变传感光纤的测试数据AiF＝[L,E]，AiF为底板区域Ai对应的光纤测试数据，L为光纤长度，表达式为L＝(l1，l2，…，ln),li代表第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光纤长度，E代表光纤的应变测量值，表达式为E＝(e1，e2，…，en),ei代表在li位置对应的光纤应变测量值，将L与底板区域Ai上的单机安装螺栓孔位的空间位置相对应，从L中分离出各个单机的光纤信号aif＝[aiL,aiE]，其中aiL＝(ail1，ail2，…，ailm),代表从L中分离出的与单机ai对应的光纤传感点，aiE＝(aie1，aie2，…，aiem)，代表与aiL对应的光纤测试点的应变数据；
步骤二，在待测卫星主体结构底板单机装配之前，测量基准数据，通过通道扩展模块切换不同应变传感光纤，获取各个区域Ai的基准数据AiF0＝[L0,E0]，并从AiF0中分离出底板区域Ai中包含单机ai的基准数据aif0＝[aiL0,aiE0]；
步骤三，连续记录待测卫星主体结构底板单机装配的全过程，获取全部应变传感光纤的测试数据AiFj,并从中分离出各个单机的装配应变测试数据aifj＝[aiLj,aiEj]，其中aifj代表第j个单机装配工序中单机ai的应变变化数据；
步骤四，设定装配一致性评价指标dc，dci＝(aifjmax‑aif0)，aifjmax代表单机ai经过全部装配流程后最终状态的应变测试数据，aif0代表单机ai初始状态的应变测试数据，统计批量生产的堆叠式卫星中，每颗卫星的主体结构底板所有单机ai的装配一致性评价指标值dci,组成指标矩阵DCk＝(dc1k，dc2k，…，dcnk),DCk代表第k颗卫星的主体结构底板单机装配一致性评价指标矩阵，其矩阵中包含的元素dcik代表第k颗卫星单机ai的装配一致性评价指标值，设定堆叠式卫星批量生产单机装配一致性评价指标矩阵标准值DC0，将每颗卫星的光纤传感测试结果DCk与DC0相比较，计算离散矩阵ΔDCk＝DCk‑DC0＝(Δdc1k，Δdc2k，…，Δdcnk)，其中的矩阵元素Δdcik＝dcik‑dci0代表第k颗卫星的单机ai的装配一致性评价指标与标准值的差异量，设定阈值q，当存在ΔDCk中存在元素|Δdcik|≥q时，判定第k颗卫星的主体结构底板单机装配不满足一致性要求，此时，信号处理模块的输出结果为“不合格”，否则输出结果为“合格”；
步骤五，当输出结果为“不合格”时，提取所有装配一致性评价指标超阈值的单机ai组成集合Ω＝{ai||Δdcik|≥q},并由信号处理模块输出，供操作人员定位异常单机，开展排故。
2.根据权利要求1所述的堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，其特征在于：所述操作台为框架结构，顶部带有四个支撑点，每个支撑点顶部带有一个调平装置，四个调平装置能够独立调节，将承托的待测卫星主体结构底板调整至水平状态，所述操作台顶层镂空，中层放置通道扩展模块,下层放置光频域反射计解调模块,底部安装有四个万向轮，能够自由移动和锁止。
3.根据权利要求1所述的堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，其特征在于：所述应变传感光纤采用单模石英光纤或者多模石英光纤，应变传感光纤的瑞利散射特性与光频域反射计解调模块相匹配，应变传感光纤设有多根，待测卫星主体结构底板上的隔断结构将底板划分为多个独立区域，每个独立区域敷设一根应变传感光纤，每根应变传感光纤形成一个线路，贴近区域内底板上各个单机安装螺栓孔组成的包络线布设，采用速干型胶黏剂连续粘贴，光纤端头由底板上的穿线孔向下引出至操作台，并接入通道扩展模块的输入端。
4.根据权利要求3所述的堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，其特征在于：所述通道扩展模块为多路输入、单路输出型，多根应变传感光纤分别接入通道扩展模块的一个输入端，通道扩展模块的输出端连接光频域反射计解调模块的输入端,通道扩展模块能够任意切换接入光频域反射计解调模块的应变传感光纤。
5.根据权利要求1所述的堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法，其特征在于：所述光频域反射计解调模块为基于光纤瑞利散射原理的光纤应变测量系统，测量空间分辨率不低于5mm，测量长度不小于20m，测量精度不低于±5με。 说明书 : 一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测方法技术领域[0001] 本发明涉及卫星监测技术领域，尤其是一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测装置与检测方法。背景技术[0002] 堆叠式卫星是当今物联网卫星和通讯卫星的重要发展趋势，由于采用堆叠式结构，多颗卫星可以组合为一体，采用“一箭多星”的形式发射，大大提升了星座部署效率，并有效降低单颗卫星的发射成本。堆叠式卫星的主体结构一般为长方体箱型，在主体结构的底板上安装了各种功能的单机，各单机与底板之间采用螺栓连接。单机与底板之间的装配质量对卫星的可靠性和功能性存在重要影响。当出现装配应力集中时，底板会产生翘曲变形，增加结构失效的风险。卫星陀螺仪、激光通讯载荷、推进器等单机对安装的水平度和垂直度有很高要求，当底板出现异常变形时，会影响单机正常工作。在卫星结构研制阶段，会对上述问题进行严密设计和试验验证，确定单机在底板上的安装位置和装配方法。但是，在批量制造阶段，如何确保每颗堆叠式卫星的底板上单机装配质量的一致性，及时发现装配异常，是面临挑战的问题。[0003] 传统的装配质量检测手段一般依赖人工检测，操作人员通过扭力扳手控制螺栓紧固力；质检人员通过肉眼观察，查看单机装配螺栓孔位附近是否存在异常变形；测量人员通过全站仪测量底板变形。这些方法效率较低，存在漏检风险，质量一致性检测能力不佳。[0004] 因此，亟需发展针对堆叠式卫星批量制造过程中，主体结构底板单机装配质量一致性检测的新技术手段，提升批量制造卫星的质量保障水平。发明内容[0005] 针对上述技术问题，本发明提出了一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测装置与检测方法，该检测装置采用分布式光纤传感技术，通过光纤应变数据检测底板上单机装配的一致性，系统自动判读，不依赖人工判断，覆盖面全，检测盲区小，检测效率高。[0006] 一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测装置，包括操作台、调平装置、应变传感光纤、通道扩展模块、光频域反射计解调模块、数据处理模块，待测卫星主体结构底板放置于操作台上，通过调平装置调平，所述通道扩展模块和光频域反射计解调模块安装与操作台内，所述应变传感光纤连续粘贴布设于待测卫星主体结构底板上，并接入通道扩展模块，所述光频域反射计解调模块与通道扩展模块连接，用于采集待测卫星主体结构底板上各个单机装配过程中应变传感光纤的测试数据，所述数据处理模块与光频域反射计解调模块连接，用于收集所有测试数据，自动识别各个单机装配应力数据并分析数据特征，输出待测卫星主体结构底板单机装配一致性检测结果；[0007] 数据处理模块输出底板单机装配一致性检测结果的步骤为：[0008] 步骤一，建立与光频域反射计解调模块的通讯连接，获取应变传感光纤的测试数据AiF＝[L,E]，AiF为底板区域Ai对应的光纤测试数据，L为光纤长度，表达式为L＝(l1，l2，…，ln),li代表第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光纤长度，E代表光纤的应变测量值，表达式为E＝(e1，e2，…，en),ei代表在li位置对应的光纤应变测量值，将L与底板区域Ai上的单机安装螺栓孔位的空间位置相对应，从L中分离出各个单机的光纤信号aif＝[aiL,aiE]，其中aiL＝(ail1，ail2，…，ailm),代表从L中分离出的与单机ai对应的光纤传感点，aiE＝(aie1，aie2，…，aiem)，代表与aiL对应的光纤测试点的应变数据；[0009] 步骤二，在待测卫星主体结构底板单机装配之前，测量基准数据，通过通道扩展模块切换不同应变传感光纤，获取各个区域Ai的基准数据AiF0＝[L0,E0]，并从AiF0中分离出底板区域Ai中包含单机ai的基准数据aif0＝[aiL0,aiE0]；[0010] 步骤三，连续记录待测卫星主体结构底板单机装配的全过程，获取全部应变传感光纤的测试数据AiFj,并从中分离出各个单机的装配应变测试数据aifj＝[aiLj,aiEj]，其中aifj代表第j个单机装配工序中单机ai的应变变化数据；[0011] 步骤四，设定装配一致性评价指标dc，dci＝(aifjmax‑aif0)，aifjmax代表单机ai经过全部装配流程后最终状态的应变测试数据，aif0代表单机ai初始状态的应变测试数据，统计批量生产的堆叠式卫星中，每颗卫星的主体结构底板所有单机ai的装配一致性评价指标值dci,组成指标矩阵DCk＝(dc1k，dc2k，…，dcnk),DCk代表第k颗卫星的主体结构底板单机装配一致性评价指标矩阵，其矩阵中包含的元素dcik代表第k颗卫星单机ai的装配一致性评价指标值，设定堆叠式卫星批量生产单机装配一致性评价指标矩阵标准值DC0，将每颗卫星的光纤传感测试结果DCk与DC0相比较，计算离散矩阵ΔDCk＝DCk‑DC0＝(Δdc1k，Δdc2k，…，Δdcnk)，其中的矩阵元素Δdcik＝dcik‑dci0代表第k颗卫星的单机ai的装配一致性评价指标与标准值的差异量，设定阈值q，当存在ΔDCk中存在元素|Δdcik|≥q时，判定第k颗卫星的主体结构底板单机装配不满足一致性要求，此时，信号处理模块的输出结果为“不合格”，否则输出结果为“合格”；[0012] 步骤五，当输出结果为“不合格”时，提取所有装配一致性评价指标超阈值的单机ai组成集合Ω＝{ai||Δdcik|≥q},并由信号处理模块输出，供操作人员定位异常单机，开展排故。[0013] 作为上述技术方案的优选，所述操作台为框架结构，顶部带有四个支撑点，每个支撑点顶部带有一个调平装置，四个调平装置能够独立调节，将承托的待测卫星主体结构底板调整至水平状态，所述操作台顶层镂空，中层放置通道扩展模块,下层放置光频域反射计解调模块,底部安装有四个万向轮，能够自由移动和锁止。[0014] 作为上述技术方案的优选，所述应变传感光纤采用单模石英光纤或者多模石英光纤，应变传感光纤的瑞利散射特性与光频域反射计解调模块相匹配，应变传感光纤设有多根，待测卫星主体结构底板上的隔断结构将底板划分为多个独立区域，每个独立区域敷设一根应变传感光纤，每根应变传感光纤形成一个线路，贴近区域内底板上各个单机安装螺栓孔组成的包络线布设，采用速干型胶黏剂连续粘贴，光纤端头由底板上的穿线孔向下引出至操作台，并接入通道扩展模块的输入端。[0015] 作为上述技术方案的优选，所述通道扩展模块为多路输入、单路输出型，多根应变传感光纤分别接入通道扩展模块的一个输入端，通道扩展模块的输出端连接光频域反射计解调模块的输入端,通道扩展模块能够任意切换接入光频域反射计解调模块的应变传感光纤。[0016] 作为上述技术方案的优选，所述光频域反射计解调模块为基于光纤瑞利散射原理的光纤应变测量系统，测量空间分辨率不低于5mm，测量长度不小于20m，测量精度不低于±5με。[0017] 本发明的有益效果在于：[0018] 1、本发明提出的装置采用分布式光纤传感技术，不依赖人工的客观检测，通过客观测量的光纤应变数据检测底板上单机装配的一致性，系统自动判读，不依赖人工判断，具有客观性。[0019] 2、覆盖全面，检测盲区小，传感光纤体积纤细且柔韧性好，可以覆盖底板上各个单机的安装螺栓孔位包络线，并且分布式光纤传感技术可测量光纤全长的应变数据，因此，底板上大部分单机都可以检测，漏检可能性小。[0020] 3、不干扰正常装配，检测效率高，底板上传感光纤采用连续粘贴固定，光纤端头向下引出至操作台，光纤走线不影响单机装配的正常操作流程，装配人员无需改变操作工序，装配过程中，通道扩展模块可以便捷切换测量光纤，高效率完成所有光纤的数据采集，解调模块可以自动解析数据并输出检测结果，无需复杂操作。附图说明[0021] 图1为本发明检测装置的结构示意图。[0022] 图2为应变传感光纤在待测卫星主体结构底板上的布设示意图。[0023] 图3为本发明检测装置的工作流程图。[0024] 附图标记如下：1‑操作台、2‑调平装置、3‑应变传感光纤、4‑通道扩展模块、5‑光频域反射计解调模块、6‑数据处理模块、7‑底板、8‑隔断结构、9‑螺栓孔、10‑穿线孔。具体实施方式[0025] 下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0026] 如图1至图3所示的一种堆叠式卫星底板单机装配一致性检测装置，包括操作台1、调平装置2、应变传感光纤3、通道扩展模块4、光频域反射计解调模块5、数据处理模块6，待测卫星主体结构底板7放置于操作台1上，通过调平装置2调平，所述通道扩展模块4和光频域反射计解调模块5安装与操作台1内，所述应变传感光纤3连续粘贴布设于待测卫星主体结构底板7上，并接入通道扩展模块4，所述光频域反射计解调模块5与通道扩展模块4连接，用于采集待测卫星主体结构底板7上各个单机装配过程中应变传感光纤3的测试数据，所述数据处理模块6与光频域反射计解调模块5连接，用于收集所有测试数据，自动识别各个单机装配应力数据并分析数据特征，输出待测卫星主体结构底板7单机装配一致性检测结果；[0027] 数据处理模块6输出底板7单机装配一致性检测结果的步骤为：[0028] 步骤一，建立与光频域反射计解调模块5的通讯连接，获取应变传感光纤3的测试数据AiF＝[L,E]，AiF为底板7区域Ai对应的光纤测试数据，L为光纤长度，表达式为L＝(l1，l2，…，ln),li代表第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光纤长度，E代表光纤的应变测量值，表达式为E＝(e1，e2，…，en),ei代表在li位置对应的光纤应变测量值，将L与底板7区域Ai上的单机安装螺栓孔位的空间位置相对应，从L中分离出各个单机的光纤信号aif＝[aiL,aiE]，其中aiL＝(ail1，ail2，…，ailm),代表从L中分离出的与单机ai对应的光纤传感点，aiE＝(aie1，aie2，…，aiem)，代表与aiL对应的光纤测试点的应变数据；[0029] 步骤二，在待测卫星主体结构底板7单机装配之前，测量基准数据，通过通道扩展模块4切换不同应变传感光纤3，获取各个区域Ai的基准数据AiF0＝[L0,E0]，并从AiF0中分离出底板区域Ai中包含单机ai的基准数据aif0＝[aiL0,aiE0]；[0030] 步骤三，连续记录待测卫星主体结构底板7单机装配的全过程，获取全部应变传感光纤3的测试数据AiFj,并从中分离出各个单机的装配应变测试数据aifj＝[aiLj,aiEj]，其中aifj代表第j个单机装配工序中单机ai的应变变化数据；[0031] 步骤四，设定装配一致性评价指标dc，dci＝(aifjmax‑aif0)，aifjmax代表单机ai经过全部装配流程后最终状态的应变测试数据，aif0代表单机ai初始状态的应变测试数据，统计批量生产的堆叠式卫星中，每颗卫星的主体结构底板所有单机ai的装配一致性评价指标值dci,组成指标矩阵DCk＝(dc1k，dc2k，…，dcnk),DCk代表第k颗卫星的主体结构底板单机装配一致性评价指标矩阵，其矩阵中包含的元素dcik代表第k颗卫星单机ai的装配一致性评价指标值，设定堆叠式卫星批量生产单机装配一致性评价指标矩阵标准值DC0，将每颗卫星的光纤传感测试结果DCk与DC0相比较，计算离散矩阵ΔDCk＝DCk‑DC0＝(Δdc1k，Δdc2k，…，Δdcnk)，其中的矩阵元素Δdcik＝dcik‑dci0代表第k颗卫星的单机ai的装配一致性评价指标与标准值的差异量，设定阈值q，当存在ΔDCk中存在元素|Δdcik|≥q时，判定第k颗卫星的主体结构底板单机装配不满足一致性要求，此时，信号处理模块的输出结果为“不合格”，否则输出结果为“合格”；[0032] 步骤五，当输出结果为“不合格”时，提取所有装配一致性评价指标超阈值的单机ai组成集合Ω＝{ai||Δdcik|≥q},并由信号处理模块输出，供操作人员定位异常单机，开展排故。[0033] 在本实施例中，所述操作台1为框架结构，顶部带有四个支撑点，每个支撑点顶部带有一个调平装置2，四个调平装置2能够独立调节，将承托的待测卫星主体结构底板7调整至水平状态，所述操作台1顶层镂空，中层放置通道扩展模块4,下层放置光频域反射计解调模块5,底部安装有四个万向轮，能够自由移动和锁止。[0034] 在本实施例中，所述应变传感光纤3采用单模石英光纤或者多模石英光纤，应变传感光纤3的瑞利散射特性与光频域反射计解调模块5相匹配，应变传感光纤3设有多根，待测卫星主体结构底板7上的隔断结构8将底板7划分为多个独立区域，每个独立区域敷设一根应变传感光纤3，每根应变传感光纤3形成一个线路，贴近区域内底板7上各个单机安装螺栓孔9组成的包络线布设，采用速干型胶黏剂连续粘贴，光纤端头由底板7上的穿线孔10向下引出至操作台1，并接入通道扩展模块4的输入端。[0035] 在本实施例中，所述通道扩展模块4为多路输入、单路输出型，多根应变传感光纤3分别接入通道扩展模块4的一个输入端，通道扩展模块4的输出端连接光频域反射计解调模块5的输入端,通道扩展模块4能够任意切换接入光频域反射计解调模块5的应变传感光纤。[0036] 在本实施例中，所述光频域反射计解调模块5为基于光纤瑞利散射原理的光纤应变测量系统，测量空间分辨率不低于5mm，测量长度不小于20m，测量精度不低于±5με。[0037] 本发明提出的装置采用分布式光纤传感技术，不依赖人工的客观检测，通过客观测量的光纤应变数据检测底板上单机装配的一致性，系统自动判读，不依赖人工判断，具有客观性；覆盖全面，检测盲区小，传感光纤体积纤细且柔韧性好，可以覆盖底板上各个单机的安装螺栓孔位包络线，并且分布式光纤传感技术可测量光纤全长的应变数据，因此，底板上大部分单机都可以检测，漏检可能性小；不干扰正常装配，检测效率高，底板上传感光纤采用连续粘贴固定，光纤端头向下引出至操作台，光纤走线不影响单机装配的正常操作流程，装配人员无需改变操作工序，装配过程中，通道扩展模块可以便捷切换测量光纤，高效率完成所有光纤的数据采集，解调模块可以自动解析数据并输出检测结果，无需复杂操作。[0038] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：湖北

专利申请日期：2022-12-15

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN115979476B