海德汉直线光栅尺在微米级高精度卫星定位中的应用.docx

海德汉直线光栅尺在微米级高精度卫星定位中的应用海德汉直线光栅尺在微米级高精度卫星定位中的应用导语：OHBSystems公司正在制造一款地表监测的全新超谱卫星EnMAP。该卫星中含5面反光镜、6个棱镜和三个摄像头以及电子组件，且正在被准确地安装在狭小空间中，部件之间的空间通常仅特别之一毫米。安装期间，必须杜绝这些部件接触，否那么可能损坏这些敏感的部件。海德汉LIP581直线光栅尺和POSITIP880数显装置为其立下奇功。OHBSystems公司正在制造一款地表监测的全新超谱卫星EnMAP。该卫星中含5面反光镜、6个棱镜和三个摄像头以及电子组件，且正在被准确地安装在狭小空间中，部件之间的空间通常仅特别之一毫米。安装期间，必须杜绝这些部件接触，否那么可能损坏这些敏感的部件。海德汉LIP581直线光栅尺和POSITIP880数显装置为其立下奇功。正如“星际迷航电影片头中所讲：“太空，最后的疆域。OHB的EnMAP卫星工程经理GavinStaton和责任工程师DaveMussett当然希望他们在卫星中能有更多的空间，尽管“外太空浩瀚无垠，但制造卫星时，我们实在无法获得宽阔的空间。不仅如此，我们的任务是最大限度地减少空间和重量。因此，我们必须巧妙地利用安装空间中的每一个立方毫米，以最大限度地减少卫星的质量和尺寸，确保卫星在太空中和在陆地轨道上飞行。制造经过中，还必须保持极高的稳定性，这是该工程的难点，例如EnMAP卫星内迷宫般的布局。杆、撑杆和敲击组装中的严重挑战OHBSystems正在德国慕尼黑以西的Wessling工厂制造EnMAP卫星。A96高速公路上的大多数开车人在驶过不起眼的办公楼前时都无法想象该楼内的高科技程度。该办公楼的外外表丝毫看不出这里是欧洲最大的ISO5级超净车间，这里正在组装EnMAP卫星。更准确地讲，在这里组装局部而不是整个卫星，最初只组装该工程的核心组件-光学设备。核心组件位于其外壳内，其底板由铝块铣削加工制成。其底座、外壁和内撑杆组成高刚性的单元，在该单位内安装复杂的光电设备的所有其它部件并进展连线。安装第一件时，尽管空间较大，但只能从一个方向接近该位置，也需要极高的精度。较大倾角的撑杆严重限制运动的自由度。每增加一个部件，工作区中的空间就减少一些，直到可运动的范围减少到只有几个百分之一毫米。不仅光学组件反光镜、棱镜和摄像头不允许互相磕碰，外壳、工具也不允许任何接触，由于这些外表都非常敏感。即使细微的划伤也影响光学系统成像，甚至可能导致无法使用。“无法使入射光正确地衍射，无法准确聚焦，反光镜无法正确地为摄像头导光。也就是讲摄像头无法接收完好光照和光谱，严重时可能无任何光线到达摄像头。这将造成图像变形或者不可用，甚至完全没有图像这意味着EnMAP整个任务的失败，GavinStaton介绍光学组件无过失安装的重要性时讲。微米级高精度组装的安装工具意大利Airworks公司为OHB工程师伸出援助之手，为OHB提供一种特殊的安装工具IOU-PIT光学仪器高精度安装工具。在超净车间刚开场看到这款高性能的仪器时，引人留意的是吊车起吊的重物，而不是这款安装工具，这是高精度定位非常细小和轻质部件的安装工具，部件重量不超过20kg。IOU-PIT体积相当庞大，其尺寸达3040mmx2510mmx2300mm和重量达2.5吨。难以制造的原因是IOU-PIT的要求特别严格，也就是讲在超净车间安装和使用需要极高的精度。一方面需要极高的机械刚性，另一方面不允许使用超净车间制止使用的很多材质。IOU-PIT由位于意大利Monfalcone的Airworks公司工程师开发和制造。Airworks是一个独立的开发机构，他们开发先进的高科技工程，包括航空航天工程，StefanoPicinich负责IOU-PIT设备。“实际上，关于IOU-PIT的主要机械系统的设计，我们接触了多家定位系统的高端供给商。不幸的是，工程要求太高，快速消除了他们对工程的兴趣。最后，我们无法找到一个有勇气将我们的设备转换成实际工具的合作伙伴，Picinich伴有苦笑地回忆开发经过时讲。“因此，我们自己进展制造，幸运的是我们找到了测量技术合作伙伴海德汉公司，海德汉像我们一样没有畏惧高精度的要求。海德汉直线光栅尺和数显装置准确地确定工具的顶端海德汉增量式敞开直线光栅尺LIP581以要求的高分辨率计算IOU-PIT各轴的位置值。该光栅尺提供位置值，在5mm间距范围上其基线误差小于0.175µm和细分误差仅±12nm。而海德汉POSITIP880数显装置显示位置值。IOU-PIT以两个阶段挪动EnMAP卫星的部件：由电机驱动的三个根本轴预定位部件，运动速度无影响。可选两种运动速度：1mm/s和0.1mm/s，或者形象地讲用蜗牛般速度和特别之一的蜗牛般速度。IOU-PIT的最大行程较大，达1250mmx1125mmx650mm，500mm行程上的最大位置误差仅50µm。在到安装位置的最后几毫米和几微米位置时，以及在卫星狭小工作区内进展运动时，由OHB的技术员借助安装工具完全由手动方式操纵。一微米、一微米地挪动部件，穿过迷宫中已安装的撑杆、部件和电缆直到到达最终位置。“这期间，我们必须紧紧盯住要安装的部件和数显装置，DaveMussett介绍这项精细的手动操纵时讲。“结果是我们设立了两道保险首先我们自己目视观察物体，其次用显示明晰的POSITIP880显示屏非常准确地显示位置值。安装经过天天都由OHBSystems公司进展确认，他们信赖Airworks的IOU-PIT安装工具。到目前位置，全部部件都已准确地安装到位，而且毫发未损这要归功于海德汉的直线光栅尺和数显装置。EnMAP工程EnMAP环境遥感和分析方案是德国地表监测的超谱卫星工程。成像光谱仪测量由地表反射的太阳光辐射，光谱范围从可见光到短波红外线，以准确地描绘地表状况及其变化。这样可以反映全球范围的环境、农业、土地利用、水资源治理和地质方面的最新变化。EnMAP卫星携带的成像光谱仪可以用250个窄带的连续光谱绘制地表图。因此，EnMAP卫星提供有关植被、土地利用、岩石面和水资源的量化和诊断信息。这些信息也提供岩石的矿物成份、空气污染对植被寿命的影响以及土壤污染的程度。该卫星在650公里的轨道上记录地表扫描的数据，扫描分辨率为30x30米。该卫星可沿垂直于飞行方向进展不超过±30度的倾斜，在同一个地点进展4天的比拟性观测，为此EnMAP非常适用于记录空间-时间变化，例如植被的损害经过或者周期。光谱地表观测提供大量信息，大量不同的自然环境怎样形成生态系统以及怎样扩散例如受人影响的海岸带和人文景观以及草原、沙漠和森林区。EnMAP工程由位于波茨坦的德国地学研究中心GFZ负责科学指导，DLR宇航中心负责该工程的整体治理。OHBSystems公司是整个工程的主要承包商，开发专用的超谱遥感卫星，包括仪器和飞行器总线。位于德国奥伯法芬霍芬的DLR负责建立和设立地面设施。卫星的操纵和数据接收由德国太空控制中心GSOC及德国遥感数据中心DFD和遥感技术研究院IMF共同执行。已为OHBSystems公司完成的工作，该公司是EnMAP的主承包商，也是与DLR签订合同的合同方，资金来自德国联邦经济事物和能源部，该工程参考号为50EP0801。由Airworks开发和制造的IOU-PIT安装工具位于OHBSystems公司ISO5级超净车间中的数吨重量的大理石平台上，该超净车间为欧洲最大，IOU-PIT安装工具采用海德汉LIP581直线光栅尺。高精度的要求和在超净车间中的应用是IOU-PIT安装工具难以制造和使用海德汉光栅尺的决定性原因。在卫星中安装光学系统需要超净和触敏的环境。从该俯视图可见卫星壳内狭小的工作区和定位安装工具需要的高精度。