一种低重力样品容器传送精度测试系统及方法技术方案

一种低重力样品容器传送精度测试系统及方法，属于深空探测技术领域。本发明专利技术通过提出低重力环境测试等效方法，并构建了能够实现快速调整的样品传送测试系统，高效、低成本地实现了低重力下样品容器传送精度测试，解决了落塔法、气体或液体浮力补偿法、机械拉力补偿法等常规方法无法实现的测试问题；并通过设置姿态快速调整单元、同轴快速调节单元和样品容器释放单元，简单快速实现姿态调整、样品容器轴线与模拟密封封装容器轴线间的同轴度调节和样品容器释放等环节，试验系统简单，试验前准备时间短，大大缩短了每次测试所需的时间，极大提高了测试效率，缩短了多次数传送精度测试的测试周期。

【技术实现步骤摘要】
一种低重力样品容器传送精度测试系统及方法
本专利技术涉及一种低重力样品容器传送精度测试系统及方法，属于深空探测

技术介绍
我国探月三期工程规划的科学目标是获取月球样品并返回地球。按照任务规划，采样装置先将获得的月壤样品封装在一个圆柱形样品容器内，再将样品容器传送入位于上升器的模拟密封封装容器中。由于此处样品容器的传送精度与可靠性关系到月球取样任务的成败，是系统单点失效环节，因此，在采样装置研制过程中，需等效月球表面低重力环境，测试低重力环境下的样品容器传送精度，获得采样装置低重力环境下的样品传送性能。对于模拟低重力常用的落塔法，受塔高和塔内空间等因素影响，该方法能够提供的测试时间很短，不满足试验需求，且测试系统在塔内开展试验极其复杂，完成多次试验成本较高，代价较大。对于气体或液体浮力补偿法，由于样品传送时间较短，设备属性和使用空间所限，故实际传送状态中浮力补偿也难以控制模拟；而机械拉力补偿法也由于传送件质心的三维运动状态难以实时跟踪，无法实现实时的只沿铅垂方向的拉力补偿。因此，针对低重力下的样品容器传送精度测试，需提出新的测试方法，并构建基于新方法的测试系统，开展传送精度测试。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低重力样品容器传送精度测试系统及方法，采用新型测试方法，在地球重力下，通过等效模拟低重力下样品传送不同阶段传送特性，最终等效获得低重力下的样品容器传送精度。该方法简单、安全可靠，单次试验时间短，效率高，可多次重复使用，试验成本低。本专利技术的技术解决方案是：一种低重力样品容器传送精度测试系统，包括姿态调节底座、支撑结构、样品容器释放单元、导向筒、模拟密封封装容器、同轴快速调节单元和螺旋丝杠调节组件；所述支撑结构固定安装在姿态调节底座上表面；所述样品容器释放单元和导向筒固定安装在支撑结构的上部横梁上，两者相互配合实现样品容器试验件在导向筒上的固定和释放；所述同轴快速调节单元固定安装在姿态调节底座上表面，包括调整固定在导向筒上的样品容器试验件和模拟密封封装容器的位置和姿态的定位锥套、用于安装所述定位锥套的旋转轴和臂杆，以及固定安装在姿态调节底座上表面的滑轨，所述臂杆一端为定位锥套，另一端与旋转轴铰接；所述模拟密封封装容器安装在所述滑轨上，用于接收被释放的样品容器试验件；所述螺旋丝杠调节组件固定安装在所述姿态调节底座下表面，包括丝杠和回转轴，通过调节所述丝杠使姿态调节底座绕所述回转轴转动，实现姿态调节底座与地面之间的角度的调节。所述螺旋丝杠调节组件还包括上连接件、下连接件和顶轴，所述下连接件与上连接件通过回转轴铰接，所述丝杠一端与所述顶轴固定连接，所述顶轴固定安装在下连接件上；转动丝杠，丝杠产生位移带动顶轴，从而带动下连接件绕回转轴转动，进而带动上连接件绕回转轴转动，实现所述姿态调节底座与地面之间的角度的调节。所述姿态调节底座与地面之间的角度为±20°。还包括观察记录单元；所述观察记录单元包括对样品容器试验件进行测量的摄像机；所述摄像机的拍摄速率不小于3000帧/秒，图像分辨率不低于800×600。所述导向筒与模拟密封封装容器在同轴度偏差阈值范围内同轴；所述同轴度偏差阈值为0.05mm。所述样品容器释放单元包括电磁铁、钢丝绳和拔销器；所述拔销器一端从导向筒伸出，固定所述样品容器试验件，另一端通过钢丝绳固定连接电磁铁；当电磁铁通电时，电磁铁牵引钢丝绳实现拔销器拔销，样品容器试验件随之下落。所述定位锥套绕旋转轴旋转的角度为0～180°。所述样品容器试验件的下端面与模拟密封封装容器的上端面之间的轴向距离为0～200mm。一种低重力样品容器传送精度测试方法，包括如下步骤：构建低重力样品容器传送精度测试系统；所述低重力样品容器传送精度测试系统包括姿态调节底座、支撑结构、样品容器释放单元、导向筒、模拟密封封装容器、同轴快速调节单元和螺旋丝杠调节组件；所述支撑结构固定安装在姿态调节底座上表面；所述样品容器释放单元和导向筒固定安装在支撑结构的上部横梁上，两者相互配合实现样品容器试验件在导向筒上的固定和释放；所述同轴快速调节单元固定安装在姿态调节底座上表面，包括调整固定在导向筒上的样品容器试验件和模拟密封封装容器的位置和姿态的定位锥套、用于安装所述定位锥套的旋转轴和臂杆，以及固定安装在姿态调节底座上表面的滑轨，所述臂杆一端为定位锥套，另一端与旋转轴铰接；所述模拟密封封装容器安装在所述滑轨上，用于接收被释放的样品容器试验件；所述螺旋丝杠调节组件固定安装在所述姿态调节底座下表面，包括丝杠和回转轴，通过调节所述丝杠使姿态调节底座绕所述回转轴转动，实现姿态调节底座与地面之间的角度的调节；测试开始，将样品容器试验件拆解为内筒和其它部分，将所述内筒安装在导向筒上，调整模拟密封封装容器的位置，使其与导向筒同轴，同时调整导向筒与模拟密封封装容器之间的轴向距离为实际距离；给电磁铁通电，观察、记录所述内筒从开始下落至接触模拟密封封装容器的过程的运动情况；重新组装样品容器试验件，将所述样品容器试验件安装在导向筒上，调整模拟密封封装容器的位置，使其与导向筒同轴，同时调整导向筒与模拟密封封装容器之间的轴向距离，使样品容器试验件从开始下落至接触模拟密封封装容器时的动能与在月球重力和导向筒与模拟密封封装容器之间的轴向距离为实际距离的条件下样品容器试验件从开始下落至接触模拟密封封装容器时动能大小一致；给电磁铁通电，观察、记录所述样品容器试验件与模拟密封封装容器发生接触后的碰撞情况，测试结束。所述内筒的质量为样品容器试验件的1/6。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术提出低重力环境测试等效方法，并构建了能够实现快速调整的样品传送测试系统，高效、低成本地实现了低重力下样品容器传送精度测试，解决了落塔法、气体或液体浮力补偿法、机械拉力补偿法等常规方法无法实现的测试问题。(2)本专利技术通过设置姿态快速调整单元、同轴快速调节单元和样品容器释放单元，简单快速实现姿态调整、样品容器轴线与模拟密封封装容器轴线间的同轴度调节和样品容器释放等环节，试验系统简单，试验前准备时间短，大大缩短了每次测试所需的时间，极大提高了测试效率，缩短了多次数传送精度测试的测试周期。(3)本专利技术方法通过等效模拟低重力下样品传送不同阶段传送特性，并设计了简单可实现的试验装置，避免了使用落塔法、气浮法等价格昂贵的试验手段，对试验系统需求低，每次测试无消耗品，测试成本极低。(4)本专利技术试验系统设计简单，试验过程中通过简单操作实现高精度调整，测试过程中试验系统无损耗，可实现多次重复使用。(5)本专利技术试验系统可拓展应用于有姿态调整和同轴度调整需求的其他样品传送测试场合。附图说明图1为本专利技术系统水平装调示意图；图2为本专利技术系统水平测试示意图；图3为本专利技术系统水平装调示意图；图4为本专利技术系统水平测试示意图；图5为本专利技术系统姿态快速调整单元原理图；图6为本专利技术系统同轴快速调节单元示意图；图7为本专利技术系统滑轨示意图。具体实施方式一种低重力样品容器传送精度测试系统，如图1～4所示，详述如下：(1)低重力样品容器传送精度测试系统组成低重力样品容器传送精度测试系统包括姿态快速调整单元、同轴快速调节单元9、样品容器释放单元5、导向筒6、模拟密封封装容器8和观察记本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：包括姿态调节底座(2)、支撑结构(4)、样品容器释放单元(5)、导向筒(6)、模拟密封封装容器(8)、同轴快速调节单元(9)和螺旋丝杠调节组件；所述支撑结构(4)固定安装在姿态调节底座(2)上表面；所述样品容器释放单元(5)和导向筒(6)固定安装在支撑结构(4)的上部横梁上，两者相互配合实现样品容器试验件在导向筒(6)上的固定和释放；所述同轴快速调节单元(9)固定安装在姿态调节底座(2)上表面，包括调整固定在导向筒(6)上的样品容器试验件和模拟密封封装容器(8)的位置和姿态的定位锥套、用于安装所述定位锥套的旋转轴和臂杆，以及固定安装在姿态调节底座(2)上表面的滑轨，所述臂杆一端为定位锥套，另一端与旋转轴铰接；所述模拟密封封装容器(8)安装在所述滑轨上，用于接收被释放的样品容器试验件；所述螺旋丝杠调节组件固定安装在所述姿态调节底座(2)下表面，包括丝杠和回转轴，通过调节所述丝杠使姿态调节底座(2)绕所述回转轴转动，实现姿态调节底座(2)与地面之间的角度的调节。

【技术特征摘要】
1.一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：包括姿态调节底座(2)、支撑结构(4)、样品容器释放单元(5)、导向筒(6)、模拟密封封装容器(8)、同轴快速调节单元(9)和螺旋丝杠调节组件；所述支撑结构(4)固定安装在姿态调节底座(2)上表面；所述样品容器释放单元(5)和导向筒(6)固定安装在支撑结构(4)的上部横梁上，两者相互配合实现样品容器试验件在导向筒(6)上的固定和释放；所述同轴快速调节单元(9)固定安装在姿态调节底座(2)上表面，包括调整固定在导向筒(6)上的样品容器试验件和模拟密封封装容器(8)的位置和姿态的定位锥套、用于安装所述定位锥套的旋转轴和臂杆，以及固定安装在姿态调节底座(2)上表面的滑轨，所述臂杆一端为定位锥套，另一端与旋转轴铰接；所述模拟密封封装容器(8)安装在所述滑轨上，用于接收被释放的样品容器试验件；所述螺旋丝杠调节组件固定安装在所述姿态调节底座(2)下表面，包括丝杠和回转轴，通过调节所述丝杠使姿态调节底座(2)绕所述回转轴转动，实现姿态调节底座(2)与地面之间的角度的调节。2.根据权利要求1所述的一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：所述螺旋丝杠调节组件还包括上连接件、下连接件和顶轴，所述下连接件与上连接件通过回转轴铰接，所述丝杠一端与所述顶轴固定连接，所述顶轴固定安装在下连接件上；转动丝杠，丝杠产生位移带动顶轴，从而带动下连接件绕回转轴转动，进而带动上连接件绕回转轴转动，实现所述姿态调节底座(2)与地面之间的角度的调节。3.根据权利要求2所述的一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：所述姿态调节底座(2)与地面之间的角度为±20°。4.根据权利要求1所述的一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：还包括观察记录单元(3)；所述观察记录单元包括对样品容器试验件进行测量的摄像机；所述摄像机的拍摄速率不小于3000帧/秒，图像分辨率不低于800×600。5.根据权利要求1所述的一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：所述导向筒(6)与模拟密封封装容器(8)在同轴度偏差阈值范围内同轴；所述同轴度偏差阈值为0.05mm。6.根据权利要求1所述的一种低重力样品容器传送精度测试系统，其特征在于：所述样品容器释放单元(5)包括电磁铁、钢丝绳和拔销器；所述拔销器一端从导向筒(6)伸出，固定所述样品容器试验件，另一端通过钢丝绳固定连接电磁铁；当电磁铁通电时，电磁铁牵引钢丝绳实现拔销器拔销，样品容器试验件随之下落。7.根据权利要求1所述的一种低重力样品容器传送...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫桂冬，孙启臣，秦俊杰，梁春祖，高磊，范天明，刘博，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11