CN104061944A - 一种旋转轴系角速率精度标定检测装置 - Google Patents

Abstract

一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，包括调整基座、光栅鼓安装座、第一编码器读数头、第二编码器读数头、编码器光栅鼓、读数头安装座和回转轴系，调整基座、光栅鼓安装座和编码器光栅鼓均为圆盘结构，光栅鼓安装座固定安装在调整基座的顶部；回转轴系和编码器光栅鼓均固定安装到光栅鼓安装座上；读数头安装座与回转轴系固定连接，第一编码器读数头和第二编码器读数头安装在读数头安装座底部；本发明消除了光栅鼓安装偏心、读数头安装位置及支撑杆件晃动对检测精度的影响，同时角速率精度标定检测装置使用简单方便，无须专门的检测人员，一般技术人员经简短的培训即可使用，提高了检测效率，确保精度标定检测结果可靠。

Description

一种旋转轴系角速率精度标定检测装置

技术领域

本发明涉及一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，适用于惯性测量***测试设备各类型转台的低角速率精度标定。

背景技术

惯性测量***是运载火箭和导弹的重要部件之一，其各项参数是否合格及稳定性的好坏将直接影响发射的成败，因此惯性测量***在出厂前和使用前都要使用测试设备对其进行校定检测，只有校定检测合格的惯性测量***才允许上箭或上弹使用。测试设备是惯性测量***进行校定检测的必要设备，由于角速率精度及稳定性是测试设备最重要的指标之一，因此为了保证该项指标的可靠性，测试设备在使用前必须进行角速率精度标定检测。

目前常用的惯性测量***测试设备有单轴速率转台、单轴带温箱速率转台、双轴速率转台、双轴带温箱速率转台、三轴速率转台和三轴带温箱速率转台等。

为了保证校定检测的准确性，通常对测试设备的精度指标要求较高，尤其是角速率精度指标。对于角速率范围θ>10°/s时，角速率精度通常要求≤1×10^-5，此时角速率精度通过360°平均计算得到，因此对于角速率θ>10°/s时可以使用外接光电霍尔进行标定。但对于角速率1°/s<θ≤10°/s时，角速率精度通常要求≤1×10^-4，通过10°平均计算得到；角速率范围θ≤1°/s，角速率精度通常要求≤1×10^-3，通过1°平均计算得到，此时外接光电霍尔标定方法无法进行标定，由于国军标和国家标准中没有相关的统一标准，通常使用外接编码器的方法进行标定检测。

目前使用的编码器外接标定法对于不同的测试设备需要单独制作工装，编码器读数头需要通过外部悬臂梁对准光栅鼓，从而造成标定检测设备复杂，安装不方便，需要专业装调人员对检测设备进行装调。同时，由于单读数头无法消除偏心误差，且悬臂梁容易受外界空气扰动和地面震动等外界环境因素的影响，从而造成角速率精度标定检测结果不可靠，造成极大的人力、物力和时间成本的浪费，严重时甚至可能造成运载火箭或导弹发射失败。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，排除了外界环境因素和安装因素对角速率精度标定检测的影响，使用简单方便，提高了检测效率，确保角速率精度标定检测结果可靠。

本发明的技术解决方案：提供了一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，包括：调整基座、光栅鼓安装座、第一编码器读数头、第二编码器读数头、编码器光栅鼓、读数头安装座和回转轴系；

调整基座、光栅鼓安装座和编码器光栅鼓均为圆盘结构，光栅鼓安装座固定安装在调整基座的顶部；回转轴系和编码器光栅鼓均固定安装到光栅鼓安装座上；所述调整编码器光栅鼓与回转轴系同轴安装，同轴度优于0.003mm；

读数头安装座与回转轴系固定连接并随着回转轴系转动，第一编码器读数头和第二编码器读数头均安装在读数头安装座底部，第一编码器读数头和第二编码器读数头呈180°对称分布，安装误差不超过1°；第一编码器读数头和第二编码器读数头随着回转轴系转动，读取编码器光栅鼓上的刻度；

读数头安装座包括第一调整板、第二调整板、连接板、第一拨叉板和第二拨叉板；

第一调整板和第二调整板均为Z型结构且在下端面开有两个腰形孔，第一编码器读数头通过腰形孔和螺钉与第一调整板连接，第二编码器读数头通过腰形孔和螺钉与第二调整板连接，通过改变螺钉在腰形孔中的位置来调节第一编码器读数头和第二编码器读数头与编码器光栅鼓的间距；

第一调整板、第二调整板、第一拨叉板和第二拨叉板均固定安装在连接板上，第一拨叉板和第二拨叉板由外部支架提供限位，确保读数头安装座不转动。

所述的回转轴系包括轴承组件、主轴、轴承座、轴承盖、垫圈和锁紧螺母，主轴为中空圆柱体结构，轴承组件包括两个相同的轴承；

轴承盖为圆环结构，轴承盖与轴承座固定连接，轴承盖、轴承座与主轴构成密闭空腔体，轴承组件位于轴承盖、轴承座与主轴构成密闭空腔体内；

垫圈通过锁紧螺母固定安装在主轴的周向外侧，锁紧螺母与垫圈配合使用给轴承组件施加预紧力消除轴承游隙，保证回转轴系的回转精度。

所述第一编码器读数头、第二编码器读数头和编码器光栅鼓组成编码器，编码器精度高于被检测旋转轴系要求精度。

所述轴承组件中的两个轴承均为精密向心推力球轴承且两个轴承背靠背安装。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明为一体式整装结构，一次装调完成后即可连续使用，无需拆装编码器读数头和光栅鼓，避免了因多次拆装对编码器光栅鼓和读数头自身精度的影响，确保角速率精度标定检测结果可靠；

(2)本发明中编码器读数头通过读数头安装座与回转轴系连接，避免使用过长的悬臂梁，可以消除空气扰动和地面震动等外界环境因素对角速率精度标定检测的影响，确保角速率精度标定检测结果可靠；

(3)本发明中编码器读数头可以迅速对准编码器光栅鼓零位，安装时不需要提前对准，安装简单方便且可靠；

(4)本发明中编码器采用双读数头的方式，且呈180°对称分布，可以消除由于编码器安装偏心造成检测误差，确保角速率精度标定检测结果可靠；

(5)本发明中主轴支承装置采用精密向心推力球轴承，轴承尺寸小、刚度大，保证了回转轴系的回转精度又减轻了回转轴系的重量；

(6)本发明通过调整基座即可快速实现与被测轴系的连接及同轴调整，安装简单且可靠；

(7)本发明使用简单方便，一般技术人员经简短的培训即可使用，提高了检测效率，确保角速率精度标定检测结果可靠。

附图说明

图1为本发明中装置的主视图；

图2为本发明中装置的俯视图；

图3为本发明回转轴系的结构示意图；

图4为本发明光栅鼓安装座的结构示意图；

图5为本发明读数头安装座的结构示意图；

图6为本发明调整基座的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1和图2分别为本发明中装置的主视图和俯视图，从图1和图2可知，本发明中涉及的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置包括：调整基座1、光栅鼓安装座2、第一编码器读数头3、第二编码器读数头4、编码器光栅鼓5、读数头安装座6和回转轴系8。

调整基座1、光栅鼓安装座2和编码器光栅鼓5均为圆盘结构，光栅鼓安装座2固定安装在调整基座1的顶部；回转轴系8和编码器光栅鼓5均固定安装到光栅鼓安装座2上；安装时调整编码器光栅鼓5与回转轴系8同轴安装，同轴度优于0.003mm。

读数头安装座6与回转轴系8固定连接，第一编码器读数头3和第二编码器读数头4安装在读数头安装座6底部。第一编码器读数头3、第二编码器读数头4和编码器光栅鼓5组成编码器，编码器精度高于被检测旋转轴系要求精度。

读数头安装座6包括第一调整板9、第二调整板17、连接板10、第一拨叉板11和第二拨叉板18。

第一调整板9和第二调整板17均为Z型结构且在水平下端面开有两个腰形孔，第一编码器读数头3通过腰形孔和螺钉与第一调整板9连接，第二编码器读数头4通过腰形孔和螺钉与第二调整板17连接，第一编码器读数头3和第二编码器读数头4呈180°对称分布，安装误差不超过1°，通过改变螺钉在腰形孔中的位置来调节第一编码器读数头3和第二编码器读数头4与编码器光栅鼓5的间距。

第一调整板9、第二调整板17、第一拨叉板11和第二拨叉板18均固定安装在连接板10上，第一拨叉板11和第二拨叉板18由外部支架提供限位，确保读数头安装座6不转动。

回转轴系8包括轴承组件7、主轴12、轴承座13、轴承盖14、垫圈15和锁紧螺母16，主轴12为中空圆柱体结构，轴承组件7包括两个相同的轴承，两个轴承均为精密向心推力球轴承且背靠背安装。

轴承盖14为圆环结构，轴承盖14与轴承座13固定连接，轴承盖14、轴承座13与主轴12构成密闭空腔体，轴承组件7位于轴承盖14、轴承座13与主轴12构成密闭空腔体内。

垫圈15通过锁紧螺母16固定安装在主轴12的周向外侧，锁紧螺母16与垫圈15配合使用给轴承组件7施加预紧力消除轴承游隙，保证回转轴系的回转精度。

本发明中涉及的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置安装步骤如下：

(1)回转轴系8装配步骤：挑选轴承组件7，型号为B71908C(E).T.P4S精密向心推力球轴承，要求径向跳动规律相同，跳动量差尽可能小，将轴承组件7装入轴承座13中，要求轴承组件7外圈与轴承座13配合尺寸为间隙配合+0.001～+0.003mm，轴承盖14与轴承座13连接压紧轴承组件7外圈。将主轴12装入轴承组件7内孔，要求主轴12与轴承组件7内孔配合尺寸为过盈配合-0.001～-0.003mm，再将垫圈15和锁紧螺母16依次与主轴连接压紧轴承组件7内圈消除游隙，通过调整保证轴承座13与主轴12的同轴度优于0.005mm。

(2)图4所示为本发明的光栅鼓安装座2，将编码器光栅鼓5和回转轴系8分别安装到光栅鼓安装座2上，调整编码器光栅鼓5，使编码器光栅鼓5相对于回转轴系8的径向跳动优于0.005mm，端面跳动优于0.01mm。

(3)图5所示为本发明的读数头安装座6，包括第一调整板9、第二调整板17、连接板10、第一拨叉板11和第二拨叉板18，将第一调整板9、第二调整板17、第一拨叉板11和第二拨叉板18分别安装到连接板10上，第一拨叉板11和第二拨叉板18可以由外部支架提供限位，确保进行角速率精度标定检测时第一编码器读数头3和第二编码器读数头4处于静止状态。

(4)读数头安装座6安装到回转轴系8的轴承座13上，将第一编码器读数头3和第二编码器读数头4呈180°对称，分别安装到第一调整板9和第二调整板17上，并通过配修第一调整板9和第二调整板17，使第一编码器读数头3和第二编码器读数头4下端面与编码器光栅鼓5安装面高度差为3±0.1mm，且第一编码器读数头3和第二编码器读数头4与编码器光栅鼓5的间隙为0.8±0.08mm，以保证编码器信号强度处于最佳状态。

(5)将光栅鼓安装座2、第一编码器读数头3、第二编码器读数头4、编码器光栅鼓5、读数头安装座6、回转轴系8装配在一起的部件与调整基座1连接即完成了角速率精度标定检测装置的装调。

(6)图6所示为本发明的调整基座1，在调整基座1的外沿处分别分布有8个M4螺纹孔和8个Φ5mm通孔，通过调整基座1的8个(或4个)Φ5mm通孔用压钉将装配完成的角速率精度标定检测装置与旋转轴系连接，调整基座1上的8个(或4个)M4螺纹孔安装顶钉，用杠杆百分表分别测量主轴12上端内孔和编码器光栅鼓5上端面，通过调整顶钉和压钉，使主轴12上端内孔与旋转轴系同轴度优于0.01mm，编码器光栅鼓5的端面跳动优于0.01mm，即可检测旋转轴系的角速率精度。

图3所示的回转轴系8为了保住轴系的回转精度，要求轴系要有较高的刚度，因此主轴12、轴承座13、轴承盖14、垫圈15和锁紧螺母16采用了稳定性和强度好的金属材料，所用材料为钢45。

图4所示的光栅鼓安装座2上安装有编码器光栅鼓5和回转轴系8，为了保证标定检测装置的刚度，光栅鼓安装座2所用材料为钢45，为了减轻标定检测装置的重量，光栅鼓安装座2通过布置加强筋去除了一部分材料，在保证刚度的前提下减轻了一定的重量。同时为了防止在装配、搬运和使用过程中磕碰编码器光栅鼓和读数头，光栅鼓安装座2外径尺寸大于标定检测装置中编码器读数头外沿尺寸，而且可以根据情况在光栅鼓安装座2上加装保护壳。

图6所示的调整基座1的结构形式可以根据被检测旋转轴系连接尺寸进行相应的改进，并不只局限于当前所示的结构形式。

本发明的工作原理：

使用时，本发明中的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置通过调整基座1与被测设备连接，第一编码器读数头3和第二编码器读数头4与外部计算机连接，用于采集和处理读数头数据；

调整基座1、光栅鼓安装座2、编码器光栅鼓5和回转轴系8中的主轴12、垫圈15和锁紧螺母16组成转子，与被测转台固定连接，保持同步转动；

第一编码器读数头3、第二编码器读数头4、读数头安装座6和回转轴系8中的轴承座13和轴承盖14组成定子，由外部设备固定，保持不动；

进行角速率标定检测时，转子与定子发生相对转动，第一编码器读数头3、第二编码器读数头4和编码器光栅鼓5组成角速率检测***，第一编码器读数头3和第二编码器读数头4分别读取编码器光栅鼓5上的刻度，并将所获取的数据传输给外部计算机存储和处理，第一编码器读数头3和第二编码器读数头4同时使用，可以消除装置的***误差，保证检测精度。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，其特征在于包括：调整基座(1)、光栅鼓安装座(2)、第一编码器读数头(3)、第二编码器读数头(4)、编码器光栅鼓(5)、读数头安装座(6)和回转轴系(8)；

调整基座(1)、光栅鼓安装座(2)和编码器光栅鼓(5)均为圆盘结构，光栅鼓安装座(2)固定安装在调整基座(1)的顶部；回转轴系(8)和编码器光栅鼓(5)均固定安装到光栅鼓安装座(2)上；所述调整编码器光栅鼓(5)与回转轴系(8)同轴安装，同轴度优于0.003mm；

读数头安装座(6)与回转轴系(8)固定连接并随着回转轴系(8)转动，第一编码器读数头(3)和第二编码器读数头(4)均安装在读数头安装座(6)底部，第一编码器读数头(3)和第二编码器读数头(4)呈180°对称分布，安装误差不超过1°；第一编码器读数头(3)和第二编码器读数头(4)随着回转轴系(8)转动，读取编码器光栅鼓(5)上的刻度；

读数头安装座(6)包括第一调整板(9)、第二调整板(17)、连接板(10)、第一拨叉板(11)和第二拨叉板(18)；

第一调整板(9)和第二调整板(17)均为Z型结构且在下端面开有两个腰形孔，第一编码器读数头(3)通过腰形孔和螺钉与第一调整板(9)连接，第二编码器读数头(4)通过腰形孔和螺钉与第二调整板(17)连接，通过改变螺钉在腰形孔中的位置来调节第一编码器读数头(3)和第二编码器读数头(4)与编码器光栅鼓(5)的间距；

第一调整板(9)、第二调整板(17)、第一拨叉板(11)和第二拨叉板(18)均固定安装在连接板(10)上，第一拨叉板(11)和第二拨叉板(18)由外部支架提供限位，确保读数头安装座(6)不转动。

2.根据权利要求1所述的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，其特征在于：所述的回转轴系(8)包括轴承组件(7)、主轴(12)、轴承座(13)、轴承盖(14)、垫圈(15)和锁紧螺母(16)，主轴(12)为中空圆柱体结构，轴承组件(7)包括两个相同的轴承；

轴承盖(14)为圆环结构，轴承盖(14)与轴承座(13)固定连接，轴承盖(14)、轴承座(13)与主轴(12)构成密闭空腔体，轴承组件(7)位于轴承盖(14)、轴承座(13)与主轴(12)构成密闭空腔体内；

垫圈(15)通过锁紧螺母(16)固定安装在主轴(12)的周向外侧，锁紧螺母(16)与垫圈(15)配合使用给轴承组件(7)施加预紧力消除轴承游隙，保证回转轴系的回转精度。

3.根据权利要求1所述的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，其特征在于：所述第一编码器读数头(3)、第二编码器读数头(4)和编码器光栅鼓(5)组成编码器，编码器精度高于被检测旋转轴系要求精度。

4.根据权利要求2所述的一种旋转轴系角速率精度标定检测装置，其特征在于：所述轴承组件(7)中的两个轴承均为精密向心推力球轴承且两个轴承背靠背安装。