CN110345838B - 一种四轴离心机工作半径的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四轴离心机工作半径的测量方法，属于惯性器件测试设备技术领域。本发明中四轴离心机主要由一个主轴和三个工作台回转轴系构成，可以同时测试多个加速度计，为了准确测量三个工作台的工作半径，即三条工作台的回转轴线与主轴轴线之间的距离，首先利用经纬仪测量了三个工作台的120°等间隔均布误差，然后测量出三个工作台两两间的工作半径之间的相互差值，之后利用标准圆柱和1m游标卡尺测量出三个工作台回转轴线间的准确距离，最后基于这些参数准确的计算出三个工作台的工作半径。本发明对比常用的半径直接测量方法和反算半径法，能够准确和高效地测量四轴离心机的工作半径，并能在主轴轴线很难引出的情况下使用。

Description

一种四轴离心机工作半径的测量方法

技术领域

本发明涉及一种四轴离心机工作半径的测量方法，属于惯性器件测试设备技术领域。

背景技术

针对惯性器件，尤其是加速度计的测试，单独的重力场翻滚测试只能产生±1g的激励，不足以模拟飞行器真实的飞行环境，不能有效的激励惯性器件与比力有关的非线性误差项系数。因此采用高精密离心机产生大于1g的向心加速度来标定和测试惯性器件十分必要。

四轴离心机主要由一个回转主轴，三个可以连续360°回转的工作台(A台、B台、C台)轴系和转台控制柜等组成。控制***可以控制4个轴系以速率、位置模式运行，使4个轴系按照指令进行工作，对加速度计给予指定的加速度输入。当离心机主轴以恒定的角速度ω旋转时，离心机的工作半径为R，则离心机提供的向心加速度的大小为Rω²。显然，离心机的工作半径误差将直接影响加速度计的输入精度，最终影响加速度计的测试和标定精度。所以准确测量离心机的工作半径显得至关重要。常规的离心机半径测量方法包括利用高精度量杆/量块和测微仪，利用激光干涉仪测量，通过殷钢米尺/卡尺比对法等直接测量工作半径，和利用加速度计反算半径的方法。但由于四轴离心机主轴和工作台的结构形式的限制，因此不能在四轴离心机上应用这些直接测量方法，同时反算工作半径的精度受到加速度计精度和离心机动态误差等的限制，当加速度计精度不高时，测试误差较大。所以必须针对四轴离心机设计新的工作半径测量方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种四轴离心机工作半径的测量方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种四轴离心机工作半径的测量方法，本发明所述的四轴离心机包括一个主轴和A、B、C三个小工作台轴，理想情况下A、B、C轴的回转轴线与主轴轴线平行，互成120°均匀分布在半径为0.5m的圆周上，主轴匀角速率旋转产生的向心加速度用以标定多个加速度传感器；本发明所述的测量方法包括以下步骤：

步骤一：离心机工作台轴线120°等间隔均布误差测试：

1)利用水平仪测量出离心机三个工作台回转轴线间的平行度，平行度误差应不大于±20″，否则需在之后计算工作半径时进行补偿，

2)将靶标安装在离心机的主轴轴端和三个工作台的安装面上，架设经纬仪，旋转各个轴系并观测各个靶标，将靶标调整到各自的回转轴线上，

3)测量经纬仪中心基准至主轴轴线间的距离D，

4)采用经纬仪对准主轴回转轴线，旋转主轴，使工作台A的回转轴线与经纬仪的竖直轴线、主轴回转轴线在同一铅垂面内，记录经纬仪的水平角α₁，并假设此时主轴处于0°位置，

5)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线,记录经纬仪的水平角α₂和α₃；

6)当R为离心机的标称半径时，计算均布误差分别为

△α₃₁＝-△α₁₂-△α₂₃；

步骤二：离心机工作台A和B，A和C工作半径差测试：

1)旋转离心机主轴，使离心机主轴线和工作台A回转轴线间的公垂线，与经纬仪中心和工作台A回转轴线在水平面上的投影连线垂直，此时用经纬仪对准工作台A上的靶标，记录经纬仪的水平角α₄，并假设此时离心机主轴处于0°位置，

2)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线,记录经纬仪的水平角α₅和α₆，

3)计算工作台A和B，A和C的工作半径误差分别为

步骤三：离心机工作台两两间距测试：

1)将标准圆柱一、二、三分别对应安装在工作台A、B、C的轴端，用千分表测量标准圆柱外表面的径向跳动量，调整标准圆柱使其轴线与相应的工作台的回转轴线重合，

2)用游标卡尺测量标准圆柱一、二、三的直径d₁，d₂，d₃，

3)用游标卡尺测量三个标准圆柱两两间的外圆柱面间隔距离，分别为R₁₂、R₂₃、R₁₃，计算工作台两两回转轴线间距：

步骤四：离心机三个工作半径计算：

根据步骤二、三、四的测量和计算结果，可知三个工作台的半径误差分别为△R，△R+△r₂，△R+△r₃；

利用平面三角的余弦定理，当R₀为离心机的标称半径时，可得

忽略公式中的二阶小量得

求取平均值得到工作台A的工作半径误差

计算工作台A、B、C的实际工作半径为

R_A＝R₀+△R，R_B＝R₀+△R+△r₂，R_C＝R₀+△R+△r₃；

至此完成四轴离心机工作半径的检测。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种四轴离心机的工作半径测量方法，克服了四轴离心机特殊轴端结构和工作台分布构造对于安装测量传感器进行直接测量半径的限制。

本发明不仅精准分离出离心机工作台的均布误差，还通过工作台间的几何关系间接精确地测量出三个工作半径。同时，对比重复安装测量仪器分别测量三个工作台的半径测量方法，本发明提出的方法能够通过简单安装完成全部工作台的工作半径的测量，提高了测量的效率。

本发明可以在主轴轴线无法引出时，仍能适用，体现了该方法的实用性。

附图说明

图1为四轴离心机结构示意图。

图2为四轴离心机工作台分布示意图。

图3为工作台两两工作半径差测试示意图。

图4为工作台两两间距测试示意图。

图5为对准靶标示意图。

图中的附图标记，1为离心机基座，2为离心机主轴，3为离心机主轴延长轴端，4为工作台A，5为工作台A的加速度计工装，6为被测加速度计，7为工作台B，8为工作台B的加速度计工装，9为工作台C，10为工作台C的加速度计工装，11为经纬仪，12为标准圆柱一，13为标准圆柱二，14为标准圆柱三。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，四轴离心机由离心机主轴2和三个工作台即工作台A4、工作台B7和工作台C9组成，离心机主轴2设置在离心机基座1上，离心机主轴2支撑的台面上互成120°设置有工作台A4、工作台B7和工作台C9，离心机主轴2的离心机主轴延长轴端3伸出台面，工作台A4上设置有工作台A的加速度计工装5，工作台B7上设置有工作台B的加速度计工8，工作台C9上设置有工作台C的加速度计工装10，被测加速度计6设置在工作台A4上，离心机主轴2和工作台A4、工作台B7及工作台C9均可360°全回转，顺时针逆时针均可。

如图2所示，在理想条件下，三个工作台即工作台A4、工作台B7和工作台C9工作半径均为0.5m，且工作台应为等间隔120°分布，但实际存在均布误差△α₁₂、△α₂₃、△α₃₁和半径误差。

如图3所示，架设经纬仪11观测靶标，旋转离心机主轴2，使离心机主轴线和工作台A4回转轴线间的公垂线，与经纬仪11中心和工作台A4回转轴线在水平面上的投影连线垂直，此时用经纬仪11对准工作台A4上的靶标，记录经纬仪11的水平角α₄，并假设此时离心机主轴2处于0°位置。将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪11分别对准工作台B7和工作台C9回转轴线，记录经纬仪11的水平角α₅和α₆，计算工作台A和B，A和C的工作半径误差分别为

如图4所示，标准圆柱一12安装在工作台A4的轴端，标准圆柱二13安装在工作台B7的轴端，标准圆柱三14安装在工作台C9的轴端。测量标准圆柱一、二、三的直径d₁，d₂，d₃，测量三个标准圆柱两两间的外圆柱面间隔距离，分别为R₁₂、R₂₃、R₁₃。

如图5所示，靶标中心安装有铜细丝，通过经纬仪对准观测靶标中的细丝，可将回转轴线准确引出。

实施例1：

结合图1、图2、图3、图4和图5；本发明所述的四轴离心机工作半径的测量方法，步骤如下：

步骤一：离心机工作台轴线120°等间隔均布误差测试：

1)利用水平仪测量出离心机三个工作台回转轴线间的平行度，分别为14.49″，11.85″，3.69″，平行度误差均不大于±20″，因此不需要在之后计算工作半径时进行补偿。

2)将靶标安装在离心机的主轴轴端和三个工作台的安装面上，架设经纬仪观测靶标，并将靶标调整到各自的回转轴线上；

3)测量经纬仪中心基准至主轴轴线间的距离D＝1380mm；

4)采用经纬仪对准主轴回转轴线，旋转主轴，使工作台A的回转轴线与经纬仪的竖直轴线、主轴回转轴线在同一铅垂面内，记录经纬仪的水平角α₁＝110°53′06.5″，并假设此时主轴处于0°位置；

5)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线，记录经纬仪的水平角α₂＝110°53′17.75″和α₃＝110°53′01.25″；

6)R为离心机的标称半径，当R＝500mm时，计算均布误差分别为

△α₃₁＝-△α₁₂-△α₂₃＝28.96″。

步骤二：离心机工作台A和B，A和C工作半径差测试：

1)旋转离心机主轴，使离心机主轴线和工作台A回转轴线间的公垂线，与经纬仪中心和工作台A回转轴线在水平面上的投影连线垂直，此时用经纬仪对准工作台A上的靶标，记录经纬仪的水平角α₄＝132°25′08″，并假设此时离心机主轴处于0°位置；

2)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线，记录经纬仪的水平角α₅＝132°25′26″和α₆＝132°25′06.5″；

3)计算A和B，A和C工作半径误差分别为

步骤三：离心机工作台两两间距测试：

1)将标准圆柱一、二、三分别对应安装在工作台A、B、C的轴端，用千分表测量标准圆柱外表面，调整其中心到工作台的回转轴线上；

2)用游标卡尺测量标准圆柱的直径d₁＝90.060mm，d₂＝90.077mm，d₃＝90.067mm；

3)用游标卡尺测量三个标准圆柱两两间的外圆柱面间隔距离，分别为R₁₂＝956.053mm、R₂₃＝956.050mm、R₁₃＝95.980mm。并计算工作台两两回转轴线间距：

步骤四：计算离心机三个工作半径：

根据步骤二、三、四的测量和计算结果，可知三个工作台的半径误差分别为△R，△R+△r₂，△R+△r₃。

利用平面三角的余弦定理，当R₀为离心机的标称半径时，可得；

忽略公式中的二阶小量得

求取平均值得到工作台A的工作半径误差

计算工作台A、B、C的实际工作半径为

R_A＝R₀+△R＝499.92775mm，

R_B＝R₀+△R+△r₂＝500.04000mm，

R_C＝R₀+△R+△r₃＝499.91840mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种四轴离心机工作半径的测量方法，所述四轴离心机包括一个主轴和三个小工作台A、B、C轴系，理想情况下工作台A、B、C轴系的回转轴线与主轴轴线平行，互成120°均匀分布在半径为0.5m的圆周上，主轴匀角速率旋转产生的向心加速度用以标定多个加速度传感器；其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：离心机工作台轴线120°等间隔均布误差测试：

1)利用水平仪测量出离心机三个工作台回转轴线间的平行度，平行度误差应不大于±20″，否则需在之后计算工作半径时进行补偿，

2)将靶标安装在离心机的主轴轴端和三个工作台的安装面上，架设经纬仪，旋转各个轴系并观测各个靶标，将靶标调整到各自的回转轴线上，

3)测量经纬仪中心基准至主轴轴线间的距离D，

4)采用经纬仪对准主轴回转轴线，旋转主轴，使工作台A的回转轴线与经纬仪的竖直轴线、主轴回转轴线在同一铅垂面内，记录经纬仪的水平角α₁，并假设此时主轴处于0°位置，

5)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线,记录经纬仪的水平角α₂和α₃；

6)当R为离心机的标称半径时，计算均布误差分别为

Δα₃₁＝-Δα₁₂-Δα₂₃；

步骤二：离心机工作台A和B，A和C工作半径误差测试：

1)旋转离心机主轴，使离心机主轴线和工作台A回转轴线间的公垂线，与经纬仪中心和工作台A回转轴线在水平面上的投影连线垂直，此时用经纬仪对准工作台A上的靶标，记录经纬仪的水平角α₄，并假设此时离心机主轴处于0°位置，

2)将主轴分别旋转120°和240°，将经纬仪分别对准工作台B和工作台C回转轴线,记录经纬仪的水平角α₅和α₆，

3)计算工作台A和B，A和C的工作半径误差分别为

步骤三：离心机工作台两两间距测试：

1)将标准圆柱一、二、三分别对应安装在工作台A、B、C的轴端，用千分表测量标准圆柱外表面的径向跳动量，调整标准圆柱使其轴线与相应的工作台的回转轴线重合，

2)用游标卡尺测量标准圆柱一、二、三的直径d₁，d₂，d₃，

3)用游标卡尺测量三个标准圆柱两两间的外圆柱面间隔距离，分别为R₁₂、R₂₃、R₁₃，计算工作台两两回转轴线间距：

步骤四：离心机三个工作半径计算：

根据步骤二、三、四的测量和计算结果，可知三个工作台的工作半径误差分别为ΔR，ΔR+Δr₂，ΔR+Δr₃；

利用平面三角的余弦定理，当R₀为离心机的标称半径时，可得：

忽略公式中的二阶小量得

求取平均值得到工作台A的工作半径误差

计算工作台A、B、C的实际工作半径为

R_A＝R₀+ΔR，R_B＝R₀+ΔR+Δr₂，R_C＝R₀+ΔR+Δr₃；

至此完成四轴离心机工作半径的检测。

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