CN110500956B - 一种标准圆轨迹发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种标准圆轨迹发生装置，包括主转轴、套在主转轴***的壳体、转臂以及传动部件，主转轴上套设有位于主转轴与壳体之间的滑套，并且滑套在主转轴的轴向上间隔设置有两个，主转轴一端设置传动部件由其带动旋转，另一端连接转臂，转臂包括以主转轴轴心对称设置的并垂直于主转轴的梁臂和在梁臂远端设置的靶标，并且转臂的中部还设置有中心与主转轴轴心重合的环规。本发明所述的标准圆轨迹发生装置能够有效提高主转轴的定心能力，减小主转轴转动时的径向颤动，减小振动干扰所造成的误差，确保转臂上的靶标能够精确的进行标准圆轨迹运动，从而能对激光跟踪仪等测量设备进行动态特性校准检测，校准检测精度高。

Description

一种标准圆轨迹发生装置
技术领域
本发明涉及高精度测量装置的检定、校准装置技术领域，尤其涉及一种标准圆轨迹发生装置。
背景技术
激光跟踪三维坐标测量***的主机通过干涉仪或测距仪与两个相互垂直的测角***构成，建立了一个球坐标系，通过双轴旋转驱动机构控制光线跟踪反射靶标的移动，同时测量主机到反射靶标之间的距离，以及这些旋转轴的角坐标，确定靶标在坐标系中的位置，可以测量静止目标，跟踪和测量活动目标。
激光跟踪三维坐标测量***需要进行校准才能保障测量的精确度，目前校准方法的靶标与靶坐使用的是标准器件，在校准过程中不会对其本身所具有的误差进行测量，但是在实际应用中，由于器件的制造误差以及人为安装误差等，会对激光跟踪仪最终的校准精度产生影响，当进行动态速度测量时，现有的校准方法需要使用与静态测量所不同的元器件，需要对校准环境重新布置，使得校准过程较为繁琐，校准精度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种标准圆轨迹发生装置，解决目前技术的校准方式存在着误差，因此导致校准精确度差的问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
一种标准圆轨迹发生装置，包括主转轴、套在主转轴***的壳体、转臂以及传动部件，所述的主转轴上套设有位于主转轴与壳体之间的滑套，并且滑套在主转轴的轴向上间隔设置有两个，所述的主转轴一端设置传动部件由其带动旋转，另一端连接转臂，所述转臂包括以主转轴轴心对称设置的并垂直于主转轴的梁臂和在梁臂远端设置的靶标，并且所述的转臂的中部还设置有中心与主转轴轴心重合的环规。本发明所述的标准圆轨迹发生装置利用传动部件带动主转轴转动，进而转臂上的靶标进行圆周运动，主转轴由间隔设置的滑套支撑从而保障主转轴转动时的稳定性，提高主转轴的定心能力，减小主转轴转动时的径向颤动，并且梁臂以主转轴的轴心对侧设置，从而转臂在转动过程中能进一步保障稳定性，减小振动干扰所造成的误差，确保转臂上的靶标能够精确的进行标准圆轨迹运动，从而能对激光跟踪仪等测量设备进行动态特性校准检测，校准检测精度高。环规能精确标示其中心位置，可以通过环规来对标准圆轨迹发生装置的标准半径进行计量，对标准圆轨迹发生装置的参数性能提供证明，保障计量精度，实现量值溯源。
进一步，所述的梁臂为等强度梁，梁各横截面上的最大正应力都相等并均达到材料的许用应力即为等强度梁，可以通过模态调整，使其共振频率与设备工作所产生的激振频率错开，大大消除了靶标运动中的轴向颤动，提高运动稳定性，从而提高靶标进行标准圆轨迹运动的精确度，提高校准精确度。
进一步，所述的转臂的中心处设置用于与主转轴连接的定心锥，所述的主转轴的端部设置与定心锥配合的定心头，定心锥呈锥形结构，定心头上开设有与定心锥配合的锥形槽，使得转臂能精确的安装到主转轴上，提高转臂与主转轴的连接稳固性，减小振动干扰所造成的误差，提高靶标进行标准圆轨迹运动的精确度。
进一步，所述的定心锥和定心头通过配磨加工而成，提高转臂与主转轴的配合精度，从而提高运动稳定性，保障梁臂与主转轴之间的垂直度。
进一步，所述滑套为滚珠式金属滑套、石墨滑套和静压型油润滑套的其中一种或组合，确保主转轴转动顺滑并稳定，提高主转轴的定心能力，减小主转轴转动时的径向颤动。
进一步，所述的传动部件为磁力传动机构，从而在实现传动的同时将主转轴与动力源隔离开，电机通过磁力传动机构来带动主转轴，不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，通过隔离传动来消除电机端振动对主转轴的影响，提高主转轴的转动稳定性，从而确保靶标能够精确的进行标准圆轨迹运动，磁力传动可实现电机缓冲启动、过载或堵转保护、无极调速、高效节能，无摩擦传动，使用寿命长。
进一步，所述的传动部件包括与主转轴同轴线设置的动力轴、连接在动力轴上的导体转子以及连接在主转轴上的磁转子，并且所述的导体转子与磁转子之间具有气隙，通过调整气隙的大小就可以调节输出转矩，从而实现负载转速变化，传动部件的结构紧凑，占用空间小，实现无摩擦传动，效率高，可靠性好，寿命长，传动平稳、噪声低，保障主转轴的转动稳定性。
上述标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，在转臂未安装到主转轴上时，采用三坐标测量***测得靶标到环规中心的距离L1，在转臂安装到主转轴上后，用千分表测量梁臂在竖直状态下调转180°时环规中心的偏移值Z，并测量梁臂(31)在水平状态下调转180°的环规中心的偏移值X，用公式计算得到标准圆轨迹发生装置的标准半径L3，
Figure BDA0002176301020000031
标准圆轨迹发生装置的标准半径L3通过三坐标测量***、千分表以及环规实现量值溯源。
采用上所述标准圆轨迹发生装置的校准方法，转臂在主转轴的带动下匀速转动，被测仪器在靶标每移动预设定长的弦长时采集靶标的空间位置，在靶标运转一周后用全部的空间位置数据进行拟合得到拟合半径，拟合半径与标准圆轨迹发生装置的标准半径的差值即为被测仪器的动态示值误差。
进一步，所述靶标在主转轴驱动下沿圆周运动，并且靶标在移动设定步长后按照预设的增速值进行加速，直至被测仪器脱靶，脱靶时的靶标转速减去一个增速值则为被测仪器的动态速度极限。
与现有技术相比，本发明优点在于：
本发明所述的标准圆轨迹发生装置能够有效提高主转轴的定心能力，减小主转轴转动时的径向颤动，减小振动干扰所造成的误差，确保转臂上的靶标能够精确的进行标准圆轨迹运动，从而能对激光跟踪仪等测量设备进行动态特性校准检测，校准检测精度高；
转臂为等强度梁，能够大大消除了标准靶标运动中的轴向颤动，提高运动稳定性和精度，从而提高校准精确度；
采用磁力传动，不通过直接接触来进行力与力矩的传递，消除电机端振动对主转轴的影响，提高主转轴的转动稳定性，无摩擦传动、噪音低，使用寿命长；
使得靶标所进行的标准圆轨迹其运动的径向颤动和轴向颤动均优于5μm，提高校准精度，能精确测试激光跟踪仪等跟踪类仪器的动态性能；
通过测量并计算得到标准圆轨迹发生装置的标准直径，得到标准直径的公式具有不变性，标准直径可通过三坐标测量***、千分表以及环规实现量值溯源，保证标准圆轨迹发生装置的量值准确一致，对标准圆轨迹发生装置的参数性能提供证明，即证明标准圆轨迹发生装置的标准直径具有高精确度，有效保障标准圆轨迹发生装置对被测仪器的校准精度，不确定度优于3μm。
附图说明
图1为标准圆轨迹发生装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明实施例公开的一种标准圆轨迹发生装置，结构简单、紧凑，精度高，极大的减小转动过程中径向以及轴向的颤动导致的误差，从而提高校准精度，能精确测试激光跟踪仪等跟踪类仪器的动态性能。
如图1所示，一种标准圆轨迹发生装置，主要包括主转轴1、壳体2、转臂3以及传动部件4；
壳体2套在主转轴1的***，所述的主转轴1上套设有位于主转轴1与壳体2之间的滑套5，并且滑套5在主转轴1的轴向上间隔设置有两个，滑套5分布在靠近主转轴1轴向的两端处，滑套5为滚珠式金属滑套、石墨滑套和静压型油润滑套的其中一种或组合，从而使得主转轴1能够稳定通过滑套5在壳体2内自由转动，提高主转轴的定心能力，减小主转轴转动时的径向颤动；
主转轴1的一端连接转臂3，所述转臂3的中心与主转轴1的轴心重合，所述转臂3包括以其中心对称设置的并垂直于主转轴1的梁臂31和在每个梁臂31远端设置的球形靶标32，在本实施例中，梁臂31设置有两个并沿着通过转臂3中心的直线分布，并且梁臂31为等强度梁，通过模态调整使其共振频率与设备工作所产生的激振频率错开，大大消除了靶标运动中的轴向颤动，转臂3的中心处设置用于与主转轴1连接的定心锥33，所述的主转轴1的端部设置与定心锥33配合的定心头11，定心锥呈锥形结构，定心头上开设有与定心锥配合的锥形槽，并且定心锥33和定心头11通过配磨加工而成，从而保障转臂3与主转轴1配合连接的精确度，保障梁臂31与主转轴1的装配垂直度，转臂3的中部还设置有中心与主转轴1轴心重合的环规34，即环规34也与定心锥33的中心重合；
所述主转轴1另一端设置传动部件4，电机通过传动部件4来带动主转轴1旋转，传动部件4为磁力传动机构，在本实施例中，传动部件4包括与主转轴1同轴线设置的动力轴41、连接在动力轴41上的导体转子42以及连接在主转轴1上的磁转子43，磁转子43通过从动连接轴与主转轴1的端部连接，并且所述的导体转子42与磁转子43之间具有气隙44，通过调整气隙的大小就可以调节输出转矩，电机与主转轴1不直接接触，通过旋转磁场实现传动，消除电机端振动对主转轴的影响，提高主转轴的转动稳定性，从而提高靶标进行标准圆轨迹运动的精度，提高标准圆轨迹发生装置对被测仪器的校准精度。
在实际情况中，总会存在加工误差以及装配误差等，环规的中心与实际的旋转轴心存在一定的偏移，标准圆轨迹发生装置的靶标32所进行的标准圆轨迹也是存在一定误差，靶标32所进行的标准圆轨迹的半径为标准圆轨迹发生装置对被测仪器进行校准的重要参数，需要对标准圆轨迹发生装置进行量值溯源，通过检定/校准等方式来保证标准圆轨迹发生装置的量值准确一致，靶标32所进行的标准圆轨迹的半径通过更高精度的仪器来测定。
量值溯源主要有四种途径：(1)直接送至有资质的检定/校准机构进行检定、校准来实现量值溯源，比如外送中国计量科学研究院、中国测试技术研究院等；(2)单位计量机构建立最高标准(参考标准)，进行内部检定、校准来实现量值溯源；(3)通过使用有证标准物质(CRM)实现量值溯源；(4)当溯源至国家基(标)准不可能或不适用时，应溯源至公认实物标准(标准品、对照品)，或通过比对试验，参加能力验证等途径提供证明。比如一些专用测试设备，在没有溯源的渠道的情况下,，可以通过计量比对的形式实现量值溯源,对参数性能提供证明。
在本实施例中，标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法具体为，在转臂3未安装到主转轴1上时，采用三坐标测量***测得靶标32到环规34中心的距离L1，在转臂3安装到主转轴1上后，用千分表测量梁臂31在竖直状态下调转180°时环规34中心的偏移值Z，并测量梁臂31在水平状态下调转180°的环规34中心的偏移值X，用公式计算得到标准圆轨迹发生装置的标准半径L3，
Figure BDA0002176301020000071
标准直径的公式具有不变性，标准圆轨迹发生装置的标准半径L3通过三坐标测量***、千分表以及环规实现量值溯源，与相应的国家计量基准建立联系,确保标准圆轨迹发生装置量值的准确、一致，保证标准圆轨迹发生装置的量值可靠性，检验标准圆轨迹发生装置是否始终处于良好技术状态。
上述标准圆轨迹发生装置的校准方法，转臂3在主转轴1的带动下匀速转动，被测仪器在靶标32每移50mm的弦长时采集靶标的空间位置，在靶标32运转一周后用全部的空间位置数据进行拟合得到拟合半径，拟合半径与标准圆轨迹发生装置的标准半径(采用量值溯源方法得到的标准半径L3)的差值即为被测仪器的动态示值误差。
靶标32在主转轴1驱动下沿圆周运动，并且靶标32在移动设定步长后按照预设的增速值进行加速，直至被测仪器脱靶，脱靶时的靶标32转速减去一个增速值则为被测仪器的动态速度极限。
通过控制电机来使靶标32按照校准的要求进行不同的圆周运动，可灵活的对激光跟踪仪等设备进行动态示值误差、动态速度极限的测量校准，而且不需要重新布置校准环境，只需通过电机来调整靶标32的移动速度和停顿间隔即可，校准更加简洁、方便，提高效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，标准圆轨迹发生装置包括主转轴(1)、套在主转轴(1)***的壳体(2)、转臂(3)以及传动部件(4)，所述的主转轴(1)上套设有位于主转轴(1)与壳体(2)之间的滑套(5)，并且滑套(5)在主转轴(1)的轴向上间隔设置有两个，所述的主转轴(1)一端设置传动部件(4)由其带动旋转，另一端连接转臂(3)，所述转臂(3)包括以主转轴(1)轴心对称设置的并垂直于主转轴(1)的梁臂(31)和在梁臂(31)远端设置的靶标(32)，并且所述的转臂(3)的中部还设置有中心与主转轴(1)轴心重合的环规(34)，在转臂(3)未安装到主转轴(1)上时，采用三坐标测量***测得靶标(32)到环规(34)中心的距离L1，在转臂(3)安装到主转轴(1)上后，用千分表测量梁臂(31)在竖直状态下调转180°时环规(34)中心的偏移值Z，并测量梁臂(31)在水平状态下调转180°的环规(34)中心的偏移值X，用公式计算得到标准圆轨迹发生装置的标准半径L3，
Figure FDA0003037812320000011
标准圆轨迹发生装置的标准半径L3通过三坐标测量***、千分表以及环规实现量值溯源。
2.根据权利要求1所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述的梁臂(31)为等强度梁。
3.根据权利要求1所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述的转臂(3)的中心处设置用于与主转轴(1)连接的定心锥(33)，所述的主转轴(1)的端部设置与定心锥(33)配合的定心头(11)。
4.根据权利要求3所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述的定心锥(33)和定心头(11)通过配磨加工而成。
5.根据权利要求1所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述滑套(5)为滚珠式金属滑套、石墨滑套和静压型油润滑套的其中一种或组合。
6.根据权利要求1所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述的传动部件(4)为磁力传动机构。
7.根据权利要求6所述的标准圆轨迹发生装置的量值溯源方法，其特征在于，所述的传动部件(4)包括与主转轴(1)同轴线设置的动力轴(41)、连接在动力轴(41)上的导体转子(42)以及连接在主转轴(1)上的磁转子(43)，并且所述的导体转子(42)与磁转子(43)之间具有气隙(44)。
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