專利名稱：一種高低溫環境下的五軸測試臺的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境測試技術領域，涉及一種高低溫環境下的五軸測試臺。
技術背景高速戰斗機在飛行時，其座艙內溫度會經歷很大的溫差變化，往往可達土5(TC左右，這就會給飛行員的頭盔瞄準系統帶來很大的影響，因此飛行員 的頭盔瞄準系統在研發時必須放在環境試驗箱內做高低溫試驗，以檢驗其在 高、低溫和常溫環境下的穩定性和精確度，環境試驗箱的試驗溫度要求設置 在土65。C。對高低溫環境下五軸測試臺的要求是裝卡頭盔后，被測頭盔在空間要 實現五個自由度，即三個直線軸X、 Y、 Z和兩個轉動軸a、 P，五個軸各有其直線位移行程或角度轉動范圍的要求。五個軸配合起來實現頭盔在空間數 個確定位置。在測試臺的上方安裝有光電瞄準器的工裝，要求頭盔在每一個 確定的位置時光電瞄準器要對準頭盔上的感應器，以此判斷和確定飛行員的 目視目標。為了分離出頭盔瞄準光電系統由于溫度影響帶來的誤差，要求測 試臺分別在高、低溫和常溫環境下的重復定位誤差都很小(每個測試點分別 要在高、低溫和常溫環境下三次測量)，還要求測試臺重量較輕，因為要經 常把測試臺搬入環境試驗箱內。目前的傳感器的精度雖然可以滿足測試臺定位精度，但是所有位置和角 度傳感器(包括電動機)幾乎都只能在常溫環境下工作，因此不能借助傳感器實現頭盔在空間的精確定位。另外由于金屬的線膨脹系數很大，如碳鋼線膨脹系數在2(TC 10(TC范圍內是0. 000012左右，這會給測試臺的位置精度 和重復性定位精度帶來極大的影響。因此研究在士65tH式驗環境的條件下的 五軸的測試方法并制造出相關裝置就成為迫切的需求。 發明內容本發明的目的是提供一種高低溫環境下的五軸測試臺，解決了現有技術 在土65TH式驗環境條件下沒有合適傳感器，以及由于金屬的線膨脹導致的位 置精度和重復性定位精度不夠的難題。本發明所采用的技術方案是， 一種高低溫環境下的五軸測試臺，包括機 架，機架上設置有水平的X—Y軸的定位板，定位板上設置有方箱，在方箱 中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱之間設置有Z軸的調整和定位結構，在 Z軸裝置的上端面上設置有a軸的調整和定位結構，在a軸調整和定位結構 上設置有e軸調整和定位結構；在機架上設置有工裝。本發明的五軸測試臺的特點還在于，定位板上設置有定位孔，該定位孔每一組有兩個， 一個為主定位孔，另 一個為輔助定位孔。Z軸的調整和定位結構是，包括在方箱的內壁安裝有一對垂直設置的滾 動導軌，在滾動導軌中安裝有Z軸裝置的Z軸，Z軸可以上下移動，Z軸裝 置的Z軸表面沿軸向設置有Z齒條，Z齒條與齒輪連接，齒輪與蝸輪減速器 連接，蝸輪減速器與手輪連接；在Z軸的下端面中心設置有定位銷a，在方 箱的底板上設置有定位銷b;在Z軸上還安裝有一根Z軸標尺，Z軸標尺上 設置有若干定位錐孔，在方箱的側壁設置有定位銷c。a軸的調整和定位結構，包括轉動盤，轉動盤上設置有a軸，轉動盤設置在固定盤的上面，轉動盤與固定盤同軸安裝，固定盤與Z軸裝置的上端連接；轉動盤上還設置有定位銷d，固定盤上設置有相應的按照a角度坐標做 出的定位錐孔。e軸的調整和定位結構是，在轉動盤上還設置有兩個立板，兩個立板之 間安裝有可轉動的P軸；在一側的立板上安裝有兩個圓盤， 一個是固定圓盤， 與該側立板固連，固定圓盤上設置有按照e角度坐標做出的定位錐孔，另一 個圓盤是轉動圓盤，轉動圓盤與固定圓盤同軸設置，轉動圓盤上面設置有定 位銷e，轉動圓盤與^軸同軸連接；5軸上設置有一安裝平臺。定位銷都采用提拉式的定位銷方式定位。各零、部件的材質相同。本發明的有益效果是結構簡單，調整及操作方便，定位誤差符合要求， 測量精度高、制作成本低。
圖1是本發明的測試臺的總體結構示意圖；圖2是本發明的測試臺的局部結構示意圖，其中，a是Z軸裝置調整和 定位結構的連接示意圖，b是Z軸裝置與方箱3的定位連接示意圖，c是ci 軸和3軸部分的調整和定位結構的連接示意圖。圖中，l.機架，2.定位板，3.Z軸裝置，4.a軸，5.P軸，6.工裝，7.Z軸， 8.滾動導軌，9.齒條，IO.手輪，11.蝸輪減速器，12.齒輪，13.定位銷a， 14. 定位銷b， 15.Z軸標尺，16.定位銷c， 17.固定盤，18.轉動盤，19.定位銷d， 20.固定圓盤，21.轉動圓盤，22.定位銷e， 23.安裝平臺。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。如圖1所示，本發明的測試臺的總體結構是，包括機架l，機架l上設置有水平的X—Y軸定位板2，定位板2上設置有方箱3，在方箱3中安裝 有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱3之間設置有Z軸調整和定位結構，在Z軸裝 置的上端面上設置有a軸4的調整和定位結構，在a軸4的調整和定位結構 上設置有P軸5的調整和定位結構；在機架1上設置有對應于光電瞄準器的 工裝6。X-Y軸坐標是設置在一個定位板2來實現，定位板2上按照X—Y軸測 試坐標制造出錐型的定位孔，該定位孔每一組有兩個， 一個為主定位孔，另 一個為輔助定位孔，以保證在定位板2上建立的X-Y軸與a軸4和P軸5的正交性。在頭盔瞄準系統的測量中，對系統的測試實質是要測試目標在指定空間 中相對的位置，而不是絕對位置，即使測試空間隨溫度變化而成比例變化， 但被測對象在指定空間中的相對位置不變即能滿足對測試裝置的要求，因此 本發明的測試臺的各部件，全部都使用同一種金屬材料制作，以使線膨脹系數一致。如圖2a所示，是本發明實施例的Z軸裝置調整和定位結構的連接示意 圖。在方箱3的內壁安裝有一對垂直設置的滾動導軌8，在滾動導軌8中安 裝有Z軸裝置的圓柱型的Z軸7， Z軸7可以上下移動，Z軸裝置的Z軸7 表面沿軸向設置有齒條9，齒條9與齒輪12連接，齒輪12所在的傳動軸與 蝸輪減速器ll連接，蝸輪減速器11與手輪IO連接；在Z軸7的下端面中 心設置有定位銷a13，在方箱3的底板上設置有提拉式的定位銷b14。通過手輪IO搖動蝸輪減速器11 (附在方箱3外部)，通過齒輪12 (附 在方箱3內)帶動齒條9移動，從而帶動Z軸7上下移動。隨著Z軸7的下移，定位銷al3插入X—Y定位板2上的主定位孔進行X—Y定位；定位銷 b14插入X_Y定位板2上的輔助定位孔，實現了 X-Y軸與a軸4和3軸5 的正交性。Z軸7可以保證實驗的頭盔樣品一直位于Z軸裝置的最高處，保 證了光或電路射線不會被阻擋。如圖2b所示，是本發明實施例的Z軸裝置與方箱3的定位連接示意圖。 在Z軸7上還固定安裝有一根Z軸標尺15，在Z軸標尺15上設置有若干定 位錐孔，在方箱3的側壁安有定位銷c16。使用時，先把定位銷c16拔出，待Z軸標尺15上的定位錐孔移到指定 的位置時，壓下定位銷c16,鎖住Z軸標尺15，即可實現Z軸7的上下定位。如圖2c所示，是本發明實施例的a軸和e軸的調整和定位結構的連接 示意圖。在Z軸裝置的上端連接有a軸的調整和定位結構，包括固定盤17， 固定盤17的上面設置有可水平轉動的轉動盤18，轉動盤18與固定盤17同 軸安裝，轉動盤18上設置有a軸4，轉動盤18上還設置有定位銷d19，固 定盤17上設置有相應的按照a角度坐標做出的定位錐孔，定位銷d19可以 實現轉動盤18在固定盤17上的a軸4的定位作用；在轉動盤18上還設置有P軸的調整和定位結構，包括設置在轉動盤18 上的兩個立板，兩個立板之間安裝有可垂直轉動的e軸5， ^軸5上設置有 一安裝平臺23，安裝平臺23的中心O點即為X—Y—Z軸的原點，在一側 的立板上安裝有兩個圓盤， 一個是固定圓盤20，與該側立板固連，不能轉動， 固定圓盤20上有按照e角度坐標做出的定位錐孔；另一個圓盤是轉動圓盤 21，轉動圓盤21與固定圓盤20同軸設置，轉動圓盤21上面安有定位銷e22， 轉動圓盤21與0軸5同軸連接。當定位銷e22插入固定圓盤20上的某個定 位錐孔時，可以實現P軸5的角度定位。本發明的所有的定位銷都采用提拉式定位銷方式定位。本發明裝置的定位原理是當Z軸7定位在X — Y軸平面定位板2的原點，并且Z軸標尺15定位在Z軸7原點時，P軸5上的安裝平臺23的中心 O點為X—Y—Z軸的原點，其次可以通過a軸4和3軸5的轉動實現a軸4 和P軸5的調整和定位。在包含五個軸的裝置上方，設有一道橫梁，上面有 安放光電瞄準器的工裝6，它和五軸裝置共同形成了一個完整的、特定的測 試空間，無論該空間隨著溫差膨脹還是縮小，其內部任何一點的相對位置是 不變的。在高低溫環境下對頭盔瞄準系統進行的測試實質是在一個封閉的、特定 的相對空間中進行，因此本發明使用同一種金屬材料，避開因為線膨脹系數 帶來的巨大誤差而使測試成為可行；本發明的裝置通過完全使用金屬材料作 為定位元件，不使用任何傳感器，用常規的制造手段達到裝置的精度要求， 解決了沒有合適傳感器的難題；所設計的裝置利用常見材料制作，在經濟上 可行，在目前的制造水平上也容易達到所要求的設計精度。本實施例的測試臺結構簡單，調整及操作方便，3個直線軸上的定位誤 差為士0.02mm， 2個轉動軸轉角定位誤差為±30"，完全滿足了實驗測量的需 要。
權利要求
1. 一種高低溫環境下的五軸測試臺，其特征在于包括機架(1)，機架(1)上設置有水平的X-Y軸的定位板(2)，定位板(2)上設置有方箱(3)，在方箱(3)中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱(3)之間設置有Z軸的調整和定位結構，在Z軸裝置的上端面上設置有α軸的調整和定位結構，在α軸調整和定位結構上設置有β軸調整和定位結構；在機架(1)上設置有工裝(6)。
2、 根據權利要求l所述的測試臺，其特征在于所述的定位板(2)上 設置有定位孔，該定位孔每一組有兩個， 一個為主定位孔，另一個為輔助定 位孔。
3、 根據權利要求l所述的測試臺，其特征在于所述的Z軸的調整和 定位結構是，包括在方箱(3)的內壁安裝有一對垂直設置的滾動導軌(8)， 在滾動導軌(8)中安裝有Z軸裝置的Z軸(7)， Z軸(7)可以上下移動， Z軸裝置的Z軸(7)表面沿軸向設置有Z齒條(9)， Z齒條(9)與齒輪(12) 連接，齒輪(12)與蝸輪減速器(11)連接，蝸輪減速器(11)與手輪(10) 連接；在Z軸(7)的下端面中心設置有定位銷a (13)，在方箱(3)的底 板上設置有定位銷b (14)，在Z軸(7)上還安裝有一根Z軸標尺(15)， Z軸標尺(15)上設置有 若干定位錐孔，在方箱(3)的側壁設置有定位銷c (16)。
4、 根據權利要求1所述的測試臺，其特征在于所述的a軸的調整和 定位結構，包括轉動盤(18)，轉動盤(18)上設置有a軸(4)，轉動盤(18) 設置在固定盤(17)的上面，轉動盤(18)與固定盤(17)同軸安裝，固定 盤(17)與Z軸裝置的上端連接；轉動盤(18)上還設置有定位銷d (19)，固定盤(17)上設置有相應的 按照a角度坐標做出的定位錐孔。
5、 根據權利要求1所述的測試臺，其特征在于所述的P軸的調整和 定位結構是，在轉動盤(18)上還設置有兩個立板，兩個立板之間安裝有可 轉動的P軸(5);在一側的立板上安裝有兩個圓盤， 一個是固定圓盤(20)， 與該側立板固連，固定圓盤(20)上設置有按照3角度坐標做出的定位錐孔， 另一個圓盤是轉動圓盤(21)，轉動圓盤(21)與固定圓盤(20)同軸設置， 轉動圓盤(21)上面設置有定位銷e (22)，轉動圓盤(21)與P軸(5)同 軸連接；P軸(5)上設置有一安裝平臺(23)。
6、 根據權利要求1所述的測試臺，其特征在于所述的定位銷都采用 提拉式的定位銷方式定位。
7、 根據權利要求1所述的測試臺，其特征在于所述各零、部件的材質相同。
全文摘要
本發明公開了一種高低溫環境下的五軸測試臺，包括設置在機架上的水平的X-Y軸定位板，定位板上設置有方箱，在方箱中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱之間設置有Z軸調整和定位結構，在Z軸裝置的上端面上設置有α軸的調整和定位結構，在α軸的調整和定位結構上設置有β軸的調整和定位結構；在機架上設置有工裝。本發明的測試臺，無論是支撐部件還是定位元件，全部都使用同一種材料制作。本發明的測試臺結構簡單，調整及操作方便，定位誤差符合要求，測量精度高、制作成本低，完全滿足了實驗測量的需要。
文檔編號G01M99/00GK101281090SQ20081001822
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月16日 優先權日2008年5月16日
發明者呂延軍, 明 姜, 姜斯亮, 楊光雄 申請人:西安理工大學