一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，包括調整基座、光柵鼓安裝座、第一編碼器讀數頭、第二編碼器讀數頭、編碼器光柵鼓、讀數頭安裝座和回轉軸系，調整基座、光柵鼓安裝座和編碼器光柵鼓均為圓盤結構，光柵鼓安裝座固定安裝在調整基座的頂部；回轉軸系和編碼器光柵鼓均固定安裝到光柵鼓安裝座上；讀數頭安裝座與回轉軸系固定連接，第一編碼器讀數頭和第二編碼器讀數頭安裝在讀數頭安裝座底部；本發明消除了光柵鼓安裝偏心、讀數頭安裝位置及支撐桿件晃動對檢測精度的影響，同時角速率精度標定檢測裝置使用簡單方便，無須專門的檢測人員，一般技術人員經簡短的培訓即可使用，提高了檢測效率，確保精度標定檢測結果可靠。
【專利說明】一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，適用于慣性測量系統測試設 備各類型轉臺的低角速率精度標定。
【背景技術】
[0002] 慣性測量系統是運載火箭和導彈的重要部件之一，其各項參數是否合格及穩定性 的好壞將直接影響發射的成敗，因此慣性測量系統在出廠前和使用前都要使用測試設備對 其進行校定檢測，只有校定檢測合格的慣性測量系統才允許上箭或上彈使用。測試設備是 慣性測量系統進行校定檢測的必要設備，由于角速率精度及穩定性是測試設備最重要的指 標之一，因此為了保證該項指標的可靠性，測試設備在使用前必須進行角速率精度標定檢 測。
[0003] 目前常用的慣性測量系統測試設備有單軸速率轉臺、單軸帶溫箱速率轉臺、雙軸 速率轉臺、雙軸帶溫箱速率轉臺、三軸速率轉臺和三軸帶溫箱速率轉臺等。
[0004] 為了保證校定檢測的準確性，通常對測試設備的精度指標要求較高，尤其是角速 率精度指標。對于角速率范圍Θ >10° /s時，角速率精度通常要求SIX 10_5,此時角速率 精度通過360°平均計算得到，因此對于角速率Θ >10° /s時可以使用外接光電霍爾進行 標定。但對于角速率Γ /s〈0< 1〇° /s時，角速率精度通常要求<ιχ ι〇Λ通過10°平 均計算得到；角速率范圍Θ /s，角速率精度通常要求<1ΧΚΓ 3,通過Γ平均計算得 至IJ，此時外接光電霍爾標定方法無法進行標定，由于國軍標和國家標準中沒有相關的統一 標準，通常使用外接編碼器的方法進行標定檢測。
[0005] 目前使用的編碼器外接標定法對于不同的測試設備需要單獨制作工裝，編碼器讀 數頭需要通過外部懸臂梁對準光柵鼓，從而造成標定檢測設備復雜，安裝不方便，需要專業 裝調人員對檢測設備進行裝調。同時，由于單讀數頭無法消除偏心誤差，且懸臂梁容易受 外界空氣擾動和地面震動等外界環境因素的影響，從而造成角速率精度標定檢測結果不可 靠，造成極大的人力、物力和時間成本的浪費，嚴重時甚至可能造成運載火箭或導彈發射失 敗。
【發明內容】
[0006] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種旋轉軸系角速率精 度標定檢測裝置，排除了外界環境因素和安裝因素對角速率精度標定檢測的影響，使用簡 單方便，提高了檢測效率，確保角速率精度標定檢測結果可靠。
[0007] 本發明的技術解決方案：提供了一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，包括： 調整基座、光柵鼓安裝座、第一編碼器讀數頭、第二編碼器讀數頭、編碼器光柵鼓、讀數頭安 裝座和回轉軸系；
[0008] 調整基座、光柵鼓安裝座和編碼器光柵鼓均為圓盤結構，光柵鼓安裝座固定安裝 在調整基座的頂部；回轉軸系和編碼器光柵鼓均固定安裝到光柵鼓安裝座上；所述調整編 碼器光柵鼓與回轉軸系同軸安裝，同軸度優于0. 〇〇3mm ;
[0009] 讀數頭安裝座與回轉軸系固定連接并隨著回轉軸系轉動，第一編碼器讀數頭和第 二編碼器讀數頭均安裝在讀數頭安裝座底部，第一編碼器讀數頭和第二編碼器讀數頭呈 180°對稱分布，安裝誤差不超過Γ ;第一編碼器讀數頭和第二編碼器讀數頭隨著回轉軸 系轉動，讀取編碼器光柵鼓上的刻度；
[0010] 讀數頭安裝座包括第一調整板、第二調整板、連接板、第一撥叉板和第二撥叉板；
[0011] 第一調整板和第二調整板均為Z型結構且在下端面開有兩個腰形孔，第一編碼器 讀數頭通過腰形孔和螺釘與第一調整板連接，第二編碼器讀數頭通過腰形孔和螺釘與第二 調整板連接，通過改變螺釘在腰形孔中的位置來調節第一編碼器讀數頭和第二編碼器讀數 頭與編碼器光柵鼓的間距；
[0012] 第一調整板、第二調整板、第一撥叉板和第二撥叉板均固定安裝在連接板上，第一 撥叉板和第二撥叉板由外部支架提供限位，確保讀數頭安裝座不轉動。
[0013] 所述的回轉軸系包括軸承組件、主軸、軸承座、軸承蓋、墊圈和鎖緊螺母，主軸為中 空圓柱體結構，軸承組件包括兩個相同的軸承；
[0014] 軸承蓋為圓環結構，軸承蓋與軸承座固定連接,軸承蓋、軸承座與主軸構成密閉空 腔體，軸承組件位于軸承蓋、軸承座與主軸構成密閉空腔體內；
[0015] 墊圈通過鎖緊螺母固定安裝在主軸的周向外側，鎖緊螺母與墊圈配合使用給軸承 組件施加預緊力消除軸承游隙，保證回轉軸系的回轉精度。
[0016] 所述第一編碼器讀數頭、第二編碼器讀數頭和編碼器光柵鼓組成編碼器，編碼器 精度高于被檢測旋轉軸系要求精度。
[0017] 所述軸承組件中的兩個軸承均為精密向心推力球軸承且兩個軸承背靠背安裝。
[0018] 本發明與現有技術相比的有益效果在于：
[0019] (1)本發明為一體式整裝結構，一次裝調完成后即可連續使用，無需拆裝編碼器讀 數頭和光柵鼓，避免了因多次拆裝對編碼器光柵鼓和讀數頭自身精度的影響，確保角速率 精度標定檢測結果可靠；
[0020] (2)本發明中編碼器讀數頭通過讀數頭安裝座與回轉軸系連接，避免使用過長的 懸臂梁，可以消除空氣擾動和地面震動等外界環境因素對角速率精度標定檢測的影響，確 保角速率精度標定檢測結果可靠；
[0021] (3)本發明中編碼器讀數頭可以迅速對準編碼器光柵鼓零位，安裝時不需要提前 對準，安裝簡單方便且可靠；
[0022] (4)本發明中編碼器采用雙讀數頭的方式，且呈180°對稱分布，可以消除由于編 碼器安裝偏心造成檢測誤差，確保角速率精度標定檢測結果可靠；
[0023] (5)本發明中主軸支承裝置采用精密向心推力球軸承，軸承尺寸小、剛度大，保證 了回轉軸系的回轉精度又減輕了回轉軸系的重量；
[0024] (6)本發明通過調整基座即可快速實現與被測軸系的連接及同軸調整，安裝簡單 且可靠；
[0025] (7)本發明使用簡單方便，一般技術人員經簡短的培訓即可使用，提高了檢測效 率，確保角速率精度標定檢測結果可靠。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明中裝置的主視圖；
[0027] 圖2為本發明中裝置的俯視圖；
[0028] 圖3為本發明回轉軸系的結構示意圖；
[0029] 圖4為本發明光柵鼓安裝座的結構示意圖；
[0030] 圖5為本發明讀數頭安裝座的結構示意圖；
[0031] 圖6為本發明調整基座的結構不意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明。
[0033] 圖1和圖2分別為本發明中裝置的主視圖和俯視圖，從圖1和圖2可知，本發明中 涉及的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置包括：調整基座1、光柵鼓安裝座2、第一編 碼器讀數頭3、第二編碼器讀數頭4、編碼器光柵鼓5、讀數頭安裝座6和回轉軸系8。
[0034] 調整基座1、光柵鼓安裝座2和編碼器光柵鼓5均為圓盤結構，光柵鼓安裝座2固 定安裝在調整基座1的頂部；回轉軸系8和編碼器光柵鼓5均固定安裝到光柵鼓安裝座2 上；安裝時調整編碼器光柵鼓5與回轉軸系8同軸安裝，同軸度優于0. 003_。
[0035] 讀數頭安裝座6與回轉軸系8固定連接，第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數 頭4安裝在讀數頭安裝座6底部。第一編碼器讀數頭3、第二編碼器讀數頭4和編碼器光柵 鼓5組成編碼器，編碼器精度高于被檢測旋轉軸系要求精度。
[0036] 讀數頭安裝座6包括第一調整板9、第二調整板17、連接板10、第一撥叉板11和第 二撥叉板18。
[0037] 第一調整板9和第二調整板17均為Z型結構且在水平下端面開有兩個腰形孔，第 一編碼器讀數頭3通過腰形孔和螺釘與第一調整板9連接，第二編碼器讀數頭4通過腰形 孔和螺釘與第二調整板17連接，第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4呈180°對稱 分布，安裝誤差不超過Γ，通過改變螺釘在腰形孔中的位置來調節第一編碼器讀數頭3和 第二編碼器讀數頭4與編碼器光柵鼓5的間距。
[0038] 第一調整板9、第二調整板17、第一撥叉板11和第二撥叉板18均固定安裝在連接 板10上，第一撥叉板11和第二撥叉板18由外部支架提供限位，確保讀數頭安裝座6不轉 動。
[0039] 回轉軸系8包括軸承組件7、主軸12、軸承座13、軸承蓋14、墊圈15和鎖緊螺母 16,主軸12為中空圓柱體結構，軸承組件7包括兩個相同的軸承，兩個軸承均為精密向心推 力球軸承且背靠背安裝。
[0040] 軸承蓋14為圓環結構，軸承蓋14與軸承座13固定連接，軸承蓋14、軸承座13與 主軸12構成密閉空腔體，軸承組件7位于軸承蓋14、軸承座13與主軸12構成密閉空腔體 內。
[0041] 墊圈15通過鎖緊螺母16固定安裝在主軸12的周向外側，鎖緊螺母16與墊圈15 配合使用給軸承組件7施加預緊力消除軸承游隙，保證回轉軸系的回轉精度。
[0042] 本發明中涉及的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置安裝步驟如下：
[0043] (1)回轉軸系8裝配步驟：挑選軸承組件7,型號為B71908C(E).T.P4S精密向心 推力球軸承，要求徑向跳動規律相同，跳動量差盡可能小，將軸承組件7裝入軸承座13中， 要求軸承組件7外圈與軸承座13配合尺寸為間隙配合+0. 001?+0. 003mm，軸承蓋14與 軸承座13連接壓緊軸承組件7外圈。將主軸12裝入軸承組件7內孔，要求主軸12與軸承 組件7內孔配合尺寸為過盈配合-0. 001?-0. 003mm，再將墊圈15和鎖緊螺母16依次與 主軸連接壓緊軸承組件7內圈消除游隙，通過調整保證軸承座13與主軸12的同軸度優于 0. 005mm。
[0044] (2)圖4所示為本發明的光柵鼓安裝座2,將編碼器光柵鼓5和回轉軸系8分別安 裝到光柵鼓安裝座2上，調整編碼器光柵鼓5,使編碼器光柵鼓5相對于回轉軸系8的徑向 跳動優于0. 005mm，端面跳動優于0. 01mm。
[0045] (3)圖5所示為本發明的讀數頭安裝座6,包括第一調整板9、第二調整板17、連接 板10、第一撥叉板11和第二撥叉板18,將第一調整板9、第二調整板17、第一撥叉板11和 第二撥叉板18分別安裝到連接板10上，第一撥叉板11和第二撥叉板18可以由外部支架 提供限位，確保進行角速率精度標定檢測時第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4處 于靜止狀態。
[0046] (4)讀數頭安裝座6安裝到回轉軸系8的軸承座13上，將第一編碼器讀數頭3和 第二編碼器讀數頭4呈180°對稱，分別安裝到第一調整板9和第二調整板17上，并通過配 修第一調整板9和第二調整板17,使第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4下端面與 編碼器光柵鼓5安裝面高度差為3 ±0. 1mm，且第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4 與編碼器光柵鼓5的間隙為0. 8±0. 08mm，以保證編碼器信號強度處于最佳狀態。
[0047] (5)將光柵鼓安裝座2、第一編碼器讀數頭3、第二編碼器讀數頭4、編碼器光柵鼓 5、讀數頭安裝座6、回轉軸系8裝配在一起的部件與調整基座1連接即完成了角速率精度標 定檢測裝置的裝調。
[0048] (6)圖6所示為本發明的調整基座1，在調整基座1的外沿處分別分布有8個M4 螺紋孔和8個Φ 5_通孔，通過調整基座1的8個（或4個）Φ 5_通孔用壓釘將裝配完成 的角速率精度標定檢測裝置與旋轉軸系連接，調整基座1上的8個（或4個）M4螺紋孔安 裝頂釘，用杠桿百分表分別測量主軸12上端內孔和編碼器光柵鼓5上端面，通過調整頂釘 和壓釘，使主軸12上端內孔與旋轉軸系同軸度優于0. 01mm，編碼器光柵鼓5的端面跳動優 于0. 01_，即可檢測旋轉軸系的角速率精度。
[0049] 圖3所示的回轉軸系8為了保住軸系的回轉精度，要求軸系要有較高的剛度，因此 主軸12、軸承座13、軸承蓋14、墊圈15和鎖緊螺母16采用了穩定性和強度好的金屬材料， 所用材料為鋼45。
[0050] 圖4所示的光柵鼓安裝座2上安裝有編碼器光柵鼓5和回轉軸系8,為了保證標定 檢測裝置的剛度，光柵鼓安裝座2所用材料為鋼45,為了減輕標定檢測裝置的重量，光柵鼓 安裝座2通過布置加強筋去除了一部分材料，在保證剛度的前提下減輕了一定的重量。同 時為了防止在裝配、搬運和使用過程中磕碰編碼器光柵鼓和讀數頭，光柵鼓安裝座2外徑 尺寸大于標定檢測裝置中編碼器讀數頭外沿尺寸，而且可以根據情況在光柵鼓安裝座2上 加裝保護殼。
[0051] 圖6所示的調整基座1的結構形式可以根據被檢測旋轉軸系連接尺寸進行相應的 改進，并不只局限于當前所示的結構形式。
[0052] 本發明的工作原理：
[0053] 使用時，本發明中的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置通過調整基座1與被 測設備連接，第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4與外部計算機連接，用于采集和處 理讀數頭數據；
[0054] 調整基座1、光柵鼓安裝座2、編碼器光柵鼓5和回轉軸系8中的主軸12、墊圈15 和鎖緊螺母16組成轉子，與被測轉臺固定連接，保持同步轉動；
[0055] 第一編碼器讀數頭3、第二編碼器讀數頭4、讀數頭安裝座6和回轉軸系8中的軸 承座13和軸承蓋14組成定子，由外部設備固定，保持不動；
[0056] 進行角速率標定檢測時，轉子與定子發生相對轉動，第一編碼器讀數頭3、第二編 碼器讀數頭4和編碼器光柵鼓5組成角速率檢測系統，第一編碼器讀數頭3和第二編碼器 讀數頭4分別讀取編碼器光柵鼓5上的刻度，并將所獲取的數據傳輸給外部計算機存儲和 處理，第一編碼器讀數頭3和第二編碼器讀數頭4同時使用，可以消除裝置的系統誤差，保 證檢測精度。
[0057] 本發明未詳細描述內容為本領域技術人員公知技術。
【權利要求】
1. 一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，其特征在于包括：調整基座（1)、光柵鼓安 裝座（2)、第一編碼器讀數頭（3)、第二編碼器讀數頭（4)、編碼器光柵鼓（5)、讀數頭安裝座 (6)和回轉軸系（8); 調整基座（1)、光柵鼓安裝座（2)和編碼器光柵鼓（5)均為圓盤結構，光柵鼓安裝座 (2)固定安裝在調整基座（1)的頂部；回轉軸系（8)和編碼器光柵鼓（5)均固定安裝到 光柵鼓安裝座（2)上；所述調整編碼器光柵鼓（5)與回轉軸系（8)同軸安裝，同軸度優于 0· 003mm ; 讀數頭安裝座（6)與回轉軸系（8)固定連接并隨著回轉軸系（8)轉動，第一編碼器讀 數頭（3)和第二編碼器讀數頭（4)均安裝在讀數頭安裝座（6)底部，第一編碼器讀數頭（3) 和第二編碼器讀數頭（4)呈180°對稱分布，安裝誤差不超過Γ ;第一編碼器讀數頭（3) 和第二編碼器讀數頭（4)隨著回轉軸系（8)轉動，讀取編碼器光柵鼓（5)上的刻度； 讀數頭安裝座（6)包括第一調整板（9)、第二調整板（17)、連接板（10)、第一撥叉板 (11)和第二撥叉板（18); 第一調整板（9)和第二調整板（17)均為Z型結構且在下端面開有兩個腰形孔，第一編 碼器讀數頭（3)通過腰形孔和螺釘與第一調整板（9)連接，第二編碼器讀數頭（4)通過腰 形孔和螺釘與第二調整板（17)連接，通過改變螺釘在腰形孔中的位置來調節第一編碼器 讀數頭（3)和第二編碼器讀數頭（4)與編碼器光柵鼓（5)的間距； 第一調整板（9)、第二調整板（17)、第一撥叉板（11)和第二撥叉板（18)均固定安裝在 連接板（10)上，第一撥叉板（11)和第二撥叉板（18)由外部支架提供限位，確保讀數頭安 裝座（6)不轉動。
2. 根據權利要求1所述的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，其特征在于：所述 的回轉軸系（8)包括軸承組件（7)、主軸（12)、軸承座（13)、軸承蓋（14)、墊圈（15)和鎖緊 螺母（16)，主軸（12)為中空圓柱體結構，軸承組件（7)包括兩個相同的軸承； 軸承蓋（14)為圓環結構，軸承蓋（14)與軸承座（13)固定連接，軸承蓋（14)、軸承座 (13)與主軸（12)構成密閉空腔體，軸承組件（7)位于軸承蓋（14)、軸承座（13)與主軸（12) 構成密閉空腔體內； 墊圈（15)通過鎖緊螺母（16)固定安裝在主軸（12)的周向外側，鎖緊螺母（16)與墊 圈（15)配合使用給軸承組件（7)施加預緊力消除軸承游隙，保證回轉軸系的回轉精度。
3. 根據權利要求1所述的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，其特征在于：所述 第一編碼器讀數頭（3)、第二編碼器讀數頭（4)和編碼器光柵鼓（5)組成編碼器，編碼器精 度高于被檢測旋轉軸系要求精度。
4. 根據權利要求2所述的一種旋轉軸系角速率精度標定檢測裝置，其特征在于：所述 軸承組件（7)中的兩個軸承均為精密向心推力球軸承且兩個軸承背靠背安裝。
【文檔編號】G01C25/00GK104061944SQ201410265825
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】張顯奎, 魏亮, 胡淼, 鐘正虎, 劉洪豐 申請人:北京航天控制儀器研究所