CN101545789A - 三轴高低温速率转台 - Google Patents

Abstract

本发明属于陀螺标定设备，公开了一种能够应用于高低温范围内的三轴高低温速率转台。它包括转台基座，外框、中框、内框及外框、中框、内框的驱动轴、驱动电机，外框为U形结构，外框驱动轴安装在转台基座内；它还包括一个温箱，外框、中框、内框安装在温箱内部，温箱底板上开有容许外框驱动轴穿过的轴孔；中框和内框为标准正圆环形；温箱壁上开有玻璃窗。本发明的优点在于在高低温环境下能够同时对陀螺进行三个方向测试，该转台对电机力矩要求低，测试效率高。

Description

三轴高低温速率转台

技术领域

本发明属于陀螺标定设备，具体属于一种能够应用于高低温范围内的三轴高低温速率转台。

背景技术

目前国内和从国外进口的高低温环境下标定三轴陀螺的转台形式一般为下列几种形式；一、两轴或三轴转台，温箱套装在滚转轴工作台上，由于温箱腔体尺寸和重量，不仅造成整个转台的方位、俯仰和滚转的框架尺寸需要扩张的很大，框架转动惯量很大也对每个轴电机输出力矩要求很高，因而造成大多数转台结构的方位、俯仰框采用机械手动方式，采用电控方式的安全性也不高，从而造成转台成本高，测试效率低。二、单轴转台，温箱腔体套装在工作台上，测试陀螺每个指向都需进行一次升降温过程，改变指向需要温箱回到常温下手动翻转装卡产品，测试陀螺三个敏感方向需要三个升降温过程，造成测试效率低下，并且陀螺测回时间过长使得不能在同一条件下标定三轴陀螺的三个敏感方向指标，造成测试数据的不准确性。三、采用常温转台，产品在温箱内恒温一段时间后迅速拿出放在保温盒内再安装在上转台测试，此方式测试更为麻烦，首先产品出温箱后温度不能保持恒定，对于长时间测量温度变化大时需要重新定温；其次温箱在低温状态下开门，由于高低温控制对流温箱会严重结霜，产品同样也会结霜凝水，存在损毁产品的危险，对测试带来更多的不确定性。

关于对在高低温环境下对惯性陀螺精度指标标定的转台，采用外中内框(即方位、俯仰和滚转框架)置于温箱内的结构形式，目前尚未见相应产品和报道。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种能够应用于高低温范围内的、能够同时对陀螺进行三个方向测试的三轴高低温速率转台，该转台对电机力矩要求低，测试效率高。

本发明的技术方案如下：

一种三轴高低温速率转台，包括转台基座，外框、中框、内框及外框、中框、内框的驱动轴、驱动电机，外框为U形结构，外框驱动轴安装在转台基座内；同时，它还包括一个温箱，外框、中框、内框安装在温箱内部，温箱底板上开有容许外框驱动轴穿过的轴孔；中框和内框为标准正圆环形；温箱壁上开有玻璃窗。

上述技术方案所述的外框驱动轴穿过轴孔的部分设有大理石隔热层。

上述技术方案所述的轴孔壁上围有一层毛毡。

上述技术方案所述的所述的玻璃窗上加装有多层玻璃，各层玻璃之间设有加热电阻丝。

上述技术方案所述的外框、中框、内框的驱动轴上安装有测角码盘和测速机。

上述技术方案所述的外框驱动轴位于温箱底板和基座间的部分从上导下依次套接有环形导流板和阻水环。

上述技术方案所述的外框、中框、内框均为中空结构，各包括腔壁和腔壁围成的腔体，各框的驱动轴均为中空轴，电源和信号电缆位于外框、中框、内框及其驱动轴的腔体内，外框驱动轴腔底部设有导电滑环，中框测速机、中框测角码盘、内框测速机、内框测角码盘的前置放大器位于大理石隔热层下的外框驱动轴腔内。

本发明的优点在于：

1.将转台的外框、中框、内框置于温箱之中，能够同时对陀螺的三个方向在高低温环境下进行标定，测试效率高，转台的体积小，重量轻，对电机的力矩要求低，同时，由于中框、内框全部为正圆环形，具有很好的对称性，大大减少由于高低温下材料的热胀冷缩引起的框架和轴系变形，从而提高三轴高低温转台中框和内框回转精度、相互垂直度、位置定位精度，提高了标定的准确性，同时在温箱上开有玻璃窗，在不影响温箱内环境的前提下使得了标定时，标定用的自准直激光管输出的平行光能够很好照射到转台内框的镜子上，为转台标定计量仪器提供透光通道，又避免了直接开孔造成温箱内外气流直接交换出现低温下会产生雾化或凝水影响光路传输质量；

2.外框驱动轴通过温箱底板开孔穿过温箱，并采用大理石作为隔热层，减少了外框驱动轴的导热，有助于提高测量的精确度；

3.温箱底板的开孔周围粘贴毛毡，和外框驱动轴形成很小的间隙，在大大减小温箱腔内和外界环境对流的同时，基本消除了由于对流造成的温箱内结水凝霜现象，也保证系统外框驱动轴和温箱摩擦很小；

4.在温箱壁上开窗，加装了多层玻璃，并在每层加热，避免了结霜，同时也避免了普通玻璃的光学折射和漫射带来测试误差。

5.外框、中框、内框的驱动轴上安装有测角码盘和测速机，使得转台可以通过控制系统自动控制；

6.外框、中框、内框及其驱动轴采用中空设计，并将电缆置于空腔中，利用导电滑环来做电缆中转，使得整个转台的电气连接简单、紧凑、可靠，同时将前置放大器放置于安装在隔热层下的外框主轴腔内，既缩短了传输距离没通过导电滑环，也避开了高低温环境，很好地解决了信号干扰的难题；

7.外框驱动轴上套装环状导流板，用来对高低温箱连续长时间工作由于内外冷热气流对流形成的水滴导流，将水导流在底座上的阻流环外，防止水顺外框主轴外圆壁流入转台基座内，避免长时间积水损毁轴承、电机21、测速机和测角码盘，为系统提供了更高的安全保障。

附图说明

图1为本发明提供的一种三轴高低温速率转台的结构示意图；

图2为图1中外框驱动轴连接结构示意图。

图中，1内框驱动轴，2内框轴承，3内框腔壁，4内框腔体，5中框轴承，6中框测角码盘，7中框，8中框测速机，9外框腔体，10外框腔壁，11温箱底板，12外框连接轴，13大理石隔热层，14电缆，15外框主轴，16接线插座，17导电滑环，18外框测角码盘，19外框辅助轴承，20外框测速机，21外框驱动电机，22外框轴承，23前置放大器，24阻水环，25导流板，26转台基座，27毛毡，28外框，29内框限位机构，30引北镜，31内框驱动电机，32内框，33中框驱动轴，34中框驱动电机，35中框限位机构，36中框腔体，37中框腔壁，38内框测速机，39内框测角码盘，40调平地脚，41螺钉；42台阶孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步地详细描述。

如图1所述，一种三轴高低温速率转台，包括转台基座26，位于转台基座26上方的温箱(图中只示出了温箱底板11)和安装于温箱内的外框28、中框7、内框32；温箱是一个采用氟制冷电阻丝加热的的方形箱体；

转台基座26中心安装有中空且成台阶状的外框主轴15，外框主轴15从下到上依次套装有外框测角码盘18、外框辅助轴承19、外框测速机20、外框驱动电机21、外框轴承22；

外框主轴15的上部伸出转台基座26的上端面上有一层环形大理石隔热层，大理石隔热层13上为同轴的外框连接轴12同轴，螺钉41穿过外框连接轴12、大理石隔热层13伸入外框主轴15上端面的螺纹孔中，将外框连接轴12、大理石隔热层13和外框主轴15同轴固定连接在一起(如图2所示)，形成外框驱动轴，为了便于螺钉41穿过，外框连接轴12的上部设有一圈台阶孔42；温箱底板11开有能允许外框驱动轴(12和15)穿过的轴孔，并套在外框驱动轴(12和15)的大理石隔热层13段上，轴孔壁上粘贴有一层毛毡27；外框主轴15和外框连接轴12均为中空轴；

外框连接轴12的上端位于温箱内部，其上安装外框28，外框28为U形结构，并安装有引北镜30；

外框28上端安装有一对水平的中框驱动轴33，中框驱动轴33与中框固定连接，中框7为正圆环形，中框驱动轴33的轴线通过中框7的直径，中框驱动轴33外周上依次安装有中框测角码盘6、中框测速机8、中框轴承5、中框限位机构35；

中框7上还安装有一对内框驱动轴1，内框驱动轴1的轴线与中框驱动轴33轴线垂直，内框32也为正圆环形，安装在内框驱动轴1上，内框驱动轴1外周上依次安装有内框测角码盘39、内框测速机38、内框轴承2、内框限位机构29；

外框28、中框7、内框32均为中空结构，都包括铸铝材料构成的腔壁和腔壁围城的腔体(10和9，37和36，4和3)；

转台基座26上设有接线插座16，作为电源信号电缆14的接口，插座上连接的电缆14与设在外框主轴15空腔底部的导电滑环17连接，导电滑环17上引出的电缆14穿过外框连接轴12内部的空腔、外框腔体9、中框腔体36引入相应的电机(21，34，31)、测速机(20，8，38)、测角码盘(18，6，39)，为其提供电源并将测速机(20，8，38)、测角码盘(18，6，39)的信号输出。

温箱壁上设有测量用的玻璃窗(图中未示出)。

转台基座26的底部设有调平地脚40，可以方便地调节转台基座26的水平。

上述三轴高低温速率转台的工作原理如下：

外框28、中框7、内框32及其驱动轴(15和12，33，1)、驱动电机(21，34，31)能够产生三个自由度的旋转运动，即方位、俯仰和偏航。温箱内的中框驱动轴33和内框驱动轴1提供产品的东南西北天地指向翻转，工作在常温下的外框驱动轴(12和15)提供高精度的速率运转。在对高低温环境(-50℃～70℃)下对惯性陀螺精度指标标定时，将惯性陀螺卡装在内框7上，然后调节温箱温度，通过外框28、中框7、内框32三个方向的转动，可按照常温下惯性陀螺的标定方法来对惯性陀螺标定。中框7和内框32由于处于温箱腔体内，两个框轴的定位精度、垂直度、回转精度的测试使用需自准直光管，本发明中测量温箱壁上开有玻璃窗，以解决光路传输问题，避免了直接开孔会造成温箱内外气流直接交换出现低温下会产生雾化或凝水影响光路传输质量，从而影响测量结果准确性。

单层玻璃温差很大时，仍然会产生结霜，影响光路传输质量，为此，在本发明的另一实施方式中，在温箱壁上开窗，加装了五层玻璃，各层之间留有气隙，并安装有加热电阻丝，通过电阻丝加热各层玻璃间的气流，减小各层温差，避免了结霜，同时也避免了普通玻璃的光学折射和漫射带来测试误差。玻璃窗也可以装两层、三层、四层、七层玻璃，但是层多了就浪费并造成安装困难，层少就效果不太理想，五层效果最好。

上述三轴高低温速率转台中，由于中框7和内框32安放在温箱箱体内，要承受-45℃～70℃的温度变化，通过应用SOLIDWORKS软件对系统建立模型，利用有限元设计分析方法，对不同温度下不同的机械结构形式的变形情况建立模型，经过大量分析比对，设计中框7和内框32为标准正圆环型结构，此结构的由于具有很好的对称性，大大减少由于高低温下材料的热胀冷缩引起的框架和轴系变形，从而提高三轴高低温转台中框7和内框32回转精度、相互垂直度、位置定位精度；

中框7和内框32都采取一次铸造成型，各部分材料完全一致，膨胀系数也相同，也可以进一步提高在高低温环境下的定位精度；

外框连接轴12通过温箱底板11开孔穿过温箱，并采用大理石作为隔热层，减少了外框驱动轴(12和15)的导热，有助于提高测量的精确度。

温箱底板11的开孔周围粘贴毛毡27，和外框驱动轴(12和15)形成很小的间隙，在大大减小温箱腔内和外界环境对流的同时，基本消除了由于对流造成的温箱内结水凝霜现象，也保证系统外框驱动轴(12和15)和温箱摩擦很小。

为避免外框28连续无限转动时通过外框驱动轴(12和15)的电缆14不被绞接，在上述三轴高低温速率转台中通过导电滑环17来做电缆中转，而在中框驱动轴33和内框驱动轴1上则设有限位机构35和29，使得中框7只能做-180°到+180°的旋转，避免电缆14不被绞接。限位机构35和29可以采用机械限位也可以采用电气限位，这对于本领域的技术人员来说是很容易实现的。

当然，电缆14的穿越形式可以设计成其他的形式，比如如果无需外框28的连续转动，电缆14中就可以不采用导电滑环17。中框驱动电机34和内框驱动电机31的电源线也可以从温箱壁上引入，但是绝热效果上会受到影响。

为了能够应用于自动标定中，上述三轴高低温速率转台的外框驱动轴(12和15、中框驱动轴33、内框驱动轴1上还安装有测角码盘(18，6，39)和测速机(20，8，38)，以提供控制信号，这与常温下的三轴转台是相同的，但是由于中框测角码盘6和内框测角码盘39输出的模拟正弦调制信号微弱，峰值只有约15mv左右，需要进行信号放大后再传输，在普通环境下一般在测角码盘附近放置前置放大电路，由于中框7和内框32放置在温箱内，放大电路器件，即使选用军品器件，在巨大温差下的飘移将严重影响测角精度，甚至不能可靠工作，如果通过导电滑环17将弱信号通过滑环引出温箱在底座下放置前置放大器23，则可能因为导电滑环17的存在，将会对测角码盘(6，39)的信号产生很大干扰。在上述三轴高低温速率转台中，前置放大器23安装在隔热层下的外框主轴15腔内，既缩短了传输距离没通过导电滑环17，也避开了高低温环境，很好地解决了此难题。

在温箱底板11孔下方，外框驱动轴(12和15)上套装环状导流板25，用来对高低温箱连续长时间工作由于内外冷热气流对流形成的水滴导流，将水导流在底座上的阻流环24外，防止水顺外框主轴15外圆壁流入转台基座26内，避免长时间积水损毁轴承22、电机21、测速机20和测角码盘18，为系统提供了更高的安全保障。

上述三轴高低温速率转台中安装了引北镜30，便于北向标定设备同过光学的途径计算转台初始位置和北向的加角。普通情况下，陀螺标定要和地球的北向基准建立联系，有了北向作为基准角，然后陀螺部分信号输出可以根据北向建立自己的输出数据。计量陀螺的设备转台通过确定自己的初始位置和正北方向之间的角度差，从而便于在相同的计量基础上比对陀螺自身数据和转台输出的标准数据。

Claims (10)

1.一种三轴高低温速率转台，包括转台基座(26)，外框(28)、中框(7)、内框(32)及外框(28)、中框(7)、内框(32)的驱动轴(12和15，33，1)、驱动电机(21，34，31)，外框(28)为U形结构，外框驱动轴(12和15)安装在转台基座(26)内；其特征在于：它还包括一个温箱，外框(28)、中框(7)、内框(32)安装在温箱内部，温箱底板(11)上开有容许外框驱动轴(12和15)穿过的轴孔；中框(7)和内框(32)为标准正圆环形；温箱壁上设有玻璃窗。

2.如权利要求1所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框驱动轴(12和15)穿过轴孔的部分设有大理石隔热层(13)。

3.如权利要求1或2所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的轴孔壁上围有一层毛毡(27)。

4.如权利要求1或2所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的玻璃窗上加装有多层玻璃，各层玻璃之间设有加热电阻丝。

5.如权利要求3所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的玻璃窗上加装有多层玻璃，各层玻璃之间设有加热电阻丝。

6.如权利要求4所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框(28)、中框(7)、内框(32)的驱动轴(12和15，33，1)上安装有测角码盘(18，6，39)和测速机(20，8，38)。

7.如权利要求5所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框(28)、中框(7)、内框(32)的驱动轴(12和15，33，1)上安装有测角码盘(18，6，39)和测速机(20，8，38)。

8.如权利要求6所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框(28)、中框(7)、内框(32)均为中空结构，各包括腔壁和腔壁围成的腔体，各框的驱动轴(12和15，33，1)均为中空轴，电源和信号电缆(14)位于外框(28)、中框(7)、内框(32)及其驱动轴(12和15，33，1)的腔体内，外框驱动轴(12和15)腔底部设有导电滑环(17)，中框测速机(8)、中框测角码盘(6)、内框测速机(38)、内框测角码盘(39)的前置放大器(23)位于大理石隔热层(13)下的外框驱动轴腔(12和15)内。

9.如权利要求7所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框(28)、中框(7)、内框(32)均为中空结构，各包括腔壁和腔壁围成的腔体，各框的驱动轴(12和15，33，1)均为中空轴，电源和信号电缆(14)位于外框(28)、中框(7)、内框(32)及其驱动轴(12和15，33，1)的腔体内，外框驱动轴(12和15)腔底部设有导电滑环(17)，中框测速机(8)、中框测角码盘(6)、内框测速机(38)、内框测角码盘(39)的前置放大器(23)位于大理石隔热层(13)下的外框驱动轴腔(12和15)内。

10.如权利要求9所述的一种三轴高低温速率转台，其特征在于：所述的外框驱动轴(12和15)位于温箱底板和转台基座(26)间的部分从上到下依次套接有环形导流板(25)和阻水环(24)。

Images