CN104848839A - 一种多轴支撑气浮平台水平测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种多轴支撑气浮平台水平测量装置，本发明属于超精密仪器设备平台的技术领域。它的目的是为了解决现有多轴支撑气浮平台大范围水平测量系统的线阵CCD标定问题。它的圆形平台由三条可伸缩支撑腿支撑，每个可伸缩支撑腿下端连接一个气浮筒，每个气浮筒都通过一个气浮球轴承连接一个气足，三个气足设置在水平混凝土基座上；电机设置在圆形平台上表面的圆心上，电机的转动输出轴上连接有基准光源；伺服音圈电机用来驱动相应的可伸缩支撑腿的伸缩，直线光栅用于采集伺服音圈电机驱动可伸缩支撑腿所产生的位移量；多个线阵CCD沿水平混凝土基座的四周方向均放置。本发明能够在任何状况下，由调平系统调节使工作平台保持为水平状态。

Description

一种多轴支撑气浮平台水平测量装置
技术领域
本发明属于超精密仪器设备平台的技术领域。
背景技术
在空间技术中，经常需要高平面度的平台，比如在空间交汇对接、地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真试验中，需要支撑整个地面仿真器，为地面仿真实验提供基础平台；为编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。由于平台运动或者是静止时都可能由于大面积水平基座的不平整等原因处于倾斜状态，不利于为负载提供尽可能水平的作业平台保证准确对接，因此需要平台在静止和运动状态都能够被快速、精确的调平，以保证平台足够的水平度。
现有技术中，存在各种使用调平机构的工作平台，其调平机构为重力式(自重)调平机构、四杆调平机构或等容积液压缸调平机构。但是，上述调平机构具有许多缺点，例如：
(1)重力式调平机构依靠自重来调平工作平台，其由工作平台、支架组成，这种调平机构不稳定，安全系数低，操作员操作舒适性差。
(2)四杆调平机构采用的是靠物理中四杆的特性来调平工作平台，它的缺陷是对于结构为伸缩的臂架不适用，应用范围狭窄。
(3)等容积液压缸调平机构采用的是在变幅臂处安装被动油缸，工作平台处安装等容积调平液压缸来调平工作平台，其由工作平台、被动油缸、 等容积调平液压缸构成。它的缺点是对于结构为多级伸缩的臂架不适用，应用范围狭窄。
发明内容
本发明目的是为了解决现有多轴支撑气浮平台大范围水平测量系统的线阵CCD标定问题，提供了一种多轴支撑气浮平台水平测量装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种多轴支撑气浮平台水平测量装置，它包括圆形平台1、三条可伸缩支撑腿2、三个气浮筒3、三个气足4、三个气浮球轴承5、电机6、基准光源7、多个线阵CCD 8、水平混凝土基座9；
圆形平台1由三条可伸缩支撑腿2支撑，每个可伸缩支撑腿2下端连接一个气浮筒3，每个气浮筒3都通过一个气浮球轴承5连接一个气足4，三个气足4设置在水平混凝土基座9上；电机6设置在圆形平台1上表面的圆心上，电机6的转动输出轴上连接有基准光源7，所述每条可伸缩支撑腿2内部安装有一个伺服音圈电机2-1、一个直线光栅2-2和一个压力传感器2-3，伺服音圈电机2-1用来驱动相应的可伸缩支撑腿2的伸缩，伺服音圈电机2-1由伺服音圈电机驱动器驱动，直线光栅2-2用于采集伺服音圈电机2-1驱动可伸缩支撑腿2所产生的位移量；多个线阵CCD8沿水平混凝土基座9的四周方向均放置。
本发明能够在任何状况下，由调平系统调节使工作平台保持为水平状态。并具有结构简单、制造成本低廉、容易维护的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中圆形平台1、三条可伸缩支撑腿2、三个气浮筒3、三个气足4、三个气浮球轴承5、电机6和基准光源7之间连接关系的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2所示，它包括圆形平台1、三条可伸缩支撑腿2、三个气浮筒3、三个气足4、三个气浮球轴承5、电机6、基准光源7、多个线阵CCD 8、水平混凝土基座9；
圆形平台1由三条可伸缩支撑腿2支撑，每个可伸缩支撑腿2下端连接一个气浮筒3，每个气浮筒3都通过一个气浮球轴承5连接一个气足4，三个气足4设置在水平混凝土基座9上；电机6设置在圆形平台1上表面的圆心上，电机6的转动输出轴上连接有基准光源7，所述每条可伸缩支撑腿2内部安装有一个伺服音圈电机2-1、一个直线光栅2-2和一个压力传感器2-3，伺服音圈电机2-1用来驱动相应的可伸缩支撑腿2的伸缩，伺服音圈电机2-1由伺服音圈电机驱动器驱动，直线光栅2-2用于采集伺服音圈电机2-1驱动可伸缩支撑腿2所产生的位移量；多个线阵CCD8沿水平混凝土基座9的四周方向均放置。
工作原理：压力传感器用来检测相应支撑腿的力矩、伺服音圈电机用来驱动相应的支撑腿的伸缩，每个伺服音圈电机由一个伺服音圈电机驱动器驱动，直线光栅用于采集伺服音圈电机驱动支撑腿所产生的位移。
倾角传感器用于测量承载平台移动过程中在空间坐标系的X方向和Y方向的振动角度，用于测量承载平台静止时的倾角状态。
控制器的驱动控制信号输出端连接伺服音圈电机驱动器的驱动控制信号输入端，伺服音圈电机驱动器的驱动信号输出端连接伺服音圈电机的驱 动信号输入端，伺服音圈电机驱动信号输出端连接支撑腿的驱动信号输入端。
直线光栅的支撑位移信号输出端连接控制器的支撑腿位移信号输入端，线阵CCD的监测信号输出端连接控制器的监测信号输入端，倾角传感器的倾角信号输出端连接控制器的倾角信号输入端。
通过不断旋转电机的扫描角度θi，安装在其上的基准光源照射在线阵CCD上的高度也不断变化。用倾角传感器可以测量气浮台的倾角θi，即基准光源照射在线阵CCD上的角度θi，线阵CCD实时输出基准光源照射在其上的高度hi。这样得到气浮台不同倾角θ1，θ2，θ3，……θn对应线阵CCD的高度h1，h2，h3……hn。，单轴精密气浮转台到线性CCD的传感器的距离X是固定的。线阵CCD传感器表面状态理想光滑时，设线阵CCD传感器倾斜β角度，基准光源照射在CCD传感器的高度是CCD传感器理想没有倾斜角度时，其CCD传感器的高度Hi＝xtanθ，实际扫描的CCD高度和理想状态的CCD高度的差值可以看出随着扫描角度θ越大，Δh的差值也越大，即hi越大，Δhi也越大。
改变基准光源的投射角度θi，可以得到相应的Δhi＝hi-xtanθi。这样得到多组(Δhi，hi)。线阵CCD的监测信号hi输出端连接控制器的监测信号输入端，倾角传感器的倾角信号θi输出端连接控制器的倾角信号输入端，在控制器里计算Δhi，并将(Δhi，hi)以二维数组的形式保存。由于随着hi越大，Δhi也越大，因此随着光点位置高度增加，采点密度越大。
方法一可以通过matlab里cftool工具箱，曲线拟合的方式拟合曲线方 程得到Δhi和hi的关系。即连续的曲线Δh和h的对应关系。
方法二将(Δhi，hi)烧写在flash里面，通过查表的方式得到某一h对应的Δh，由于数组不是一条连续的曲线，因此可采用就近的原则得到相应的h对应的Δh。至此，便完成了标定，工程上CCD传感器的实际高度为H＝h+Δh。

Claims (1)

1.一种多轴支撑气浮平台水平测量装置，其特征在于它包括圆形平台(1)、三条可伸缩支撑腿(2)、三个气浮筒(3)、三个气足(4)、三个气浮球轴承(5)、电机(6)、基准光源(7)、多个线阵CCD(8)、水平混凝土基座(9)；
圆形平台(1)由三条可伸缩支撑腿(2)支撑，每个可伸缩支撑腿(2)下端连接一个气浮筒(3)，每个气浮筒(3)都通过一个气浮球轴承(5)连接一个气足(4)，三个气足(4)设置在水平混凝土基座(9)上；电机(6)设置在圆形平台(1)上表面的圆心上，电机(6)的转动输出轴上连接有基准光源(7)，所述每条可伸缩支撑腿(2)内部安装有一个伺服音圈电机(2-1)、一个直线光栅(2-2)和一个压力传感器(2-3)，伺服音圈电机(2-1)用来驱动相应的可伸缩支撑腿(2)的伸缩，伺服音圈电机(2-1)由伺服音圈电机驱动器驱动，直线光栅(2-2)用于采集伺服音圈电机(2-1)驱动可伸缩支撑腿(2)所产生的位移量；多个线阵CCD(8)沿水平混凝土基座(9)的四周方向均放置。
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