CN108759762A - 一种内外双轴式自校准转台及使用方法 - Google Patents

一种内外双轴式自校准转台及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内外双轴式自校准转台及使用方法，包括基座、轴承座、外轴直驱电机、内轴直驱电机、外筒、工作台、外轴编码器、内轴及内轴编码器，所述基座为凹型结构，所述轴承座为设有中心套筒的凸台套筒结构，轴承座装于基座内的底部中心位置，内轴插设在轴承座的中心套筒内，内轴底部与轴承座之间设有内轴直驱电机和内轴编码器，所述工作台的中心安装孔套设在内轴上端部，在内轴上端部设有控制与工作台联锁的联锁结构；在轴承座上部套设有外筒，所述外筒底部与轴承座之间设有外轴直驱电机，所述外筒上端外侧与工作台固定连接，在外筒上端内侧与轴承座之间设有外轴编码器。此转台很好地满足了双编码器自校准的需求，具有很高的实用价值。

Description

一种内外双轴式自校准转台及使用方法
技术领域
本发明涉及超精密运动、超精密测量技术领域，具体涉及一种内外双轴式自校准转台及使用方法。
背景技术
角度是最基本的几何数学量之一，在几乎所有的科技领域中都有应用。随着科学的发展和人类理论认知的不断深入，传统机械式的量块、量尺、分度盘等角度测量和校准工具早已不能满足现代科学和技术工业发展的需求，取而代之的是集光学、机械、电子、计算机等多学科尖端技术复合而成的新型角度测量校准平台。
高精度角度计量基准转台是近年来发展起来的一种极高精度的角度测量系统。针对亚秒级的转台校准需采用自校准方法，即通过另一组编码器和标准编码器进行全组合法比较，从而校正标准编码器的误差。以上过程需要两个编码器同轴、同步或非同步回转，因此需采用两个回转轴系分别支承两套编码器，每个轴系还要求具有较高的回转精度，分别具有驱动且能实现联锁同步回转。目前看来，国内并无满足上述功能的产品或试验装置，若采用两个单轴转台组合的形式来构成双轴系转台，不仅结构复杂、庞大，且不具有实用性。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术不足，提供一种内外双轴式自校准转台及使用方法，用以实现两套编码器自校准过程，转台结构紧凑、精度高、稳定性好。
本发明通过下述技术方案实现：
一种内外双轴式自校准转台，包括基座、轴承座、外轴直驱电机、内轴直驱电机、外筒、工作台、外轴编码器、内轴及内轴编码器，所述基座为凹型结构，所述轴承座为设有中心套筒的凸台套筒结构，所述轴承座装于基座内的底部中心位置，所述内轴插设在轴承座的中心套筒内，内轴底部与轴承座之间设有内轴直驱电机和内轴编码器，所述工作台的中心安装孔套设在内轴上端部，在内轴上端部设有控制与工作台联锁的联锁结构；
在轴承座上部套设有外筒，所述外筒底部与轴承座之间设有外轴直驱电机，所述外筒上端外侧与工作台固定连接，在外筒上端内侧与轴承座之间设有外轴编码器。
本发明一种内外双轴式自校准转台及使用方法，将两套回转轴系分别布置在转台的中心和外侧，共用一个支撑件，结构紧凑，且能有效地保证内、外轴系的同轴度。内、外轴分别具有驱动，可实现双轴的独立运动，内、外轴还具有联锁结构，还可以方便地实现自动化联锁。此转台很好地满足了双编码器自校准的需求，为实现编码器校准提供了较好的基础条件，非常适用于各类高精度检测、校准场合，具有很高的实用价值。
进一步的，所述联锁结构为胀紧套，在内轴内设有与胀紧套连通的内轴气道，在内轴的底端设有凸轴段，所述凸轴段插设在基座的中心孔内，凸轴段底端与中心孔之间预留有气道连通腔体，所述气道连通腔体与内轴气道连通，在基座内设有与气道连通腔体连通的基座气道，通过基座气道、气道连通腔体及内轴气道为胀紧套供气，胀紧套膨胀后使工作台与内轴实现联锁。
进一步的，所述凸轴段上套设有与中心孔配合密封的密封圈。
进一步的，所述内轴直驱电机包括内直驱电机定子和内直驱电机动子，所述内直驱电机动子安装在内轴下端部，所述内直驱电机定子与内直驱电机动子相配套安装在轴承座上，通过内直驱电机动子在内直驱电机定子内转动从而驱动内轴转动。
进一步的，所述外轴直驱电机包括外直驱电机定子和外直驱电机动子，所述外直驱电机动子安装在外筒底部，所述外直驱电机定子与外直驱电机动子相配套安装在轴承座上，通过外直驱电机动子在外直驱电机定子外转动从而驱动外筒及工作台转动。
进一步的，所述外轴编码器包括外编码器码盘和外编码器读数头，所述外编码器码盘安装于外筒上方，所述外编码器读数头安装于轴承座上方。
进一步的，所述内轴编码器包括内编码器读数头和内编码器码盘，内编码器码盘安装于内轴底部，内编码器读数头安装于轴承座底部。
进一步的，所述轴承座与外筒之间设有外支承结构，所述的轴承座与内轴之间设有内支承结构，所述外支承结构和内支承结构为气体静压轴承或转台轴承，或者是径向和轴向轴承组合结构。
本发明通过下述另一技术方案实现：
一种内外双轴式自校准转台使用方法，包括步骤：
1、通过基座气道、气道连通腔体及内轴气道为胀紧套供气，胀紧套膨胀后使工作台与内轴实现联锁，断开内轴直驱电机，外筒和内轴再通过外轴直驱电机的作用下实现同步转动；
2、断开胀紧套供气，工作台与内轴脱离联锁，外筒通过外轴直驱电机驱动旋转，内轴通过内轴直驱电机驱动旋转运动；
3、通过上述同步运动与独立运动的组合，构成全组合自校准过程，从而形成转台自校准。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种内外双轴式自校准转台及使用方法，将两套回转轴系分别布置在转台的中心和外侧，共用一个支撑件，结构紧凑，且能有效地保证内、外轴系的同轴度。内、外轴分别具有驱动，可实现双轴的独立运动，内、外轴还具有联锁结构，还可以方便地实现自动化联锁。此转台很好地满足了双编码器自校准的需求，为实现编码器校准提供了较好的基础条件，非常适用于各类高精度检测、校准场合，具有很高的实用价值。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种内外双轴式自校准转台的结构示意图；
附图中标记及对应的零部件名称：
1.基座 2.轴承座 3.外直驱电机定子 4.外直驱电机动子 5.外筒 6.工作台 7.外编码器码盘 8.外编码器读数头 9.内轴 10.胀紧套 11.内轴气道 12.内支承结构13.基座气道 14.内编码器读数头 15.内编码器码盘 16.内直驱电机定子 17.内直驱电机动子18.基座中心孔 19.凸轴段 20.密封圈 21.外支承结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明一种内外双轴式自校准转台，包括基座1、轴承座2、外轴直驱电机、内轴直驱电机、外筒5、工作台6、外轴编码器、内轴9及内轴编码器，所述基座1为凹型结构，所述轴承座2为设有中心套筒的凸台套筒结构，所述轴承座2装于基座1内的底部中心位置，所述内轴9插设在轴承座2的中心套筒内，内轴9底部与轴承座2之间设有内轴直驱电机和内轴编码器，所述工作台6的中心安装孔套设在内轴9上端部，在内轴9上端部设有控制与工作台6联锁的联锁结构；所述的工作台6中心设有中心孔，中心孔直径为Φ50mm，所述的内轴9上轴段安装有胀紧套10，胀紧套10位于工作台6中心孔中。未通气状态下，胀紧套10与工作台6中心孔的间隙为单边1mm。所述轴承座装于基座上表面中心，所述内轴装于轴承座内孔中心，所述外筒套于轴承座外圆。其中，内轴、轴承座及外筒同轴，内轴相对轴承座、外筒相对轴承座可分别回转，内轴和外筒还可以通过联锁结构进行联锁同步回转。外轴编码器和内轴编码器结构原理采用现有技术，说明书中不在具体说明。
通过基座气道、气道连通腔体及内轴气道为胀紧套10供气，胀紧套10膨胀后使工作台6与内轴9实现联锁，通过外轴直驱电机和/或内轴直驱电机驱动外筒5、工作台6及内轴9同步转动，通过外轴编码器和内轴编码器控制及测量工作台6的回转角度，同时通过外轴编码器和内轴编码器相互校准工作台6的回转角度。
在轴承座2上部套设有外筒5，所述外筒5底部与轴承座2之间设有外轴直驱电机，所述外筒5上端外侧与工作台6固定连接，在外筒5上端内侧与轴承座2之间设有外轴编码器。
联锁结构为胀紧套10，在内轴9内设有与胀紧套10连通的内轴气道11，所述的内轴9设置有气道11，两端分别与胀紧套10和气道13相通，用于向胀紧套10供气。在内轴9的底端设有凸轴段19，所述凸轴段19插设在基座1的中心孔18内，凸轴段19底端与中心孔18之间预留有气道连通腔体，所述气道连通腔体与内轴气道连通，在基座1内设有与气道连通腔体连通的基座气道，气源通过基座气道13、气道连通腔体及内轴气道11为胀紧套10供气，胀紧套10膨胀后使工作台6与内轴9实现联锁。所述的基座1设置有中心孔18和气道13，中心孔18直径为Φ20mm，内轴9的凸轴段19直径为Φ19.3～19.5mm，安装于中心孔18中，通过密封圈20密封。通气后胀紧套10膨胀并与工作台6中心孔紧密接触，通过摩擦力使内、外轴稳定锁紧。调节供气压力改变锁紧力大小。
所述联锁结构由胀紧套及其供气通道组成，胀紧套安装于内轴上轴段，并插入工作台中心孔中，未供气时，胀紧套与工作台中心孔有一定间隙，内、外轴独立回转；向胀紧套供气后，胀紧套膨胀并与工作台中心孔紧密贴合，内、外轴通过摩擦力联锁运动。
凸轴段19上套设有与中心孔18配合密封的密封圈20。通过密封圈20可以使凸轴段19与中心孔18之间实现密封配合。
内轴直驱电机包括内直驱电机定子16和内直驱电机动子17，所述内直驱电机动子17安装在内轴9下端部，所述内直驱电机定子16与内直驱电机动子17相配套安装在轴承座2上，通过内直驱电机动子17在内直驱电机定子16内转动从而驱动内轴9转动。内轴直驱电机驱动内轴回转，利用内轴编码器进行反馈控制。进行自校准活动时。
外轴直驱电机包括外直驱电机定子3和外直驱电机动子4，所述外直驱电机动子4安装在外筒5底部，所述外直驱电机定子3与外直驱电机动子4相配套安装在轴承座2上，通过外直驱电机动子4在外直驱电机定子3外转动从而驱动外筒5及工作台6转动。外轴直驱电机驱动外轴回转，利用外轴编码器进行反馈控制。
外轴编码器包括外编码器码盘7和外编码器读数头8，所述外编码器码盘7安装于外筒5上方，所述外编码器读数头8安装于轴承座2上方。
内轴编码器包括内编码器读数头14和内编码器码盘15，内编码器码盘15安装于内轴9底部，内编码器读数头14安装于轴承座2底部。
轴承座2与外筒5之间设有外支承结构21，所述的轴承座2与内轴9之间设有内支承结构12，所述外支承结构21和内支承结构12为气体静压轴承或转台轴承，或者是径向和轴向轴承组合结构。
本发明一种内外双轴式自校准转台使用方法，外轴直驱电机驱动外轴回转，利用外轴编码器进行反馈控制；内轴直驱电机驱动内轴回转，利用内轴编码器进行反馈控制。进行自校准活动时，根据要求，可分别控制外轴和内轴回转一定角度，也可以向胀紧套10通气，将外轴和内轴联锁起来，通过外轴直驱电机同时驱动外轴及内轴同步回转。
本发明一种内外双轴式自校准转台，将两套回转轴系分别布置在转台的中心和外侧，共用一个支撑件，结构紧凑，且能有效地保证内、外轴系的同轴度。内、外轴分别具有驱动，可实现双轴的独立运动，内、外轴还具有联锁结构，还可以方便地实现自动化联锁。此转台很好地满足了双编码器自校准的需求，为实现编码器校准提供了较好的基础条件，非常适用于各类高精度检测、校准场合，具有很高的实用价值。
实施例2
如图1所示，本发明一种内外双轴式自校准转台使用方法，包括步骤：
一种内外双轴式自校准转台使用方法，包括步骤：
1、通过基座气道13、气道连通腔体及内轴气道11为胀紧套10供气，胀紧套10膨胀后使工作台6与内轴9实现联锁，断开内轴直驱电机，外筒5和内轴9再通过外轴直驱电机的作用下实现同步转动。
2、断开胀紧套10供气，工作台6与内轴9脱离联锁，外筒5通过外轴直驱电机驱动旋转，内轴9通过内轴直驱电机驱动旋转运动。
3、通过上述同步运动与独立运动的组合，构成全组合自校准过程，从而形成转台自校准。发明一种内外双轴式自校准转台使用方法，将两套回转轴系分别布置在转台的中心和外侧，共用一个支撑件，结构紧凑，且能有效地保证内、外轴系的同轴度。内、外轴分别具有驱动，可实现双轴的独立运动，内、外轴还具有联锁结构，还可以方便地实现自动化联锁。此转台很好地满足了双编码器自校准的需求，为实现编码器校准提供了较好的基础条件，非常适用于各类高精度检测、校准场合，具有很高的实用价值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种内外双轴式自校准转台，包括基座(1)、轴承座(2)、外轴直驱电机、内轴直驱电机、外筒(5)、工作台(6)、外轴编码器、内轴(9)及内轴编码器，其特征在于：所述基座(1)为凹型结构，所述轴承座(2)为设有中心套筒的凸台套筒结构，所述轴承座(2)装于基座(1)内的底部中心位置，所述内轴(9)插设在轴承座(2)的中心套筒内，内轴(9)底部与轴承座(2)之间设有内轴直驱电机和内轴编码器，所述工作台(6)的中心安装孔套设在内轴(9)上端部，在内轴(9)上端部设有控制与工作台(6)联锁的联锁结构；
在轴承座(2)上部套设有外筒(5)，所述外筒(5)底部与轴承座(2)之间设有外轴直驱电机，所述外筒(5)上端外侧与工作台(6)固定连接，在外筒(5)上端内侧与轴承座(2)之间设有外轴编码器。
2.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述联锁结构为胀紧套(10)，在内轴(9)内设有与胀紧套(10)连通的内轴气道(11)，在内轴(9)的底端设有凸轴段(19)，所述凸轴段(19)插设在基座(1)的中心孔(18)内，凸轴段(19)底端与中心孔(18)之间预留有气道连通腔体，所述气道连通腔体与内轴气道连通，在基座(1)内设有与气道连通腔体连通的基座气道，通过基座气道(13)、气道连通腔体及内轴气道(11)为胀紧套(10)供气，胀紧套(10)膨胀后使工作台(6)与内轴(9)实现联锁。
3.根据权利要求2所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述凸轴段(19)上套设有与中心孔(18)配合密封的密封圈(20)。
4.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述内轴直驱电机包括内直驱电机定子(16)和内直驱电机动子(17)，所述内直驱电机动子(17)安装在内轴(9)下端部，所述内直驱电机定子(16)与内直驱电机动子(17)相配套安装在轴承座(2)上，通过内直驱电机动子(17)在内直驱电机定子(16)内转动从而驱动内轴(9)转动。
5.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述外轴直驱电机包括外直驱电机定子(3)和外直驱电机动子(4)，所述外直驱电机动子(4)安装在外筒(5)底部，所述外直驱电机定子(3)与外直驱电机动子(4)相配套安装在轴承座(2)上，通过外直驱电机动子(4)在外直驱电机定子(3)外转动从而驱动外筒(5)及工作台(6)转动。
6.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述外轴编码器包括外编码器码盘(7)和外编码器读数头(8)，所述外编码器码盘(7)安装于外筒(5)上方，所述外编码器读数头(8)安装于轴承座(2)上方。
7.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述内轴编码器包括内编码器读数头(14)和内编码器码盘(15)，内编码器码盘(15)安装于内轴(9)底部，内编码器读数头(14)安装于轴承座(2)底部。
8.根据权利要求1所述的一种内外双轴式自校准转台，其特征在于：所述轴承座(2)与外筒(5)之间设有外支承结构(21)，所述的轴承座(2)与内轴(9)之间设有内支承结构(12)，所述外支承结构(21)和内支承结构(12)为气体静压轴承或转台轴承，或者是径向和轴向轴承组合结构。
9.一种内外双轴式自校准转台使用方法，其特征在于，包括步骤：
1、通过基座气道(13)、气道连通腔体及内轴气道(11)为胀紧套(10)供气，胀紧套(10)膨胀后使工作台(6)与内轴(9)实现联锁，断开内轴直驱电机，外筒(5)和内轴(9)再通过外轴直驱电机的作用下实现同步转动；
2、断开胀紧套(10)供气，工作台(6)与内轴(9)脱离联锁，外筒(5)通过外轴直驱电机驱动旋转，内轴(9)通过内轴直驱电机驱动旋转运动；
3、通过上述同步运动与独立运动的组合，构成全组合自校准过程，从而形成转台自校准。
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