CN112595343A - 一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，包括：组合式基座、组合式内框架、负载安装台面、左轴系结构、右轴系结构、便携把手等；负载安装台面与组合式内框架连接，组合式内框架通过左轴系结构和右轴系结构与组合式基座连接，实现双支撑条件下负载安装台面的俯仰摇摆运动。本发明采用U型结构和水平方向的左轴系和右轴系的布局方式，同时结合分体式框架和基座以及空心结构轻量化的设计方法，可实现单轴测试仿真设备提供稳定的卧式俯仰运动和轻量化便携式运输。同时，还能够保证设备提供高精度的角位置测量和即时锁定，进而实现了便携运输和稳定的高精度测量一体化功能，为室外便携环境下惯性产品的测量和标定提供支持。

Description

一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备

技术领域

本发明属于测试仿真转台技术领域，尤其涉及一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备。

背景技术

产品设计中随着惯性器件应用场景的不断变化，在室外环境下惯性产品的测试及验证需求越来越广泛。测试仿真设备作为精密测试仪器，需要单轴提供稳定的俯仰运动，在保证高精确测量精度的同时，还要能够便于随身携带和运输。然而，通常单轴转台只提供绕垂直方向的回转运动或单边支撑的卧式回转运动，容易造成偏心不稳定。常规转台设计中为确保测量精度通常采用铸造等方式来保证刚度，重量大且结构复杂，往往不利于室外环境中对惯性产品的测量，且无法人工随身携带，最终难以满足室外环境搬运使用条件下，稳定的实际测量需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，可实现双支撑稳定的单轴卧式俯仰运动。通过结构布局优化与轻量化设计和电磁铁与角度编码器的同轴系设计，可减轻重量便于随身携带且测量精度高并能即时锁定角位置。卧式单轴测试仿真设备的左耳轴和右耳轴两个回转轴均能在任意角度实现转动和锁紧，并能提供较高的角位置分辨率，确保能够在室外条件下设备携带和提供稳定的高精度角位置测试条件。

本发明的技术方案是：一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，包括：组合式基座、组合式内框架、负载安装台面、左轴系结构、右轴系结构、便携把手等；其中，负载安装台面与组合式内框架连接；组合式内框架通过左轴系结构和右轴系结构与组合式基座连接，从而实现负载安装台面的卧式俯仰摇摆功能。

所述组合式基座包括：左耳座、右耳座、左立柱、右立柱以及基座。

其中，左耳座固定安装在左立柱上表面，左立柱下表面与基座上表面固定连接。右耳座固定安装在右立柱上表面，右立柱下表面与基座上表面固定连接。

所述组合式内框架包括：左支架、右支架和安装底板。

其中，左支架固接在安装底板上表面，右支架固接在安装底板上表面。

所述负载安装台面为方形结构，台面上等间距均匀分布M8的螺纹孔，可以实现不同负载产品的通用性有效固定及安装。

所述左轴系结构包括：精密左轴承、左耳轴、电磁铁吸盘和角度编码器。

精密左轴承、角度编码器、电磁铁吸盘均安装在左耳轴上；精密左轴承位于左耳轴的右侧，电磁铁吸盘位于左耳轴的左侧。电磁铁本体固定安装在左耳座上。

其中，精密左轴承为左耳轴旋转提供支撑，电磁铁为U型组合式内框架及负载安装台面的俯仰运动提供精确锁定功能，角度编码器用于检测左耳轴的角位置信息。

所述右轴系结构包括：精密右轴承、右耳轴、伺服电机转子。

精密右轴承、伺服电机转子均安装在右耳轴上；精密右轴承位于右耳轴的左侧，伺服电机转子位于右耳轴的右侧。伺服电机定子固定安装在右耳座上。

其中，精密右轴承为右耳轴旋转提供支撑。伺服电机为右耳轴提供驱动力，进而实现负载安装台面的俯仰转动。

在上述一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备中，

组合式内框架为U型结构，负载安装台面安装在组合式内框架安装底板的上表面；

组合式基座为U型结构，通过左轴系结构和右轴系结构，连接组合式内框架与组合式基座。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其优势在于采用内框U型结构和水平方向的左轴系和右轴系双支撑的布局方式，无论负载重量大小都可以无偏心稳定的实现空间内俯仰运动。与传统单轴设备的空间垂直回转运动或单边支撑的卧式回转运动相比，本单轴测试仿真设备可满足稳定的水平俯仰运动测试需求。

(2)本发明公开了一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其优势在于通过分体式框架和分体式基座以及空心结构轻量化设计方法，大幅度降低了测试仿真设备的重量，为传统转台重量的五分之一，便于人工随身携带运输，可用于在无大型搬运设备条件下，人工室外环境中对产品的测试。

(3)本发明公开了一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其优势在于通过高精度角度编码器和电磁铁两者同轴系相互作用的组合式构造，能确保俯仰运动的高精度角位置测量和即时精确锁定，为产品的室外测试提供高精确的测量环境。

附图说明

图1是本发明实施例中一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备的立体结构示意图；

图2是本发明实施例中一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备的主视结构示意图；

图3是本发明实施例中一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备的左视结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

本发明公开了一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，该卧式单轴测试仿真设备采用组合式的U型框架、组合式基座以及水平回转轴系的布局方式，实现了分体式、空心结构轻量化与左耳轴系、右耳轴系双支撑设计的组合结构构型，能够提供稳定的卧式俯仰运动。同时，角度编码器与电磁铁同轴系设计，具有高精确的角位置测量精度和角位置即时锁定功能，最终实现了测试仿真设备室外轻量化便携和稳定的高精度测量一体化，确保了室外环境下惯性产品的高精度测量。

如图1～3，在本实施例中，该轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，包括：组合式基座1、组合式内框架2、负载安装台面3、左轴系结构4、右轴系结构5、便携把手11。其中，负载安装台面3通过螺栓与组合式内框架2固定连接；组合式内框架2通过左轴系结构4和右轴系结构5与组合式基座1连接；

可见，在本实施例中，该卧式单轴测试仿真设备为卧式U-U型结构形式，负载安装台面与左轴系结构和右轴系结构平行，用于负载安装。组合式内框架为轻量化U型空心结构，负载安装台面安装在组合式内框架的中间区域。组合式基座为轻量化U型空心结构，左耳轴和右耳轴通过精密左轴承和精密右轴承支撑连接在组合式基座上。综上，构成了双支撑的俯仰回转框架组合体，可稳定的实现负载在空间俯仰方向的自由度。

同时，左轴系结构上安装一个角度编码器(角度编码器18，用于检测左耳轴16的角位置信息)，实时采集左耳轴的角度信息，并且同轴安装有电磁铁(电磁铁17，用于实时锁紧左耳轴16)。右轴系结构上安装一个伺服电机(伺服电机23，用于给右耳轴22提供驱动力矩；)，实时驱动右耳轴的角位置。

在本发明的一优选实施例中，组合式基座1具体可以包括左耳座6、右耳座7、左立柱8、右立柱9、基座10以及便携把手11。

其中，左耳座6固定安装在左立柱8上表面，左立柱8下表面与基座10上表面固定连接。右耳座7固定安装在右立柱9上表面，右立柱9下表面与基座10上表面固定连接。左立柱8和右立柱9上各有2个便携把手，便于测试仿真设备的搬运。

优选的，组合式内框架2具体可以包括左支架12、右支架13和安装底板14。其中，左支架12固定安装在安装底板14上表面，右支架13固定安装在安装底板10上表面。

优选的，负载安装台面3为方形结构，台面上等间距均匀分布M8的螺纹孔，可以实现不同负载产品的通用性有效固定及安装。

优选的，左耳轴系结构4具体可以包括：精密左轴承15、左耳轴16、电磁铁17和角度编码器18。

精密左轴承15、角度编码器18、电磁铁吸盘19均安装在左耳轴16上；其中精密左轴承15位于左耳轴16的右侧，电磁铁吸盘19位于左耳轴16的左侧。电磁铁本体20固定安装在左耳座6上。电磁铁17由电磁铁吸盘19和电磁铁本体20组成。

优选的，右耳轴系结构具体可以包括：精密右轴承21、右耳轴22、伺服电机23。

精密右轴承21、伺服电机转子24均安装在右耳轴22上；其中精密右轴承21位于右耳轴22的左侧，伺服电机转子24位于右耳轴22的右侧。伺服电机定子25固定安装在右耳座7上。伺服电机23由伺服电机转子24和伺服电机定子25组成。

在本实施例中，需要说明的是：

(1)组合式基座采用铝制型材和铝合金材料，通过空心轻量化结构组合焊接加工得到左立柱、右立柱和基座，同时封闭型材端口形成腔型薄壁结构形式。分体式的左耳座和右耳座采用铝合金材料高精度加工成型。

(2)组合式内框架采用铝制型材和铝合金材料，通过空心轻量化结构组合焊接加工得到左支架、右支架和安装底座，同时封闭型材端口形成腔型薄壁结构形式。左立柱和右立柱采用铝合金材料高精度加工成型。铝材料具有刚度强度大、加工方便、重量轻的优点，有利于保持卧式单轴测试仿真设备整体结构的稳定性以及轻量化要求。

(3)负载安装台面可以采用铝合金材料加工得到，其为一薄壁方形盘面。负载安装台面上可以布设有等间距均布的M8螺纹孔，以用于不同负载产品的通用性紧固安装。

(4)左轴系结构可以包括实现组合式内框架俯仰转动的精密左轴承、左耳轴、角度编码器和电磁铁。精密左轴承为左耳轴旋转提供支撑，角度编码器检测左耳轴的角位置信息，实现左耳轴角位置的实时监测以及反馈。电磁铁用于对左耳轴的角位置进行精确实时锁定。

右轴系结构可以包括实现组合式内框架俯仰转动的精密右轴承、右耳轴和伺服电机。精密右轴承为右耳轴旋转提供支撑，伺服电机提供右耳轴驱动力矩。

综上可知，在本实施例中，该轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备的工作原理如下：伺服电机的力矩做输入端，通过右耳轴带动组合式U型内框架和左耳轴转动，提供双支撑稳定的卧式俯仰运动。角度编码器提供精确的角位置信息，电磁铁提供精确的角位置实时锁定功能，进而实现负载安装台面俯仰运动的精确角位置运动和实时定位锁定。同时该设备采用空心结构轻量化设计方法，能够在保证刚度情况下显著降低重量，并且组合式基座上有4个便携把手，可以用于人工搬运，便于携带运输。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于包括：组合式基座(1)、组合式内框架(2)、负载安装台面(3)、左轴系结构(4)和右轴系结构(5)；其中，负载安装台面(3)与组合式内框架(2)连接；组合式内框架(2)通过左轴系结构(4)和右轴系结构(5)与组合式基座(1)连接，从而实现负载安装台面的卧式俯仰摇摆功能。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述组合式基座(1)包括：包括左耳座(6)、右耳座(7)、左立柱(8)、右立柱(9)、基座(10)以及便携把手(11)；其中，左耳座(6)固定安装在左立柱(8)上表面，左立柱(8)下表面与基座(10)上表面固定连接。右耳座(7)固定安装在右立柱(9)上表面，右立柱(9)下表面与基座(10)上表面固定连接；所述左立柱(8)和右立柱(9)上各安装有两个便携把手(11)，便于测试仿真设备的搬运。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述组合式内框架(2)包括左支架(12)、右支架(13)和安装底板(14)；其中，左支架(12)固定安装在安装底板(14)上表面，右支架(13)固定安装在安装底板(10)上表面。

4.根据权利要求1所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述负载安装台面(3)为方形结构，台面上等间距均匀分布M8的螺纹孔，实现不同负载产品的通用性有效固定及安装。

5.根据权利要求1所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述左耳轴系结构(4)包括精密左轴承(15)、左耳轴(16)、电磁铁(17)和角度编码器(18)；左耳轴(16)、电磁铁(17)同轴安装；电磁铁(17)由电磁铁吸盘(19)和电磁铁本体(20)组成；精密左轴承(15)、角度编码器(18)、电磁铁吸盘(19)均安装在左耳轴(16)上；其中精密左轴承(15)位于左耳轴(16)的右侧，电磁铁吸盘(19)位于左耳轴(16)的左侧；电磁铁本体(20)固定安装在左耳座(6)上；精密左轴承(15)为左耳轴旋转提供支撑，电磁铁(17)为组合式内框架(2)及负载安装台面(3)的俯仰运动提供锁定功能，角度编码器(18)用于检测左耳轴的角位置信息。

6.根据权利要求1所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述右轴系结构(5)包括精密右轴承(21)、右耳轴(22)、伺服电机(23)；伺服电机(23)由伺服电机转子(24)和伺服电机定子(25)组成；精密右轴承(21)、伺服电机转子(24)均安装在右耳轴(22)上；其中精密右轴承(21)位于右耳轴(22)的左侧，伺服电机转子(24)位于右耳轴(22)的右侧；伺服电机定子(25)固定安装在右耳座(7)上；

精密右轴承(21)为右耳轴旋转提供支撑；伺服电机(23)为右耳轴提供驱动力，进而实现负载安装台面(3)的俯仰转动。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述组合式内框架(2)为U型结构，负载安装台面(3)安装在组合式内框架(2)安装底板的上表面。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种轻量化高精度卧式单轴测试仿真设备，其特征在于：所述组合式基座(1)为U型结构，通过左轴系结构(4)和右轴系结构(5)，连接组合式内框架(2)与组合式基座(1)。

Images