CN113125101A - 一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置 - Google Patents

一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置。该五自由度探针夹持装置包括X向位移机构，固定在X向位移机构上通过位于水平平面的圆弧齿条和齿轮配合实现偏航的偏航机构，固定在偏航机构的圆弧齿条的半径上的Z向位移机构，固定在Z向位移机构上、与Z向位移机构垂直的Y向位移机构，固定在Y向位移机构上通过位于竖直平面的圆弧齿条和齿轮配合实现俯仰的俯仰机构，俯仰机构设置有夹持部件；探针固定在夹持部件上；分别调整或者组合调整X向位移机构、偏航机构、Z向位移机构、Y向位移机构、俯仰机构实现探针校准位置改变。该五自由度探针夹持装置功能齐全、操作便捷，可实现探针的牢固夹持和五自由度移动。

Description

一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置。
背景技术
在气动探针校准过程中，通常采用探针夹持装置对所校准的探针进行夹持以及校准位置和姿态调整。
目前在用的探针夹持装置大都只具备俯仰和偏航两个自由度的姿态自动调整能力，对于具有不同的支杆长度和高度探针，需要对探针夹持装置在深度方向和高度方向进行校准位置调整，使探针受感部置于喷管出口中心，由于探针夹持装置只有俯仰和偏航两个自由度的姿态调整能力，不得不将探针夹持装置的整体或一部分通过更改螺栓固定位置的方法实现位置调整，操作过程十分繁琐不便。
同时，由于没有深度方向(Z向)的校准位置自动调整功能，在对具有多受感部呈梳状排布的探针进行校准时，需要在对探针的一个受感部校准完毕后，停止吹风，打开校准风洞试验舱，手动调节探针夹持装置，将第二个受感部置于喷管出口中心，再启动校准风洞进行第二个受感部校准，直至完成所有受感部的校准，校准效率低下。而且，对于具有多受感部呈梳状排布的长度较长的探针，各受感部不可能同时处于俯仰轴线或者偏航轴线上，会造成各受感部偏离喷管出口中心，带来校准误差。
当前，亟需发展一种用于气动探针校准的具有X向、Y向、Z向、俯仰和偏航五个自由度位移能力且能适应不同探针形式的探针夹持装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置。
本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特点是，所述的五自由度探针夹持装置包括X向位移机构，固定在X向位移机构上通过位于水平平面的圆弧齿条和齿轮配合实现偏航的偏航机构，固定在偏航机构的圆弧齿条的半径上的Z向位移机构，固定在Z向位移机构上、与Z向位移机构垂直的Y向位移机构，固定在Y向位移机构上通过位于竖直平面的圆弧齿条和齿轮配合实现俯仰的俯仰机构，俯仰机构设置有夹持部件；探针固定在夹持部件上；分别调整或者组合调整X向位移机构、偏航机构、Z向位移机构、Y向位移机构、俯仰机构实现探针校准位置改变。
进一步地，所述的X向位移机构包括固定板，固定板上表面设置有X向导轨，X向导轨上装卡有X向滑块，固定板上还设置有丝杠副Ⅰ，旋转丝杠副Ⅰ的X向手轮推动丝杠副Ⅰ的X向丝杠带动X向滑块沿X向导轨在X向移动，实现X向运动。
进一步地，所述的偏航机构包括下表面固定在X向位移机构的X向滑块上的扇形的偏航底板；偏航底板的圆弧边沿设置有圆弧形的偏航齿条，偏航底板的上表面沿内圈设置有与偏航齿条平行的圆弧形的偏航导轨，偏航导轨上装卡有偏航滑块，在偏航底板的上方固定有平行于偏航底板的直板形状的Z向底板；Z向底板的前端固定在偏航底板的圆心上，Z向底板的中段装卡在偏航滑块上，Z向底板后端沿偏航底板的半径方向伸出、直至跨过偏航齿条后固定偏航伺服电机，偏航伺服电机的输出轴固定连接偏航齿轮；偏航伺服电机驱动偏航齿轮沿偏航齿条运动，带动Z向底板通过偏航滑块沿偏航导轨滑动，实现偏航运动。
进一步地，所述的Z向位移机构包括Z向模组和Z向伺服电机；偏航机构的Z向底板安装有Z向导轨，Z向导轨上装卡有Z向滑块；Z向模组整体为覆盖在偏航机构的Z向底板上、并与Z向底板配装的直板，Z向模组的下表面装卡在Z向滑块上，Z向模组的前端穿过偏航机构的偏航底板的圆心的竖直垂线，Z向模组的前端安装有Z向伺服电机；Z向伺服电机驱动Z向模组通过Z向滑块沿Z向导轨移动，实现Z向运动。
进一步地，所述的Y向位移机构包括下端固定在Z向位移机构的Z向模组上表面的竖直的Y向底板，Y向底板的侧面安装有竖直的Y向导轨，Y向导轨上装卡有Y向滑块，Y向底板上还设置有丝杠副Ⅱ，旋转丝杠副Ⅱ的Y向手轮推动丝杠副Ⅱ的Y向丝杠带动Y向滑块沿Y向导轨移动，实现Y向运动。
进一步地，所述的俯仰机构包括固定在Y向位移机构的Y向底板侧面的俯仰机构底板；俯仰机构底板的外侧面固定有圆弧形的俯仰导轨，俯仰导轨上装卡有俯仰滑块，俯仰滑块的外侧面固定有圆弧形的俯仰齿条，俯仰齿条的圆心位置处固定有夹持部件；俯仰机构底板上还固定有俯仰伺服电机，俯仰伺服电机的输出轴固定连接俯仰齿轮；俯仰伺服电机驱动俯仰齿轮转动，带动俯仰齿条通过俯仰滑块沿俯仰导轨进行圆弧运动，夹持部件在俯仰齿条的圆心位置实现俯仰运动。
进一步地，所述的夹持部件包括一系列夹持头，使用与探针适配的夹持头，实现探针夹紧、定位和定心，探针始终位于校准风洞核心流场。
本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，能够适用于不同形式的气动探针，方便快速的对探针的空间位置进行调整，缩短了试验准备时间；还能够在不中断试验的前提下对具有多受感部呈梳状排布的探针进行校准，节省了试验时间，提高了试验效率。
本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置功能齐全、操作便捷，可实现探针的牢固夹持和五自由度移动。
附图说明
图1为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置在零度状态立体图；
图2为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置变角度状态立体图；
图3为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置中的X向位移机构的立体图；
图4为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置中的偏航机构的立体图；
图5为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置中的Z向位移机构的立体图；
图6为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置中的Y向位移机构的立体图；
图7为本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置中的俯仰机构的立体图。
图中，1.X向位移机构 2.偏航机构 3.Z向位移机构 4.Y向位移机构 5.俯仰机构6.探针；
11.X向手轮 12.X向丝杠 13.X向滑块 14.X向导轨；
21.Z向底板 22.偏航伺服电机 23.偏航齿轮 24.偏航齿条 25.偏航导轨 26.偏航滑块 27.偏航底板；
31.Z向模组 32.Z向伺服电机；
41.Y向手轮 42.Y向丝杠 43.Y向导轨 44.Y向滑块 45.Y向底板；
51.夹持部件 52.俯仰齿条 53.俯仰齿轮 54.俯仰导轨 55.俯仰滑块 56.俯仰伺服电机 57.俯仰机构底板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1、图2所示，本发明的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置包括X向位移机构1，固定在X向位移机构1上通过位于水平平面的圆弧齿条和齿轮配合实现偏航的偏航机构2，固定在偏航机构2的圆弧齿条的半径上的Z向位移机构3，固定在Z向位移机构3上、与Z向位移机构3垂直的Y向位移机构4，固定在Y向位移机构4上通过位于竖直平面的圆弧齿条和齿轮配合实现俯仰的俯仰机构5，俯仰机构5设置有夹持部件51；探针6固定在夹持部件51上；分别调整或者组合调整X向位移机构1、偏航机构2、Z向位移机构3、Y向位移机构4、俯仰机构5实现探针6校准位置改变。
进一步地，如图3所示，所述的X向位移机构1包括固定板，固定板上表面设置有X向导轨14，X向导轨14上装卡有X向滑块13，固定板上还设置有丝杠副Ⅰ，旋转丝杠副Ⅰ的X向手轮11推动丝杠副Ⅰ的X向丝杠12带动X向滑块13沿X向导轨14在X向移动，实现X向运动。
进一步地，如图4所示，所述的偏航机构2包括下表面固定在X向位移机构1的X向滑块13上的扇形的偏航底板27；偏航底板27的圆弧边沿设置有圆弧形的偏航齿条24，偏航底板27的上表面沿内圈设置有与偏航齿条24平行的圆弧形的偏航导轨25，偏航导轨25上装卡有偏航滑块26，在偏航底板27的上方固定有平行于偏航底板27的直板形状的Z向底板21；Z向底板21的前端固定在偏航底板27的圆心上，Z向底板21的中段装卡在偏航滑块26上，Z向底板21后端沿偏航底板27的半径方向伸出、直至跨过偏航齿条24后固定偏航伺服电机22，偏航伺服电机22的输出轴固定连接偏航齿轮23；偏航伺服电机22驱动偏航齿轮23沿偏航齿条24运动，带动Z向底板21通过偏航滑块26沿偏航导轨25滑动，实现偏航运动。
进一步地，如图5所示，所述的Z向位移机构3包括Z向模组31和Z向伺服电机32；偏航机构2的Z向底板21安装有Z向导轨，Z向导轨上装卡有Z向滑块；Z向模组31整体为覆盖在偏航机构2的Z向底板21上、并与Z向底板21配装的直板，Z向模组31的下表面装卡在Z向滑块上，Z向模组31的前端穿过偏航机构2的偏航底板27的圆心的竖直垂线，Z向模组31的前端安装有Z向伺服电机32；Z向伺服电机32驱动Z向模组31通过Z向滑块沿Z向导轨移动，实现Z向运动。
进一步地，如图6所示，所述的Y向位移机构4包括下端固定在Z向位移机构3的Z向模组31上表面的竖直的Y向底板45，Y向底板45的侧面安装有竖直的Y向导轨43，Y向导轨43上装卡有Y向滑块44，Y向底板45上还设置有丝杠副Ⅱ，旋转丝杠副Ⅱ的Y向手轮41推动丝杠副Ⅱ的Y向丝杠42带动Y向滑块44沿Y向导轨43移动，实现Y向运动。
进一步地，如图7所示，所述的俯仰机构5包括固定在Y向位移机构4的Y向底板45侧面的俯仰机构底板57；俯仰机构底板57的外侧面固定有圆弧形的俯仰导轨54，俯仰导轨54上装卡有俯仰滑块55，俯仰滑块55的外侧面固定有圆弧形的俯仰齿条52，俯仰齿条52的圆心位置处固定有夹持部件51；俯仰机构底板57上还固定有俯仰伺服电机56，俯仰伺服电机56的输出轴固定连接俯仰齿轮53；俯仰伺服电机56驱动俯仰齿轮53转动，带动俯仰齿条52通过俯仰滑块55沿俯仰导轨54进行圆弧运动，夹持部件51在俯仰齿条52的圆心位置实现俯仰运动。
进一步地，所述的夹持部件51包括一系列夹持头，使用与探针6适配的夹持头，实现探针6夹紧、定位和定心，探针6始终位于校准风洞核心流场。
实施例1
本实施例的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置使用方法如下：
进行探针6校准前，首先更换适配于探针6的夹持部件51，将探针6稳定的夹持于夹持部件51上；其次调整俯仰机构5和偏航机构2至零度位置，然后依次调节X向位移机构1、Y向位移机构4和Z向位移机构3，保证探针6的第一个受感部位于喷管出口的核心流场；然后设定每个校准状态的俯仰角、偏航角和其他受感部的Z向坐标；最后开启校准风洞，依次对各受感部进行变俯仰角和偏航角校准。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的五自由度探针夹持装置包括X向位移机构(1)，固定在X向位移机构(1)上通过位于水平平面的圆弧齿条和齿轮配合实现偏航的偏航机构(2)，固定在偏航机构(2)的圆弧齿条的半径上的Z向位移机构(3)，固定在Z向位移机构(3)上、与Z向位移机构(3)垂直的Y向位移机构(4)，固定在Y向位移机构(4)上通过位于竖直平面的圆弧齿条和齿轮配合实现俯仰的俯仰机构(5)，俯仰机构(5)设置有夹持部件(51)；探针(6)固定在夹持部件(51)上；分别调整或者组合调整X向位移机构(1)、偏航机构(2)、Z向位移机构(3)、Y向位移机构(4)、俯仰机构(5)实现探针(6)校准位置改变。
2.根据权利要求1所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的X向位移机构(1)包括固定板，固定板上表面设置有X向导轨(14)，X向导轨(14)上装卡有X向滑块(13)，固定板上还设置有丝杠副Ⅰ，旋转丝杠副Ⅰ的X向手轮(11)推动丝杠副Ⅰ的X向丝杠(12)带动X向滑块(13)沿X向导轨(14)在X向移动，实现X向运动。
3.根据权利要求2所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的偏航机构(2)包括下表面固定在X向位移机构(1)的X向滑块(13)上的扇形的偏航底板(27)；偏航底板(27)的圆弧边沿设置有圆弧形的偏航齿条(24)，偏航底板(27)的上表面沿内圈设置有与偏航齿条(24)平行的圆弧形的偏航导轨(25)，偏航导轨(25)上装卡有偏航滑块(26)，在偏航底板(27)的上方固定有平行于偏航底板(27)的直板形状的Z向底板(21)；Z向底板(21)的前端固定在偏航底板(27)的圆心上，Z向底板(21)的中段装卡在偏航滑块(26)上，Z向底板(21)后端沿偏航底板(27)的半径方向伸出、直至跨过偏航齿条(24)后固定偏航伺服电机(22)，偏航伺服电机(22)的输出轴固定连接偏航齿轮(23)；偏航伺服电机(22)驱动偏航齿轮(23)沿偏航齿条(24)运动，带动Z向底板(21)通过偏航滑块(26)沿偏航导轨(25)滑动，实现偏航运动。
4.根据权利要求3所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的Z向位移机构(3)包括Z向模组(31)和Z向伺服电机(32)；偏航机构(2)的Z向底板(21)安装有Z向导轨，Z向导轨上装卡有Z向滑块；Z向模组(31)整体为覆盖在偏航机构(2)的Z向底板(21)上、并与Z向底板(21)配装的直板，Z向模组(31)的下表面装卡在Z向滑块上，Z向模组(31)的前端穿过偏航机构(2)的偏航底板(27)的圆心的竖直垂线，Z向模组(31)的前端安装有Z向伺服电机(32)；Z向伺服电机(32)驱动Z向模组(31)通过Z向滑块沿Z向导轨移动，实现Z向运动。
5.根据权利要求4所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的Y向位移机构(4)包括下端固定在Z向位移机构(3)的Z向模组(31)上表面的竖直的Y向底板(45)，Y向底板(45)的侧面安装有竖直的Y向导轨(43)，Y向导轨(43)上装卡有Y向滑块(44)，Y向底板(45)上还设置有丝杠副Ⅱ，旋转丝杠副Ⅱ的Y向手轮(41)推动丝杠副Ⅱ的Y向丝杠(42)带动Y向滑块(44)沿Y向导轨(43)移动，实现Y向运动。
6.根据权利要求5所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的俯仰机构(5)包括固定在Y向位移机构(4)的Y向底板(45)侧面的俯仰机构底板(57)；俯仰机构底板(57)的外侧面固定有圆弧形的俯仰导轨(54)，俯仰导轨(54)上装卡有俯仰滑块(55)，俯仰滑块(55)的外侧面固定有圆弧形的俯仰齿条(52)，俯仰齿条(52)的圆心位置处固定有夹持部件(51)；俯仰机构底板(57)上还固定有俯仰伺服电机(56)，俯仰伺服电机(56)的输出轴固定连接俯仰齿轮(53)；俯仰伺服电机(56)驱动俯仰齿轮(53)转动，带动俯仰齿条(52)通过俯仰滑块(55)沿俯仰导轨(54)进行圆弧运动，夹持部件(51)在俯仰齿条(52)的圆心位置实现俯仰运动。
7.根据权利要求1所述的用于气动探针校准的五自由度探针夹持装置，其特征在于，所述的夹持部件(51)包括一系列夹持头，使用与探针(6)适配的夹持头，实现探针(6)夹紧、定位和定心，探针(6)始终位于校准风洞核心流场。
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