CN205280004U - 一种基于圆光栅的传动轴测角装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于圆光栅的传动轴测角装置，包括圆光栅和连接轴，所述圆光栅具有光栅环和读数头，所述光栅环固定连接在连接轴一端，所述读数头固定连接在轴承座上，所述轴承座通过高精密轴承连接到连接轴另一端，所述连接轴连接到被测传动轴上，所述轴承座固定连接在支撑平台上。本实用新型可在传动轴承受大扭矩、高转速的工作情况下，真实地监控测试过程中被测传动轴角度的变化情况，对相关测试系统进行实时动态校准，确保试验相关参数的准确性，本实用新型还具有装拆操作使用方便、结构简单的特点。

Description

一种基于圆光栅的传动轴测角装置

技术领域

本实用新型属于电子元件测试装置技术领域，涉及一种基于圆光栅的传动轴测角装置。

背景技术

近年来，随着导弹武器系统的发展，多种新型号舵机陆续研制和批产，各种测试参数、测试项目要求越来越全面，测试准确度要求越来越高。为真实地监控测试过程中舵机角度的变化情况，需要对相关测试系统采取实时动态校准，且校准设备需承受大扭矩、高转速的工况，要求较为严苛。为满足型号舵机产品生产和可靠性保障的需要，搭建传动轴测角装置，确保舵机试验测试数据的准确可靠，对有效保障产品科研生产和全寿命周期可靠性，有着非常重要而迫切的现实意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于圆光栅的传动轴测角装置，可在传动轴承受大扭矩、高转速的工作情况下，真实地监控测试过程中被测传动轴角度的变化情况，对相关测试系统进行实时动态校准，确保试验相关参数的准确性，以解决现有技术存在的问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种基于圆光栅的传动轴测角装置，包括圆光栅和连接轴，所述圆光栅具有光栅环和读数头，所述光栅环固定连接在连接轴一端，所述读数头固定连接在轴承座上，所述轴承座通过高精密轴承连接到连接轴另一端，所述连接轴连接到被测传动轴上，所述轴承座固定连接在支撑平台上。

优选的，上述读数头采用两个相对连接轴轴心线对称安装，对称安装，所得值平均后实现相互补偿，能够提高测试精度。

优选的，上述读数头通过导线连接到采集卡，所述采集卡连接到计算机，所述采集卡通过数据处理器连接读数头，通过采集卡能够将读数头的数据读取到计算机上，直观明了地监测传动轴转动角度。

优选的，上述轴承座上设定用于固定连接读数头的T型槽，所述T型槽中心与旋转连接轴中心线垂直，通过T型槽进行固定安装读数头，装卸方便快捷，连接牢靠，定位精确，测试误差小。

优选的，上述高精密轴承采用SKF精密滚动轴承，型号为6019-2Z，与轴承座孔采用过盈配合，采用高精密的SKF轴承，能够大大提高传动轴的传动精度，提高测试结果的可靠性。

优选的，上述连接轴中心采用方孔与被测传动轴连接，方孔连接能够提高转动连接处的强度和刚性，从而提高测试精度。

优选的，上述轴承座下侧通过两个前后对称螺杆固定安装在支撑平台上，通过螺杆可以调整轴承座到合适高度，起到支撑测角装置的作用，并且防止轴承座随传动轴转动，保证双读数头的相对位置固定。

优选的，上述支撑平台为可调整平台，包括垂直调整机构、前后调整机构和左右俯仰调整机构，所述垂直调整机构包括左右对称放置的两折叠架和驱动折叠架上下移动的垂直驱动机构，所述前后调整机构固定安装在折叠架上，包括基板、滑板和驱动滑板前后移动的前后驱动机构，所述左右俯仰调整机构可活动地安装在滑板上，包括俯仰板和驱动俯仰板俯仰的俯仰驱动机构，通过垂直调整机构、前后调整机构和左右俯仰调整机构实现轴承座的位置精确调整，实现轴承座的同轴度、垂直度和圆度的调整，保证位置偏差小，避免位置安装误差带来测量精度不高，并且摩擦过大造成轴承磨损过大，从而光栅安装位置的不准确。

优选的，上述垂直驱动机构包括丝杠丝母副、左滑块和右滑块，所述丝杠丝母副包括丝杠、与丝杠套接的旋向相反的左丝母和右丝母，所述丝杠左端可绕轴线旋转地安装在固定条上，所述固定条前后端连接到左折叠架的中部左交接销处，所示左丝母固定安装在左滑块上，所述左滑块前后端连接到左折叠架的中部右交接销处，所述右丝母固定安装在右滑块上，所述右滑块前后端连接到右折叠架的中部左交接销处，所述左滑块和右滑块连接有滑杆，所述滑杆左端固定连接在固定条上，通过丝杠丝母副驱动折叠架上下移动，调整方便快捷，位置精确。

优选的，上述前后驱动机构包括固定座和调整螺钉，所述固定座下端侧面固定连接在基板前侧面，上端设置有调整螺钉，所述调整螺钉一端连接滑板，旋合调整螺钉可推动滑板前后移动，通过调整螺钉旋合实现滑板的前后移动，螺钉采用细牙螺纹，能够大大提高调整精度，实现微调。

优选的，上述左右俯仰驱动机构包括调整盘和钢珠，所述调整盘下端设置有螺纹杆，上端通过定销抵靠在俯仰板左侧底部，所述螺纹杆连接到滑板上，所述钢珠安装在俯仰板和滑板之间的右侧，前后各一个，所述俯仰板和滑板之间在靠近钢珠左侧设置有拉伸弹簧，通过调整盘转动实现俯仰板的左右俯仰，从而保证轴承座的同轴度和垂直度，调整方便快捷。

本实用新型对传动轴进行角度测量时，可用于被测传动轴的静态、动态角度测量，也可对传动轴进行角位置精度、角速率精度以及频带和波形失真度的检测。

本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型能够在水平工作状态下工作，实时测量传动轴的角度、角速度、角加速度、最大调转角速度、最大调转角加速度，可在传动轴承受大扭矩、高转速的工作情况下，真实地监控测试过程中被测传动轴角度的变化情况，对相关测试系统进行实时动态校准，确保试验相关参数的准确性，本实用新型还具有装拆操作使用方便、结构简单的特点。

附图说明

图1为本实用新型的前视图；

图2为本实用新型的右视剖视图；

图3为本实用新型的俯视剖视结构示意图；

图4为本实用新型的支撑平台的结构示意图；

图5为图4的左视示意图；

图6为图4的俯仰板的俯视结构示意图；

图7为本实用新型的垂直驱动机构结构示意图。

图中，1-圆光栅，2-连接轴，3-轴承座，4-高精密轴承，5-被测传动轴，6-T型槽，7-方孔，8-螺杆，101-光栅环，102-读数头，9-支撑平台，10-折叠架，11-垂直驱动机构，12-基板，13-滑板，14-前后驱动机构，15-俯仰板，16-俯仰驱动机构，17-丝杠丝母副，18-左滑块，19-右滑块，20-丝杠，21-左丝母，22-右丝母，23-固定条，24-滑杆，25-固定座，26-调整螺钉，27-调整盘，28-钢珠，29-螺纹杆，30-拉伸弹簧，31-把手，32-条形凹槽，33-球形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对实用新型进行进一步介绍。

如图1~图7所示，一种基于圆光栅的传动轴测角装置，包括圆光栅1和连接轴2，所述圆光栅1具有光栅环101和读数头102，所述光栅环101固定连接在连接轴2一端，所述读数头102固定连接在轴承座3上，所述轴承座3通过高精密轴承4连接到连接轴2另一端，所述连接轴2连接到被测传动轴5上，所述轴承座3固定连接在支撑平台9上，圆光栅依托圆轴承进行固定定位，轴承在安装时实现预紧消除游隙，有效提高了轴系的回转精度，并且安装维护方便，数据测量时定位快捷准确。

优选的，上述读数头102采用两个相对连接轴2轴心线对称安装，对称安装，所得值平均后实现相互补偿，能够提高测试精度。

优选的，上述读数头102通过导线连接到采集卡，所述采集卡连接到计算机，所述采集卡通过数据处理器连接读数头102，通过采集卡能够将读数头的数据读取到计算机上，直观明了地监测传动轴转动角度。

优选的，上述轴承座3上设定用于固定连接读数头102的T型槽6，所述T型槽6中心与旋转连接轴2中心线垂直，通过T型槽进行固定安装读数头，装卸方便快捷，连接牢靠，定位精确，测试误差小。

优选的，上述高精密轴承4采用SKF精密滚动轴承，型号为6019-2Z，与轴承座孔采用过盈配合，采用高精密的SKF轴承，能够大大提高传动轴的传动精度，提高测试结果的可靠性。

优选的，上述连接轴2中心采用方孔7与被测传动轴5连接，方孔连接能够提高转动连接处的强度和刚性，从而提高测试精度。

优选的，上述轴承座下侧通过两个前后对称螺杆8固定安装在支撑平台9上，通过螺杆可以调整轴承座到合适高度，起到支撑测角装置的作用，并且防止轴承座随传动轴转动，保证双读数头的相对位置固定。

优选的，上述支撑平台9为可调整平台，包括垂直调整机构、前后调整机构和左右俯仰调整机构，所述垂直调整机构包括左右对称放置的两折叠架10和驱动折叠架10上下移动的垂直驱动机构11，所述前后调整机构固定安装在折叠架10上，包括基板12、滑板13和驱动滑板13前后移动的前后驱动机构14，所述左右俯仰调整机构可活动地安装在滑板13上，包括俯仰板15和驱动俯仰板15俯仰的俯仰驱动机构16，通过垂直调整机构、前后调整机构和左右俯仰调整机构实现轴承座的位置精确调整，实现轴承座的同轴度、垂直度和圆度的调整，保证位置偏差小，避免位置安装误差带来测量精度不高，并且摩擦过大造成轴承磨损过大，从而光栅安装位置的不准确。

优选的，上述垂直驱动机构11包括丝杠丝母副17、左滑块18和右滑块19，所述丝杠丝母副17包括丝杠20、与丝杠20套接的旋向相反的左丝母21和右丝母22，所述丝杠20左端可绕轴线旋转地安装在固定条23上，所述固定条23前后端连接到左折叠架的中部左交接销处，所示左丝母21固定安装在左滑块18上，所述左滑块18前后端连接到左折叠架的中部右交接销处，所述右丝母21固定安装在右滑块18上，所述右滑块18前后端连接到右折叠架的中部左交接销处，所述左滑块18和右滑块19连接有滑杆24，所述滑杆24左端固定连接在固定条23上，通过丝杠丝母副17驱动折叠架上下移动，调整方便快捷，位置精确，丝杠20左端连接有把手，通过把手能够方便地进行丝杠的转动，省力，易于操作。

优选的，上述前后驱动机构14包括固定座25和调整螺钉26，所述固定座25下端侧面固定连接在基板12前侧面，上端设置有调整螺钉26，所述调整螺钉26一端连接滑板13，旋合调整螺钉26可推动滑板13前后移动，通过调整螺钉旋合实现滑板的前后移动，螺钉采用细牙螺纹，能够大大提高调整精度，实现微调，固定座25和调整螺钉26包括两套，滑板前侧左右各一套，左调整螺钉26抵靠在滑板13的条形凹槽32中，右调整螺钉27直接旋合连接在滑板13上，该机构调整时能够避免两颗螺钉同时旋合到滑板造成的过定位，从而保证调整精度度更高。

优选的，上述左右俯仰驱动机构14包括调整盘27和钢珠28，所述调整盘27下端设置有螺纹杆29，上端通过定销抵靠在俯仰板15左侧底部，所述螺纹杆29连接到滑板13上，所述钢珠28安装在俯仰板15和滑板13之间的右侧，前后各一个，所述俯仰板15和滑板13之间在靠近钢珠28左侧设置有拉伸弹簧30，通过调整盘转动实现俯仰板的左右俯仰，从而保证轴承座的同轴度和垂直度，调整方便快捷，钢珠28与俯仰板15和滑板13连接处设置球形凹槽33，通过球形凹槽方便钢珠进行定位和支撑。

本实用新型中的圆光栅安装到主轴的法兰盘上，圆光栅要求圆光栅的外径相对圆心的圆跳动不得大于±0.02mm，圆光栅为直径Ф150mm，综合误差±1角秒，采用法兰盘安装形式，作为非接触系统，REXM圆光栅直接安装到旋转轴的法兰盘上，消除了联接损耗、扭曲误差及其他影响封闭式光栅的机械滞后误差。

测角系统的双读数头固定安装在测角仪的机械轴承座上，双读数头彼此成180o对装，在轴承座上加工有“T”型槽，“T”型槽中心与旋转主轴中心垂直，垂直精度要求±0.02mm，读数头可在轴承座对主轴中心位置沿着T型槽方向移动，当读数头与圆光栅的距离达到0.8±0.08mm要求时，可用螺杆锁定，这种安装方式的优点是：一次安装完成后，可以保证具有圆光栅和读数头相对位置固定，具有固定的安装误差，可以通过校准来补偿安装误差补偿，提高测角仪的检测精度，从而可能实现优于±1角秒的总体安装精度。

双读数头读出的数据通过数据线传到两个数据接口上，数据接口的型号为：Si-NN-0004-08-1-FN-003-003-3，两个数据接口直接插到DSi数据处理器上，DSi数据处理器型号为：DSI-Q-M-M-16，数据处理器将信号细分后通过数据线传到采集卡。

数据采集卡主要实现以下功能：

对两路光栅输出信号进行计数及判向处理，计算圆光栅角度位置输出量及旋转方向；

接收外同步中断信号，锁存圆光栅角度位置输出，并将中断传送到PXI总线等待监测装置（如计算机）处理；

响应监测装置机读取指令，将锁存的圆光栅角度位置通过PXI总线送至监测装置，数据采集频率不小于10MHz。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：包括圆光栅（1）和连接轴（2），所述圆光栅（1）具有光栅环（101）和读数头（102），所述光栅环（101）固定连接在连接轴（2）一端，所述读数头（102）固定连接在轴承座（3）上，所述轴承座（3）通过高精密轴承（4）连接到连接轴（2）另一端，所述连接轴（2）连接到被测传动轴（5）上，所述轴承座（3）固定连接在支撑平台（9）上。

2.根据权利要求1所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述读数头（102）采用两个相对连接轴轴心线对称安装。

3.根据权利要求2所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述读数头（102）通过导线连接到采集卡，所述采集卡连接到计算机，所述采集卡通过数据处理器连接读数头（102）。

4.根据权利要求1所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述轴承座（3）上设定用于固定连接读数头（102）的T型槽（6），所述T型槽（6）中心与旋转连接轴（2）中心线垂直。

5.根据权利要求1所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述连接轴（2）中心采用方孔（7）与被测传动轴（5）连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述轴承座（3）下侧通过两个前后对称螺杆（8）固定安装在支撑平台（9）上。

7.根据权利要求6所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述支撑平台（9）为可调整平台，包括垂直调整机构、前后调整机构和左右俯仰调整机构，所述垂直调整机构包括左右对称放置的两折叠架（10）和驱动折叠架（10）上下移动的垂直驱动机构（11），所述前后调整机构固定安装在折叠架（10）上，包括基板（12）、滑板（13）和驱动滑板（13）前后移动的前后驱动机构（14），所述左右俯仰调整机构可活动地安装在滑板（13）上，包括俯仰板（15）和驱动俯仰板（15）俯仰的俯仰驱动机构（16）。

8.根据权利要求7所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述垂直驱动机构（11）包括丝杠丝母副（17）、左滑块（18）和右滑块（19），所述丝杠丝母副（17）包括丝杠（20）、与丝杠（20）套接的旋向相反的左丝母（21）和右丝母（22），所述丝杠（20）左端可绕轴线旋转地安装在固定条（23）上，所述固定条（23）前后端连接到左折叠架的中部左交接销处，所示左丝母（21）固定安装在左滑块（18）上，所述左滑块（18）前后端连接到左折叠架的中部右交接销处，所述右丝母（21）固定安装在右滑块（18）上，所述右滑块（18）前后端连接到右折叠架的中部左交接销处，所述左滑块（18）和右滑块（19）连接有滑杆（24），所述滑杆（24）左端固定连接在固定条（23）上。

9.根据权利要求7所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述前后驱动机构（14）包括固定座（25）和调整螺钉（26），所述固定座（25）下端侧面固定连接在基板（12）前侧面，上端设置有调整螺钉（26），所述调整螺钉（26）一端连接滑板（13），旋合调整螺钉（26）可推动滑板（13）前后移动。

10.根据权利要求7所述的一种基于圆光栅的传动轴测角装置，其特征在于：所述左右俯仰驱动机构（14）包括调整盘（27）和钢珠（28），所述调整盘（27）下端设置有螺纹杆（29），上端通过定销抵靠在俯仰板（15）左侧底部，所述螺纹杆（29）连接到滑板（13）上，所述钢珠（28）安装在俯仰板（15）和滑板（13）之间的右侧，前后各一个，所述俯仰板（15）和滑板（13）之间在靠近钢珠（28）左侧设置有拉伸弹簧（30）。