CN206862350U - 一种超高精度倾斜测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超高精度倾斜测试平台，涉及地学仪器的倾斜测试技术。本平台包括本平台包括PC控制器、第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构、第1底座、第2底座、第1力平衡装置、第2力平衡装置、第3光栅尺测量机构、直线电机驱动机构、平台面板、定位基座和第3力平衡装置；PC控制器分别与直线电机驱动机构、第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构、第1底座和第3光栅尺测量机构连接，PC控制器采集第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构和第3光栅尺测量机构的探针位移信号，同时PC控制器控制直线电机驱动机构、第1底座、第2底座的步进电机运动。本实用新型适用于倾斜平台测试，完成仪器的检测和校准工作。

Description

一种超高精度倾斜测试平台

技术领域

本实用新型涉及地学仪器的倾斜测试技术，尤其涉及一种超高精度倾斜测试平台。

背景技术

在地球物理观测仪器领域，地倾斜仪可以是1个方向(1维)或2个方向(2维)同时测量。根据现有标准，每个方向的指标是最大误差0.003角秒，量程2角秒，鉴别力0.0002角秒。用现有的倾斜平台测试技术很难溯源，不能很好完成仪器的检测和校准工作。

在定位基座表面放置的倾斜仪器测量的是地壳表面的倾斜位移、速度、加速度的响应；当倾斜仪器放置在倾斜平台上，而倾斜平台又放置在定位基座表面上时，倾斜仪器测量的是地壳表面的倾斜角位移、速度、加速度加上倾斜平台提供的倾斜角位移、速度、加速度的综合响应。当平台面与定位基座表面相对静止时倾斜平台提供的倾斜角位移、速度、加速度均为0，仪器输出就是地壳表面的响应曲线。采用时分工作时，即一段时间倾斜平台保持静止，一段时间倾斜平台工作，仪器输出曲线含有仪器测量地壳与平台标准角位移给出的两种信息。如能准确得到倾斜平台相对于定位基座表面相对位置关系，给出能溯源的标准角位移，倾斜仪器测量该标准角位移就能得到误差(或负改正数)与不确定度，因此在测量过程中需要实时测量定位基座表面与倾斜平台表面的高度变化，即用三个独立的超高精度nm量级的光栅尺实时测量倾斜平台的变化。

研制新型的地倾斜仪测试平台有助于符合标准要求的溯源，对被测倾斜仪进行实验室的鉴别力、静态与动态测试，提供被测仪器的改正数和标准不确定度。有利于地震行业统一地倾斜仪器的校准、出厂检测、运行检测的技术规程，保证测试数据的可信度，使被测仪器的实际测量数据成为有用的历史资料而被保存。

倾斜平台在X方向上能完整测试数据，包括鉴别力、量程、非线性、重复性、溯源、标准偏差等内容。这时仅需X方向的倾斜抬升、给出角度信号即可，称为一维倾斜平台。如测试平台具有在Y方向倾斜抬升时，测试方向X的测量状态保持不变的性能，则称为1.5维倾斜平台。如Y方向能达到如X方向上完整测试数据的能力，同时具有在Y(或X)方向倾斜抬升时，测试方向X(或Y)的测量状态保持不变的性能，则称为二维倾斜平台。

倾斜仪横向影响的定义是，倾斜仪Y轴(横向)在垂直方向倾斜时引起倾斜仪测量方向X 轴(纵向)输出数据的变化称为倾斜仪的横向影响。为测试倾斜仪横向影响，要求是测试平台本身不产生横向影响，即在Y方向倾斜抬升时，测试方向X的测量状态保持不变的性能。所以横向影响的测试需用1.5维或2维倾斜平台。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超高精度倾斜测试平台，以能方便溯源的微小地倾斜形变量的实验测试设备，用于现有与新研究的地倾斜仪器微小形变量的校准与实验测试。

本实用新型的目的是这样实现的：

本平台包括PC控制器、第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构、第1底座、第2底座、第1力平衡装置、第2力平衡装置、第3光栅尺测量机构、直线电机驱动机构、平台面板、定位基座和第3力平衡装置；

其位置和连接关系是：

在平台面板的左侧下方设置有第1底座和第2底座，在平台面板的下方右侧中间位置设置有直线电机驱动机构，第1底座、第2底座和直线电机驱动机构都设置在定位基座上；

在平台面板左侧对称设置有第1光栅尺测量机构和第2光栅尺测量机构，在平台面板的右侧中间位置设置有第3光栅尺测量机构，第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构和第3 光栅尺测量机构的探针分别与平台面板的上表面接触，第1光栅尺测量机构和第2光栅尺测量机构通过测量座设置在定位基座上，第3光栅尺测量机构通过龙门底座设置在定位基座上；

在平台面板的下方前后两侧位置分别设置有第1力平衡装置、第2力平衡装置，在平台面板左侧设置有第3力平衡装置，第1力平衡装置、第2力平衡装置和第3力平衡装置上端的钢珠与平台面板的端盖滑动连接，第1力平衡装置、第2力平衡装置和第3力平衡装置的底座设置在定位基座上；

PC控制器分别与直线电机驱动机构、第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构、第1 底座和第3光栅尺测量机构连接，PC控制器采集第1光栅尺测量机构、第2光栅尺测量机构和第3光栅尺测量机构的探针位移信号，同时PC控制器控制直线电机驱动机构、第1底座、第2底座的步进电机运动。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①本项目采用多点处理力的支承与测量的图形强度，用A、O、B、C、D1、D2六点作重力支承，D1、D2、A点用力平衡器支承(力平衡器已申报专利)，平台转轴一侧A、O、B的重力分配为45％、10％、45％，用O、B、C三点作位置支承，O点固定平台位置，A、B、C是测量点，B点绕O点转动，提供Y轴倾斜角，C点绕AOB线转动，提供X轴倾斜角；

②平台不产生横向影响，在测试倾斜仪横向影响时，不影响C点的有效量程；

③为使平台不产生横向影响，平台的XY坐标系、长度基线、X、Y的倾斜旋转轴全部移到平台上表面标设线段，有利于直接测量；

④用超高精度的nm级光栅尺直接测量平台上表面的空间位置，得到平台的输出角，光栅尺结构简单，环境影响小，长度保持稳定可靠，溯源方便，测量速度快；

⑤用高速引动器驱动楔形块，由水平转为垂直向运动，工控机控制运动状态，由光栅尺测量输给被测倾斜仪的信号，回收被测倾斜仪的输出，计算出被测倾斜仪的性能。

适用于倾斜平台测试，完成仪器的检测和校准工作。

附图说明

图1是本平台的结构示意图；

图2是本平台的俯视图；

图3是第1光栅尺测量机构2的结构示意图；

图4是第1底座4的结构示意图；

图5是第1力平衡装置6的结构示意图；

图6是第3光栅尺测量机构8的结构示意图；

图7是直线电机驱动机构9的结构示意图；

图8是平台面板10的结构示意图。

图中：

1—PC控制器；

2—第1光栅尺测量机构，

21—光栅尺安装板，

22—探针，

23—读数头安装板；

24—测量机构横支架，

25—测量机构立柱，

26—测量机构底座，

27—测量机构调平螺钉；

3—第2光栅尺测量机构；

4—第1底座，

41—基座，

42—步进电机，

43—升降立柱，

44—向心关节轴承外圈； 5—第2底座；

6—第1力平衡装置，

61—力平衡底座，

62—力平衡支撑架，

63—重锤调节架，

64—重锤，

65—杠杆，

66—力平衡立柱

67—钢珠；

7—第2力平衡装置；

8—第3光栅尺测量机构；

81—龙门底座，

82—测量头安装板；

83—读数头安装板，

84—光栅尺安装板，

85—探针；

9—直线电机驱动机构；

91—直线电机，

92—楔形块，

93—垂直向顶升杆，

94—顶升杆套筒；

10—平台面板，

101—向心关节轴承内圈，

102—端盖，

103—套筒；

11—定位基座；

12—第3力平衡装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、总体

如图1、2，本平台包括PC控制器1、第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3、第1底座4、第2底座5、第1力平衡装置6、第2力平衡装置7、第3光栅尺测量机构8、直线电机驱动机构9、平台面板10、定位基座11和第3力平衡装置12；

其位置和连接关系是：

在平台面板10的左侧下方设置有第1底座4和第2底座5，在平台面板10的下方右侧中间位置设置有直线电机驱动机构9，第1底座4、第2底座5和直线电机驱动机构9都设置在定位基座11上；

在平台面板10左侧对称设置有第1光栅尺测量机构2和第2光栅尺测量机构3，在平台面板10的右侧中间位置设置有第3光栅尺测量机构8，第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3和第3光栅尺测量机构8的探针22分别与平台面板10的上表面接触，第1光栅尺测量机构2和第2光栅尺测量机构3通过测量座设置在定位基座11上，第3光栅尺测量机构8 通过龙门底座81设置在定位基座11上；

在平台面板10的下方前后两侧位置分别设置有第1力平衡装置6、第2力平衡装置7，在平台面板10左侧设置有第3力平衡装置12，第1力平衡装置6、第2力平衡装置7和第3力平衡装置12上端的钢珠与平台面板10的端盖滑动连接，第1力平衡装置6、第2力平衡装置 7和第3力平衡装置12的底座设置在定位基座11上；

PC控制器1分别与直线电机驱动机构9、第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3、第1底座4和第3光栅尺测量机构8连接，PC控制器1采集第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3和第3光栅尺测量机构8的探针22位移信号，同时PC控制器1控制直线电机驱动机构9、第1底座4、第2底座5的步进电机42运动。

二、功能部件

1、PC控制器1

如图1，PC控制器1是一种工控机，PC控制器1分别与直线电机驱动机构9、第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3、第1底座4、第2底座5和第3光栅尺测量机构8连接。

其功能是：采集第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3和第3光栅尺测量机构8 的探针位移信号和控制直线电机驱动机构9和第1底座4和第2底座5的步进电机42的运动。

其工作机理是：采用PC机采集三个光栅尺数据与被测量的倾斜仪器的输出数据、控制直线电机驱动机构9和第1底座4、第2底座5的步进电机42的动作、按标准要求进行数据处理得到测试报告，可远程摇控测量和自动测量。

2、第1光栅尺测量机构2

如图1、图3，第1光栅尺测量机构2包括测量头和测量座，测量头包括光栅尺安装板21、探针22和读数头安装板23；测量座包括测量机构横支架24、测量机构立柱25、测量机构底座26和测量机构调平螺钉27；

其位置和连接关系是：

测量机构底座26设置在定位基座11上，测量机构底座26两侧设置有两个测量机构调平螺钉27，测量机构底座26中间位置设置有测量机构立柱25，测量机构立柱25上端设置有测量机构横支架24，测量机构横支架24右端连接读数头安装板23，读数头安装板23与光栅尺安装板21滑动连接，在光栅尺安装板21下端设置有探针22。

其功能是：测量平台面板10上表面一个测量点B垂直方向的位移变化。

其工作机理是：采用三个独立nm级光栅尺同步测量平台面与定位基座11面垂直位移的变化，光栅尺很容易溯源比测并能长期保持不变。

1)光栅尺安装板21

光栅尺安装板21是一种长方形薄金属盒，其两侧设有与读数头安装板23滑动连接的楔形槽，光栅尺安装板21下端设有与探针22上端连接的螺纹孔，光栅尺安装板21内侧设有光栅尺；

其功能是：安装固定探针22，同时光栅尺安装板21内的光栅尺可以沿垂直方向上下滑动。

2)探针22

探针22是一种圆长杆，顶端设有红宝石的探头；

其功能是：通过探针22顶端的红宝石探头接触平台面板10上表面，将平台面板10上表面垂直方向位移变化传递到光栅尺；

3)读数头安装板23

读数头安装板23是一种长方形金属盒，其两侧设有与光栅尺安装板21配合、可相对滑动的楔形槽，读数头安装板23左端设有与测量机构横支架24固定的螺纹孔，读数头安装板23 内侧安装有读数头；

其功能是：用于安装读数头，读取探针22的位移变化；

4)测量机构横支架24

测量机构横支架24是一种左侧设有圆形通孔的金属板，测量机构横支架24的左侧设有与测量机构立柱25配合的通孔，测量机构横支架24右侧设有与测量头a的读数头安装板23配合的螺纹孔；

其功能是：连接固定测量头a的读数头安装板23；

5)测量机构立柱25

测量机构立柱25是一种圆形长杆，其上端与测量机构横支架24配合，下端设有与测量机构底座26的螺纹孔配的螺纹；

其功能是：连接固定测量机构横支架24；

6)测量机构底座26

测量机构底座26是一种L形的钢块，测量机构底座26两端设有两个与测量机构调平螺钉 27配合的螺纹孔，测量机构底座26中间设有通孔与测量机构立柱25配合的螺纹孔；

其功能是：支撑测量机构立柱25，为整个第1光栅尺测量机构2提供支撑；

7)测量机构调平螺钉27

测量机构调平螺钉27是一种精密螺钉；

其功能是：用于调平测量机构底座26；

3、第2光栅尺测量机构3

第2光栅尺测量机构3与第1光栅尺测量机构2的结构相同。

其功能是：测量平台面板10上表面第二个点A测量点垂直方向的位移变化。

4、第1底座4

如图1、4，第1底座4包括基座41、步进电机42、升降立柱43和向心关节轴承外圈44；

其位置和连接关系是：基座41设置在定位基座11上，在基座41左侧设置有步进电机42，在基座41右侧设置有升降立柱43，步进电机42、升降立柱43通过内部的齿轮连接，升降立柱43上端设置有的向心关节轴承外圈44与平台面板10孔B设置的向心关节轴承内圈101配合。

其功能是：第1底座4为平台面板10提供支撑，同时第1底座4通过步进电机42调整平台面板10高度和倾斜量，第1底座4通过升降立柱43上端的向心关节轴承外圈44使平台面板10可以横向滑动。

1)基座41

基座41是一种长方体钢块，其内部掏空处理用于安装底座4的其它部件，基座41右侧设有与升降立柱43连接的螺纹孔，其底部设有3个小台阶与定位基座11接触。

其功能是：作为底座4提供框架，支撑整个平台面板10。

2)步进电机42

步进电机42是一种通用件；

其功能是：通过PC控制器1控制步进电机42，步进电机42带动升降立柱43升降。

3)升降立柱43

升降立柱43是一种圆柱，升降立柱43下端设有与基座41配合的螺纹孔，升降立柱43 上端设有安装向心关节轴承外圈44的凹槽；

其功能是：连接基座41和平台面板10，升降立柱43的高度通过电机42调节。

4)向心关节轴承外圈44

向心关节轴承外圈44是一种关节球轴承的一部分。

其功能是：使向心关节轴承外圈44与平台面板10孔B的向心关节轴承内圈101形成滑动连接，同时使平台面板10的转轴中心线定位于平台面板10的上表面。

5、第2底座5

如图1，图4，第2底座5与第1底座4结构相同，安装在平台面板10的O点下方。

其功能是：为平台面板10提供支撑；在平台测试横向时，通过第2底座5和第1底座4共同作用，使平台面板10上表面横向的中心线保持高度不变。

6、第1力平衡装置6

如图1、图5，力平衡装置6包括：力平衡底座61、力平衡支撑架62、重锤调节架63、重锤64、杠杆65、力平衡立柱66和钢珠67；

其位置和连接关系是：力平衡装置6的力平衡底座61固定在定位基座11上，力平衡底座 61左侧安装有重锤调节架63，在重锤调节架63上方设有重锤64；在力平衡底座61右侧连接有力平衡支撑架62，力平衡支撑架62可在力平衡底座61上自由转动；杠杆65的中间与力平衡支撑架62连接；杠杆65左端插入重锤64；杠杆65右端连接力平衡立柱66，平衡立柱66上端设有钢珠67与平台面板10孔D1上端面的端盖102滑动连接。

其功能是：通过力平衡底座61、力平衡支撑架62、重锤调节架63、重锤64、杠杆65和力平衡立柱66形成承托平台面板10的杠杆结构，重锤64的重力传递给杠杆65另一端的力平衡立柱66；补偿平台面板10和载荷质量的静态值，重锤64一旦固定，使杠杆65两侧的力臂固定，其补偿力与杠杆垂直方向的位置无关，在平台面板10任何倾斜位置时第1力平衡装置 6的补偿力恒定。

其工作机理是：采用并联的杠杆式第1力平衡装置6和第2力平衡装置7，补偿平面滑动端的静态质量(平台与载荷)及平面滑动端支承动态质量需要的力。

1)力平衡底座61

重力补偿底座61是一种长方形块，其右侧设有安装力平衡支撑架62的沉孔，重力补偿底座61左侧设有连接重锤调节架63的腰孔；

其功能是：安装力平衡支撑架62，为杠杆65提供支撑，固定重锤调节架63；

2)力平衡支撑架62

力平衡支撑架62是一种短圆柱，其下端与力平衡底座61间隙配合，力平衡支撑架62可在力平衡底座61的沉孔中自由转动，其上端设有与杠杆65连接的凹槽；

其功能是：作为杠杆65的支点。

3)重锤调节架63

重锤调节架63是一种U形支架，其下端设有与力平衡底座61间隙配合的长杆，重锤调节架63的下端的长杆插入力平衡底座61中，重锤调节架63可以上下滑动；重锤调节架63两侧设有与重锤64连接的通孔；

其功能是：连接重锤64，同时限制重锤64到力平衡支撑架62的水平向距离，同时使重锤64只能垂直方向的运动。

4)重锤64

重锤64是一种方形钢块，重锤64水平方向设有与杠杆65配合的通孔，重锤64两侧设有与重锤调节架63两侧通孔配合的通孔。

其功能是：重锤64的重量平衡杠杆65另一端力平衡立柱66所承受的平台面板10的压力。

5)杠杆65

杠杆65是一种圆形长杆，其右侧设有方形块与力平衡立柱66配合的螺纹孔，杠杆65左、中、右端分别与重锤64、力平衡支撑架62、力平衡立柱66滑动连接；

其功能是：传递力平衡立柱66所承受的平台面板10的压力。

6)力平衡立柱66

力平衡立柱66是一种中间设有凸台的短圆柱，其下端与杠杆65连接的螺纹，力平衡立柱 66上端设有安装钢珠67的凹槽。

其功能是：将平台面板10的重力传递到杠杆65右端。

7)钢珠67

钢珠67是一种通用件。

其功能是：使力平衡立柱66与平台面板10孔D1设有的端盖101形成滑动连接，其转动中心在平台面板10上表面。

7、第2力平衡装置7

第2力平衡装置7与第1力平衡装置6结构相同，第2力平衡装置7安装在平台面板的D2下方，第2力平衡装置7与第1力平衡装置6对称布置在平台面板10下方的两侧，第2力平衡装置7与第1力平衡装置6转动中心的连线在平台面板10上表面。

其功能是：第2力平衡装置7与第1力平衡装置6并联工作，补偿平面滑动端的静态质量 (平台与载荷)。

8、第3光栅尺测量机构8

如图1、图6，第3光栅尺测量机构8包括测量座a和测量头b；

测量座a包括有龙门底座81、测量头安装板82；测量头b包括有读数头安装板83、光栅尺安装板84、探针85；

其位置和连接关系是：龙门底座81固定安装在定位基座11上，龙门底座81上端固定有测量头安装板82，测量头安装板82前端安装固定读数头安装板83，读数头安装板83与光栅尺安装板84滑动连接，光栅尺安装板84下端固定有探针85。

其功能是：测量平台面板10上表面第三个测量点C垂直方向的位移变化。采用三个独立 nm级光栅尺测量平台面与定位基座11面垂直位移的变化，光栅尺很容易溯源比测并能长期保持不变。

其工作机理是：第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3、第3光栅尺测量机构8三个独立的光栅尺，形成三个独立的测量计同步连续测量平台面板10上表面三个点垂直方向的高度，确定三个测量点平面的空间变化，获得输入载荷的标准倾斜量；三个光栅尺具有结构稳定和溯源容易，温度、湿度影响较小，可抗振动且测量速度快细分容易等优点。

1)龙门底座81

龙门底座81是一种整体的龙门形钢底座，其下端设有安装孔在定位基座11上；

其功能是：固定及支撑整个第3光栅尺测量机构8。

2)测量头安装板82

测量头安装板82是一种方形长钢板，下方设有与龙门底座81下端配合的方槽；

其功能是：连接读数头安装板83和龙门底座81。

3)测量头b

测量头b与第1光栅尺测量机构2的测量头b结构相同。

9、直线电机驱动机构9

如图1、图7，直线电机驱动机构9包括：直线电机91、楔形块92、垂直向顶升杆93和顶升杆套筒94；

其位置和连接关系是：直线电机91固定在定位基座11的合适位置；直线电机91的滑动块与楔形块92连接固定；垂直向顶升杆93下端与楔形块92滑动接触；垂直向顶升杆93与顶升杆套筒94配合，垂直向顶升杆93可在顶升杆套筒94内上下滑动，顶升杆套筒94固定在定位基座11上；垂直向顶升杆93上端与平台面板10孔C设有的套筒103连接；

其功能是：将直线电机91输出的水平方向较小位移量转换为平台面板10右侧抬升端垂直方向的微小位移量。

其工作机理是：由于楔形块92上表面设有一定的坡度(坡度定为1：1000)，当楔形块 92在水平方向位移量为1时，垂直方向的位移量0.001，并将直线电机水平方向的较小位移转换为平台面板10右侧垂直方向的微小位移量；采用基于μm级直线电机驱动机构的引动器推动1/1000的楔形块作水平方向运动，由1/1000的楔形块转为nm级垂直向运动，真实位移由独立的nm级光栅尺跟踪测量。采用基于μm级的丝杠螺纹抬升横向滑动端的高度使平台横向倾斜，测试仪器的横向效应。滑动端的真实位移由独立的nm级光栅尺跟踪测量。

1)直线电机91

直线电机91是一种外购的高精度通用件；

其功能是：提供水平方向的um级的微小位移量、脉冲等；

2)楔形块92

楔形块92是一种长方形块，其上表面是设有一定坡度(可设为1：1000)的坡面，其下端设有与直线电机91滑块连接固定的螺纹孔；

其功能是：由于由于楔形块92上端面设有一定的坡度(坡度定为1：1000)，当楔形块 92在水平方向位移量为1时，垂直方向的位移量0.001，从而将直线电机91输出的水平方向位移量传递给垂直向顶升杆93，并将直线电机水平方向的较小位移转换为垂直向顶升杆93垂直方向的微小位移量；

3)垂直向顶升杆93

垂直向顶升杆93是一个长圆柱，长圆柱下端设有与楔形块93坡面配合滑动的球头；

其功能是：与楔形块92接触，通过相对运动为平台面板10提供垂直方向的微小位移量；

4)顶升杆套筒94

顶升杆套筒94是一种与垂直向顶升杆93配合的圆筒。

其功能是：顶升杆套筒94限制垂直向顶升杆93只能在垂直方向运动。

10、平台面板10

如图1，图8，平台面板10是一种航空铝板，长、宽、高尺寸为1200*1000*80mm；平台面板10左端对称设有两个通孔A、B，平台面板10右侧中间位置设有通孔C，平台面板10右侧对称设有通孔D1、D2；平台面板10的孔A、B均安装关节球轴承的向心关节轴承内圈101，所有向心关节轴承内圈与平台面板10上表面平齐；孔D1、D2的上端面设有端盖102与钢珠滑动连接；孔C设有套筒103，套筒103的凸台承托在平台面板底部；平台面板10中间部分掏空处理，在不降低其刚性的前提下减少其重量；

其功能是：作为测试仪器的工作面，第1底座4和第2底座5的向心关节轴承外圈中心点在平台面板10上表面，二点连线作为平台面板10的转轴；平台面板10右侧作为抬升端，给出平台面板10的倾斜角；

其工作机理是：采用在平台面板10上表面作为平台的测试基准面；确定平台的三个测量点在平台面板10上表面；长度基线在平台面板10上表面；平台转轴中心线在平台面板10上表面。

1)向心关节轴承内圈101

向心关节轴承内圈101是一种标准件。

其功能是：与第1底座4和第2底座5的向心关节轴承外圈配合，事转动的中心点在平台面板10上表面。

2)端盖102

端盖102是一种圆形金属板，与平台面板10孔D1、D2的上端面螺纹连接。

其功能是：与第1力平衡装置6和第2力平衡装置7的钢珠滑动连接。

3)套筒103

套筒103是一种下端设有凸台的长圆环。

其功能是：套筒103与垂直向顶升杆93上端滑动连接，承托平台面板10。

11、定位基座11

如图1，定位基座11是一种有安装和定位各其他部件功能的工作台面，在定位基座11上设有安装各其他部件的安装定位孔。

其功能是：通过定位基座11上的安装定位孔按照尺寸要求安装其他部件，并为各部件提供支撑；保证平台面板10在一个绝对稳定、噪声较低的环境工作。

12、第3力平衡装置12

第3力平衡装置12与第1力平衡装置6结构相同，布置在平台面板10的A点下方。

其功能是：补偿平台面板10在A点的重力。

三、本平台的工作原理

本平台由驱动单元、承载单元和检测单元三部分构成；本平台能够独立精确控制平台的倾斜量，并精确测量出平台的倾斜量。

1、驱动单元

由PC控制器1、直线电机驱动机构9组成的驱动单元，为平台提供驱动，使平台面板10 产生微小到nm级的抬高位移，提供从静态到10Hz的标准振动源；采用基于μm级直线电机驱动机构的引动器推动1/1000的楔形块92作水平方向运动，由1/1000的楔形块92转为nm级垂直向运动，真实位移由独立的nm级光栅尺跟踪测量。

采用基于μm级的丝杠螺纹抬升横向滑动端的高度使平台横向倾斜，测试仪器的横向效应；滑动端的真实位移由独立的nm级光栅尺跟踪测量；固定端的真实位移由独立的nm级光栅尺跟踪测量，用以监测固定端高度的变化；驱动单元首先由直线电机驱动机构9中的直线电机 91产生微小的水平向位移量，通过楔形块92转换为平台面板10微小到nm级的抬高位移，根据设计的楔形块92不同的坡度比(可设为1：1000)产生直线电机91位移量的1/1000，为平台面板10提供垂直方向的微小振动源。

2、承载单元

由第1底座4、第2底座5、第1力平衡装置6、第2力平衡装置7、平台面板10、定位基座11组成的承载单元，为被测试仪器提供稳定的测试环境；三个位移检测点设置在平台面板10的上表面，适合台面测量基线的空间位置测量；平台由A、B、C构成的3个点支承，其中2个采用球窝支承构成平台转轴，其中心与平台平面重合，转动时中心线不会移动，适合光栅尺直接测量，采用三个独立的支承体支承平台，一个是固定，一个是可以横向滑动，另一个可以平面滑动；平台面板10上表面作为平台的测试基准面，确定空间座标的三个测量点在平台面板10上表面；长度基线在平台面板10上表面；平台转轴中心线在平台面板10上表面，采用一对杠杆式第1力平衡装置6和第2力平衡装置7并联补偿平台面板10滑动端的静态质量(平台与载荷)需要的力；

采用第1力平衡装置6和第2力平衡装置7的杠杆结构抵消平台面板10与测试仪器的静态质量；使抬升机构只负担平台和载荷质量的转动惯量引起的力矩，保留给出倾斜标准值的功能，并减小平台面板10在A、B、C三点的静态变形；

根据第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3和第3光栅尺测量机构8与平台面板 10的3个接触点，确定平台的平台面板10上三个固定点(A、B、C)，由此确定XY平面；AB 构成平台面板10的(Y方向)旋转轴，A是旋转轴抬升端、B是旋转轴固定端，C是驱动端；在C垂直方向(Z)驱动时，平台面板10绕AB轴(即Y轴)倾斜，因此平台面板10在倾斜过程中，B与AB轴保持不动，所以台面没有平动，只有绕AB轴的倾斜转动；由于A、B、C三点在平台面板10的上表面上，所以其XY平面的坐标位置很容易精确的测量，也可以在使用过程中实时检测平台与仪器墩之间的变化。

3、检测单元

由PC控制器1、第1光栅尺测量机构2、第2光栅尺测量机构3和第3光栅尺测量机构8组成检测单元，A、B、C三个独立的光栅尺同步连续测量平台面板10上端面同一平面上三个点相对于基础面的高度(Z方向)变化，确定测量的三个点A、B、C所在平面的空间变化，根据测试仪器在平台面板10的位置得到输入载荷的标准量；采用三个独立nm级光栅尺测量平台面与定位基座面距离的变化，光栅尺很容易溯源比测并能长期保持不变；

用光栅尺+探针直接测量平台面板10上A、B、C三点高度变化，光栅尺的优点是结构稳定和溯源容易，温度、湿度、影响小，可抗震动，测量速度较快，细分容易等优点；采用PC机采集三个光栅尺数据与被测量的倾斜仪输出数据、控制引动器的动作、按标准要求进行数据处理得到测试报告、可远程摇控测量和自动测量。

Claims (6)

1.一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

包括PC控制器(1)、第1光栅尺测量机构(2)、第2光栅尺测量机构(3)、第1底座(4)、第2底座(5)、第1力平衡装置(6)、第2力平衡装置(7)、第3光栅尺测量机构(8)、直线电机驱动机构(9)、平台面板(10)、定位基座(11)和第3力平衡装置(12)；

其位置和连接关系是：

在平台面板(10)的左侧下方设置有第1底座(4)和第2底座(5)，在平台面板(10)的下方右侧中间位置设置有直线电机驱动机构(9)，第1底座(4)、第2底座(5)和直线电机驱动机构(9)都设置在定位基座(11)上；

在平台面板(10)左侧对称设置有第1光栅尺测量机构(2)和第2光栅尺测量机构(3)，在平台面板(10)的右侧中间位置设置有第3光栅尺测量机构(8)，第1光栅尺测量机构(2)、第2光栅尺测量机构(3)和第3光栅尺测量机构(8)的探针(22)分别与平台面板(10)的上表面接触，第1光栅尺测量机构(2)和第2光栅尺测量机构(3)通过测量座设置在定位基座(11)上，第3光栅尺测量机构(8)通过龙门底座(81)设置在定位基座(11)上；

在平台面板(10)的下方前后两侧位置分别设置有第1力平衡装置(6)、第2力平衡装置(7)，在平台面板(10)左侧设置有第3力平衡装置(12)，第1力平衡装置(6)、第2力平衡装置(7)和第3力平衡装置(12)上端的钢珠与平台面板(10)的端盖滑动连接，第1力平衡装置(6)、第2力平衡装置(7)和第3力平衡装置(12)的底座设置在定位基座(11)上；

PC控制器(1)分别与直线电机驱动机构(9)、第1光栅尺测量机构(2)、第2光栅尺测量机构(3)、第1底座(4)和第3光栅尺测量机构(8)连接，PC控制器(1)采集第1光栅尺测量机构(2)、第2光栅尺测量机构(3)和第3光栅尺测量机构(8)的探针(22)位移信号，同时PC控制器(1)控制直线电机驱动机构(9)、第1底座(4)、第2底座(5)的步进电机(42)运动。

2.按权利要求1所述的一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

所述的第1光栅尺测量机构(2)包括测量头和测量座，测量头包括光栅尺安装板(21)、探针(22)和读数头安装板(23)；测量座包括测量机构横支架(24)、测量机构立柱(25)、测量机构底座(26)和测量机构调平螺钉(27)；

其位置和连接关系是：

测量机构底座(26)设置在定位基座(11)上，测量机构底座(26)两侧设置有两个测量机构调平螺钉(27)，测量机构底座(26)中间位置设置有测量机构立柱(25)，测量机构立柱(25)上端设置有测量机构横支架(24)，测量机构横支架(24)右端连接读数头安装板(23)，读数头安装板(23)与光栅尺安装板(21)滑动连接，在光栅尺安装板(21)下端设置有探针(22)。

3.按权利要求1所述的一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

所述的第1底座(4)包括基座(41)、步进电机(42)、升降立柱(43)和向心关节轴承外圈(44)；

其位置和连接关系是：基座(41)设置在定位基座(11)上，在基座(41)左侧设置有步进电机(42)，在基座(41)右侧设置有升降立柱(43)，步进电机(42)、升降立柱(43)通过内部的齿轮连接，升降立柱(43)上端设置有的向心关节轴承外圈(44)与平台面板(10)孔B设置的向心关节轴承内圈(101)配合。

4.按权利要求1所述的一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

所述的平衡装置(6)包括力平衡底座(61)、力平衡支撑架(62)、重锤调节架(63)、重锤(64)、杠杆(65)、力平衡立柱(66)和钢珠(67)；

其位置和连接关系是：力平衡装置(6)的力平衡底座(61)固定在定位基座(11)上，力平衡底座(61)左侧安装有重锤调节架(63)，在重锤调节架(63)上方设有重锤(64)；在力平衡底座(61)右侧连接有力平衡支撑架(62)，力平衡支撑架(62)可在力平衡底座(61)上自由转动；杠杆(65)的中间与力平衡支撑架(62)连接；杠杆(65)左端插入重锤(64)；杠杆(65)右端连接力平衡立柱(66)，平衡立柱(66)上端设有钢珠(67)与平台面板(10)孔D1上端面的端盖(102)滑动连接。

5.按权利要求1所述的一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

所述的直线电机驱动机构(9)包括直线电机(91)、楔形块(92)、垂直向顶升杆(93)和顶升杆套筒(94)；

其位置和连接关系是：直线电机(91)固定在定位基座(11)的合适位置；直线电机(91)的滑动块与楔形块(92)连接固定；垂直向顶升杆(93)下端与楔形块(92)滑动接触；垂直向顶升杆(93)与顶升杆套筒(94)配合，垂直向顶升杆(93)可在顶升杆套筒(94)内上下滑动，顶升杆套筒(94)固定在定位基座(11)上；垂直向顶升杆(93)上端与平台面板(10)孔C设有的套筒(103)连接。

6.按权利要求1所述的一种超高精度倾斜测试平台，其特征在于：

所述的平台面板(10)是一种航空铝板，长、宽、高尺寸为1200*1000*80mm；平台面板(10)左端对称设有两个通孔A、B，平台面板(10)右侧中间位置设有通孔C，平台面板(10)右侧对称设有通孔D1、D2；平台面板(10)的孔A、B均安装关节球轴承的向心关节轴承内圈(101)，所有向心关节轴承内圈与平台面板(10)上表面平齐；孔D1、D2的上端面设有端盖(102)与钢珠滑动连接；孔C设有套筒(103)，套筒(103)的凸台承托在平台面板底部；平台面板(10)中间部分掏空处理，在不降低其刚性的前提下减少其重量。