CN211085265U

CN211085265U - 一种超宽速度范围的高精度单轴转台

Info

Publication number: CN211085265U
Application number: CN201921436148.4U
Authority: CN
Inventors: 陈庐彪; 喻杰勇; 贾军; 廖瑞珍; 张欣
Original assignee: Jiujiang Precision Measuring Technology Research Institute
Current assignee: Jiujiang Precision Measuring Technology Research Institute
Priority date: 2019-09-01
Filing date: 2019-09-01
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2029-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种超宽速度范围的高精度单轴转台，包括防护罩、工作台面、主轴、高精度角接触球轴承、轴承锁紧装置、吊环、底座、交流伺服电机、高精度角接触球轴承、读数头(1)、角度传感器(1)、调整垫铁、角度传感器(2)、读数头(2)、滑环以及用户接插座16组成，其特征在于：本实用新型采用模块化设计，设计有两套测角系统，两套系统共有一个机械台体，系统采用交流伺服电机直接驱动、高精度轴承作为支撑结构件，连接方便、效率高，考虑安全性，转台机械台体设计有一防护罩。总体设计科学合理，操作简单、方便、灵活、快捷，克服了现有技术的不足。

Description

一种超宽速度范围的高精度单轴转台

技术领域

本实用新型涉及惯性测试设备转台领域，尤其涉及一种需要同时保证转台低速状态下满足高精度定位、高速状态下满足高速率精度和速率平稳度的高精度单轴转台。

背景技术

单轴转台是一种单轴平台式多功能测试设备，具有位置、速率等功能，能够满足惯性系统及惯性元器件的功能测试和实验。转台采用工业控制计算机进行控制，具有高精度的定位能力、速率平稳、操作失真度小及良好的动态性能。

低速环境下高精度定位能力、高速环境下高速率精度和平稳度，如果按常规设计方法，要设计成两个单轴台，分别用不同的角度传感器来响应上述技术指标，即用直径小的角度传感器响应单轴转台的高速率精度和平稳度要求、用直径大的高精度角度传感器系统响应单轴转台的高精度定位能力要求。

转台机械台体为负载的安装、运动提供平台，一般由伺服电机、角度测量元件、负载安装台面、精密机械轴系、底座等组成。单轴转台从上至下装配有：

工作台面——用于负载的定位安装；

主轴——为回转支撑和电机提供安装载体；

高精度角接触球轴承——作为转台轴系的主支承；

伺服电机——转台轴系的驱动元件；

高精度角接触球轴承——作为转台轴系的辅助支承；

角度传感器——用于角度测量和角位置反馈；

调平地脚组件——用于调平并固定转台。

除了角度传感器外的轴承、电机以及整个机械结构都是非常昂贵的，所以做两个高精度单轴转台成本是非常高的。

基于此背景下，本实用新型提供了一种超宽速度范围的高精度单轴转台，不仅可以满足低速环境下高精度定位能力还可以满足高速环境下高速率精度和平稳度要求。

本实用新型采用高速单轴转台的同一套机械结构、利用两套不同功能的角度传感器组合结构，实现了低速环境下高精度定位能力、高速环境下高速率精度和平稳度，并且这两种角度传感器可以根据实际使用情况进行自动切换，并根据测试需要调整速度大小，降低了该设备的研制成本，克服了现有技术的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超宽速度范围的高精度单轴转台，合理有效地解决现有技术结构复杂、成本高等缺点，现有技术对于转台低速满足高精度角度定位、高速满足高速率精度和速率平稳度转台研制一般是要分开来做两套单轴转台，因为同一个角度传感器不能同时满足设计要求。本实用新型解决了像此类单轴转台同一机械台体同时具备高精度角度定位和高速率精度和平稳度此类问题。

本实用新型工作原理：

1、台体为负载的安装、运动提供平台。机械台体由负载工作台面、主轴、高精度角接触球轴承、伺服电机、高精度角接触球轴承、角度传感器及底座等组成。控制柜为19寸标准机柜，内装有角度解算电路、转台控制电路、电机驱动器、电源及工控机系统等。转台系统具有计算机自动进行状态控制和数据采集，处理以及显示功能。转台还具有超速、过载、紧急断电、误操作等保护功能。

2、转台机械台体包括两套角度传感器。转台角度传感器采用雷尼绍光栅尺、模拟量输出的光栅读数头、读数头细分卡输出的数字量作为轴角位置环反馈信号。光栅尺型号分别为：RESM20USA100和RESM20USA52。两种光栅尺分别对应低速状态下的高精度定位和高速状态下的高速率精度、高速率平稳度。

本实用新型采用如下技术方案：

一种超宽速度范围的高精度单轴转台不仅具有良好的角位置精度，也具有高速率精度和速率平稳性。该功能实现是通过机械台体集成两套角度传感器完成的。转台包括工作台面、主轴、高精度角接触球轴承、直流伺服电机和角度传感器组成；一种超宽速度范围的高精度单轴转台其特征在于：

上述所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，台面设计为Φ300mm的圆台面结构。台面材料采用不锈钢(牌号为12Cr18Ni9)，并设置了相应的加强筋，表面进行精密加工，表面粗糙度为1.6，平面度优于0.015mm，台面跳动量优于0.02mm，台面漏磁：≤1Gs(台面上方2cm处)。台面上设置有3圈8条分布辐射状的M6螺纹孔用于安装用户负载。台面上还对称安装有两套电连接器，用于用户测试件的信号及电源传输。

上述所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，轴承是转台的关键元部件之一，轴承的精度、支承刚度、摩擦力矩会直接影响转台轴系的动态和静态特性。转台的轴系采用精密机械轴承支承，上下两对轴承的支承形式，上轴承为主支承，采用P4级高精度角接触轴承，轴承型号为7216AC/P4.DB.A，背靠背成对安装，主要提供轴系的轴向和径向支承。下轴承为辅助支承，轴承型号为7212AC/P4.DF.A，面对面安装，主要为轴系提供径向支承，这样设计的好处是能够使轴系有尽可能高的回转精度和支承刚度。

上述所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，考虑到转台转速较高，为提高转台的可靠性，该转台采用稀土永磁无刷伺服电机直接驱动的方式。

上述所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，主轴是转台工作台面、高精度角接触球轴承、直流伺服电机和角度传感器的安装载体，主轴采用40Cr材料，利用ANSYS力学分析对主轴进行静力学分析和模态分析等动力学分析，主轴满足强度、刚度和固有频率要求。

上述所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，转台轴端装有两套角度传感器，分别为：RESM20USA100和RESM20USA52，根据使用功能不同，角度传感器测角数据可以根据转台的速度自动切换，当主轴速度较低，需要高的角位置精度时，转台切换成RESM20USA100测角数据；当主轴速度较高，需要高的速率精度和高速率平稳度时，转台切换成RESM20USA52测角数据，转台能够根据速度自动切换。

本实用新型的有益技术效果是:

本实用新型公开了一种超宽速度范围的高精度单轴转台，合理有效地解决了现有技术转台成本高、转台系统功能单一等缺点；现有技术的单轴转台，当高速时速率精度满足使用要求时，那么低速情况下角位置精度就满足不了使用要求；当低速时角位置精度满足使用要求时，那么高速情况下速率精度和速率平稳性就满足不了使用要求，功能比较单一，当要满足两种功能要求时，必须要设计成两个转台系统，增加了设备研制成本，浪费严重，使用也很不方便。

本实用新型采用模块化设计原则，两个系统共有一个机械台体，单个系统功能、使用独立，方便维修和故障检测，保障了系统良好的人机工程和互换性原则。

一种超宽速度范围的高精度单轴转台总体设计科学合理，操作简单、方便、灵活、快捷，有效了压缩了转台研制成本。本实用新型克服了现有技术的不足。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图中所示：1-防护罩、2-工作台面、3-主轴、4-高精度角接触球轴承、5-轴承锁紧装置、6-吊环、7-底座、8-直流伺服电机、9-高精度角接触球轴承、10-读数头(1)、11-角度传感器(1)、12-调整垫铁、13-角度传感器(2)、14-读数头(2)、15-滑环、16-用户接插座。

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本实用新型，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本实用新型技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本实用新型的技术方案所限定的保护范围。

实施例:

如图1所示的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，包括防护罩1、工作台面2、主轴3、高精度角接触球轴承4、轴承锁紧装置5、吊环6、底座7、直流伺服电机8、高精度角接触球轴承9、读数头(1)10、角度传感器(1)11、调整垫铁12、角度传感器(2)13、读数头(2)14、滑环15以及用户接插座16。

首先安装机械台体。将机械台体中主要结构件加工到精度要求，包括工作台面2、主轴3、轴承锁紧装置5等关键结构件，主轴3上安装好高精度角接触球轴承4，并用轴承锁紧装置5对高精度角接触球轴承4进行预紧，然后将安装好的轴系插入到底座7中，依次装伺服电机8、辅助支撑高精度角接触球轴承9及读数头(1)10、角度传感器(1)11、读数头(2)14和角度传感器(2)13，最后装机械台体中的滑环15、用户接插座16、工作台面2和吊环6，完成一种超宽速度范围的高精度单轴转台的安装。

台体的接线。台体安装完成后，将滑环15的信号线连接到工作台面2上的用户接插座16上，滑环15的另外一头接在底座7上的用户插座上，将伺服电机8上的电源线接在底座7上的用户插座上，读数头(1)上的信号线和读数头(2)上的信号线分开接在底座7上的信号插座上，并将机械台体上的插座通过线缆和一种超宽速度范围的高精度单轴转台控制柜连接在一起，完成一种超宽速度范围的高精度单轴转台系统的接线。

实现高精度定位要求。完成高速单轴转台安装、接线和调试后，通过程序切换到定位工作模式，此时角度传感器(2)13和读数头(2)14采集的数据送入控制系统，在转台处于闭环控制状态下，通过键盘控制计算机向转台发送位置命令，位置命令包含两个参数：目标位置及以到达目标位置所用的速度，加速度默认(一般为10°/s²)，在转台处于位置控制状态下只可接收停车命令。一种超宽速度范围的高精度单轴转台驱动元件是交流伺服电机8。

实现高速率精度要求。完成高速单轴转台安装、接线和调试后，通过程序切换到速率工作模式，此时角度传感器(1)11和读数头(1)10进入工作装态，在转台处于闭环控制状态下，可通过键盘控制计算机向转台发送速率命令，速率命令包含两个参数：目标速率及以到达目标速率所用的加速度，加速度默认为10°/s²，在转台处于速率控制状态下可接收停车命令。一种超宽速度范围的高精度单轴转台驱动元件是交流伺服电机8。

当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种超宽速度范围的高精度单轴转台，包括防护罩、工作台面、主轴、高精度角接触球轴承、轴承锁紧螺母、吊环、底座、交流伺服电机、读数头I、角度传感器I、调整垫铁、角度传感器II、读数头II、滑环以及用户接插座组成，其特征在于：采用交流伺服电机直接驱动，并采用两套角度传感器；两套不同功能系统采用模块化设计、共有一个机械台体；防护罩安装在底座上面，主轴通过高精度角接触球轴承安装于底座上，台面布置于主轴轴端、用户接插座与台面连接，吊环通过螺纹和底座连接，交流伺服电机安装在主轴和底座上，读数头I和读数头II均布置在底座上，角度传感器I和角度传感器II均安装在主轴上。

2.根据权利要求1所述一种超宽速度范围的高精度单轴转台，其特征在于：两套角度传感器均安装与主轴轴端，两套角度传感器分别接线，两套角度传感器信号同时采集，分别运算，自动切换。

3.根据权利要求2所述的一种超宽速度范围的高精度单轴转台，其特征在于：高速下采集的角度传感器I及读数头I的角度数据送至数据处理模块，低速下采集的角度传感器II及读数头II的角度数据送至数据处理模块；转台机械台体通过角度传感器将转台位置信号，经过测角模块和数据采集模块反馈给控制程序，控制系统再采用PID算法去控制转台。