RU2662455C1 - Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices - Google Patents
Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662455C1 RU2662455C1 RU2017118968A RU2017118968A RU2662455C1 RU 2662455 C1 RU2662455 C1 RU 2662455C1 RU 2017118968 A RU2017118968 A RU 2017118968A RU 2017118968 A RU2017118968 A RU 2017118968A RU 2662455 C1 RU2662455 C1 RU 2662455C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hole
- screw
- side platform
- washer
- ball bearing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области контрольной и измерительной аппаратуры и техники и может использоваться в устройствах, где важно знать взаимное положение и ориентацию нескольких приборов. Изобретение может быть применено на транспорте, космической и лабораторной технике, например, в качестве опорных платформ телескопов, оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем и т.п.The invention relates to the field of control and measuring equipment and technology and can be used in devices where it is important to know the relative position and orientation of several devices. The invention can be applied in transport, space and laboratory technology, for example, as supporting platforms for telescopes, optical instruments, antenna devices, measuring systems, etc.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники RU 2312771 С1 (опубликовано 20.12.2007, В32В 33/00, G01B 9/06, B64G 1/22) известна платформа в виде плоской кольцевой или круговой центрально-симметричной панели, применяемой в высокоточной космической и наземной технике, например, в качестве опоры оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем. Платформа содержит обшивки из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, сотовый заполнитель между обшивками и узлы крепления, расположенные с равным угловым шагом. Каждый слой обшивок состоит из состыкованных между собой секторов с одинаковым центральным углом. Количество секторов в каждом слое равно или кратно количеству узлов крепления. В каждом секторе одного слоя волокна ориентированы под одинаковым углом относительно центральной оси сектора. Секторы каждого последующего слоя смещены относительно секторов предыдущего слоя на угол, равный половине центрального угла сектора. В каждом секторе одного слоя волокна могут быть ориентированы под углом 90° к центральной оси сектора. Могут присутствовать также слои, где волокна ориентированы под углом 0° к этой оси. Платформа обеспечивает заданную точность позиционирования расположенных на ней узлов крепления при выполнении прочностных и жесткостных требований за счет управления термическим деформированием конструкции посредством применения новых структур армирования слоев композиционного материала, согласованных с расположением узлов крепления.The prior art RU 2312771 C1 (published on 12/20/2007, B32B 33/00, G01B 9/06, B64G 1/22) is known for a platform in the form of a flat circular or circular centrally symmetric panel used in high-precision space and ground technology, for example, as a support for optical instruments, antenna devices, measuring systems. The platform contains casing made of layers of fibrous material impregnated with a polymeric binder, a honeycomb core between casing, and attachment points located with equal angular pitch. Each skin layer consists of sectors joined together with the same central angle. The number of sectors in each layer is equal to or a multiple of the number of attachment points. In each sector of one layer, the fibers are oriented at the same angle relative to the central axis of the sector. The sectors of each subsequent layer are offset relative to the sectors of the previous layer by an angle equal to half the central angle of the sector. In each sector of one layer, the fibers can be oriented at an angle of 90 ° to the central axis of the sector. Layers may also be present where the fibers are oriented at an angle of 0 ° to this axis. The platform provides the specified accuracy of positioning of the attachment points located on it when fulfilling the strength and stiffness requirements by controlling the thermal deformation of the structure through the use of new reinforcing structures of layers of composite material, consistent with the location of the attachment points.
Из уровня техники US 6412346 В2 (опубликовано 02.07.2002, кл. G01C 21/16) известен инерциальный измерительный блок (IMU) устанавливаемый на подвижной машине, принятый в качестве ближайшего аналога. Измерительный блок включает корпус, на котором размещены три пары полупроводниковых датчиков, каждая пара содержит гироскоп и соответствующий измеритель ускорения. Корпус выполнен в форме треугольной пирамиды, а основание корпуса закреплено в номинальное положение и зафиксировано соответствующими креплениями для расположения и фиксации корпуса в заданном отношении к оси подвижного средства. Каждая пара полупроводниковых датчиков установлена на соответствующей лицевой стороне корпуса. Достоинством изобретения является корпус, который выполнен компактным по размерам, весу и объему и который легко можно установить на движущемся объекте (подвижном средстве).The prior art US 6412346 B2 (published 02.07.2002, class G01C 21/16) known inertial measuring unit (IMU) mounted on a moving machine, adopted as the closest analogue. The measuring unit includes a housing on which three pairs of semiconductor sensors are placed, each pair contains a gyroscope and a corresponding acceleration meter. The casing is made in the shape of a triangular pyramid, and the base of the casing is fixed in a nominal position and fixed with appropriate fixtures for positioning and fixing the casing in a predetermined relation to the axis of the movable means. Each pair of semiconductor sensors is mounted on the corresponding front side of the housing. An advantage of the invention is a housing that is compact in size, weight and volume, and which can be easily mounted on a moving object (mobile vehicle).
Общим недостатком вышеуказанных устройств является отсутствие возможности регистрации собственных деформаций оснований, используемых в таких устройствах.A common disadvantage of the above devices is the inability to register their own deformations of the bases used in such devices.
Для решения определенных технических задач необходимо контролировать взаимную ориентацию и взаимное положение измерительных приборов, а также изменение их ориентации и положения со временем, например, для решения задачи построения высокоточной системы звездной ориентации с несколькими оптическими головками (датчиками). Каждая оптическая головка представляет собой фотокамеру с матричным фотоприемником, блоком электроники для обработки изображения и специальным математическим обеспечением. Каждая оптическая головка фотографирует фрагмент звездного неба, попадающий в ее поле зрения. Электронное изображение этого кадра считывается с матричного фотоприемника и передается в блок электроники для обработки. В кадре выделяются изображения звезд и определяются положения их центров в системе координат, связанной с оптической головкой. Часть полученного списка изображений отождествляется с звездами из бортового каталога, хранящегося в памяти блока электроники. Зная координаты отождествленных звезд в системе координат оптической головки, полученные в результате обработки изображения, и координаты этих же звезд в инерциальной системе координат (например, экваториальные небесные координаты звезд), хранящиеся в каталоге, можно определить ориентацию (разворот) системы координат, связанной с оптической головкой, относительно инерциальной системы координат, например, две угловые экваториальные координаты центра поля зрения и разворот сторон кадра относительное направления на полюс мира. Показания всех оптических головок системы ориентации обрабатываются совместно и позволяют определить разворот системы ориентации относительно инерциальной системы координат. Для этого необходимо знать положение оптических головок внутри системы координат с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок. Также необходимо, чтобы положение оптических головок сохранялось во время эксплуатации системы ориентации с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок.To solve certain technical problems, it is necessary to control the mutual orientation and relative position of the measuring instruments, as well as the change in their orientation and position over time, for example, to solve the problem of constructing a high-precision stellar orientation system with several optical heads (sensors). Each optical head is a camera with a matrix photodetector, an electronics unit for image processing and special mathematical software. Each optical head photographs a fragment of the starry sky falling into its field of view. The electronic image of this frame is read from the matrix photodetector and transmitted to the electronics unit for processing. Images of stars are highlighted in the frame and the positions of their centers in the coordinate system associated with the optical head are determined. Part of the resulting list of images is identified with the stars from the on-board catalog stored in the memory of the electronics unit. Knowing the coordinates of the identified stars in the coordinate system of the optical head obtained as a result of image processing, and the coordinates of the same stars in the inertial coordinate system (for example, equatorial celestial coordinates of stars) stored in the catalog, one can determine the orientation (rotation) of the coordinate system associated with the optical head, relative to the inertial coordinate system, for example, two angular equatorial coordinates of the center of the field of view and the rotation of the sides of the frame relative directions to the pole of the world. The readings of all the optical heads of the orientation system are processed together and make it possible to determine the turn of the orientation system relative to the inertial coordinate system. For this, it is necessary to know the position of the optical heads within the coordinate system with an accuracy no worse than the internal error of the optical heads. It is also necessary that the position of the optical heads is maintained during operation of the orientation system with an accuracy no worse than the internal error of the optical heads.
В настоящее время сохранение положения оптических головок в системе ориентации обеспечивается за счет механической стабильности конструкций. Проведенные лабораторные и летные испытания показали, что конструкции систем ориентации космических аппаратов испытывают термоупругие деформации, приводящие к изменению взаимной ориентации оптических головок на 5-20 угловых секунд при том, что внутренняя погрешность современных оптических головок датчиков звездной ориентации составляет 1-3 угловые секунды. Решение этой проблемы путем увеличения размеростабильности конструкции системы ориентации малоперспективно.Currently, the position of the optical heads in the orientation system is maintained due to the mechanical stability of the structures. Laboratory and flight tests have shown that the design of spacecraft orientation systems undergo thermoelastic deformation, leading to a change in the mutual orientation of the optical heads by 5-20 angular seconds, while the internal error of modern optical heads of stellar orientation sensors is 1-3 angular seconds. The solution to this problem by increasing the dimensional stability of the design of the orientation system is unpromising.
Таким образом, технической проблемой является создание устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, обеспечивающее возможность исключения получения результатов совместных измерений приборов с большой систематической ошибкой вследствие влияния термоупругих деформаций на их крепления.Thus, a technical problem is the creation of a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments, which makes it possible to exclude the results of joint measurements of instruments with a large systematic error due to the effect of thermoelastic deformations on their mountings.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническим результатом изобретения является повышение точности совместных измерений приборов, за счет исключения влияния систематических погрешностей взаимного положения и ориентации приборов, вызываемых термоупругими деформациями их креплений. Вследствие этого возможно получить результаты совместных измерений приборов с максимальной точностью.The technical result of the invention is to improve the accuracy of joint measurements of devices, by eliminating the influence of systematic errors in the mutual position and orientation of devices caused by thermoelastic deformations of their mounts. As a result of this, it is possible to obtain the results of joint measurements of instruments with maximum accuracy.
Технический результат достигается за счет устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, содержащего нижнюю плиту, боковые платформы, выполненные с возможностью размещения на них измерительных приборов, датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения;The technical result is achieved by means of a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments, comprising a lower plate, side platforms configured to place measuring instruments on them, bias sensors and a data processing unit connected to bias sensors;
- при этом нижняя плита и боковые платформы жестко закреплены посредством шаровых опор таким образом, что их плоскости образуют пирамидальную конструкцию, а сами боковые платформы соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры;- while the bottom plate and side platforms are rigidly fixed by means of ball bearings in such a way that their planes form a pyramidal structure, and the side platforms themselves are interconnected at the top of the pyramid formed by means of one ball joint;
- нижняя плита и боковые платформы взаимно расположены с зазорами вдоль ребер образуемой пирамидальной конструкции, достаточными для размещения в них датчиков смещения, а в каждом зазоре размещен, по меньшей мере, один датчик смещения;- the bottom plate and side platforms are mutually located with gaps along the edges of the formed pyramidal structure, sufficient to accommodate displacement sensors, and at least one displacement sensor is placed in each gap;
- каждая боковая платформа соединена с тремя шаровыми опорами посредством соответственно трех крепежных элементов;- each side platform is connected to three ball bearings by means of respectively three fasteners;
- крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень;- fasteners are made in the form of a screw containing a head and a rod;
- в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения соответствующего стержня винта;- in each ball bearing there is a blind threaded radial hole designed to accommodate the corresponding screw shaft;
- для соединения первой шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения первого винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; профиль сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой имеет либо форму усеченного конуса, расширяющегося по направлению к шаровой опоре и контактирующего с ней либо цилиндрическую форму,- to connect the first ball joint in the side platform, a complex-shaped through hole of variable diameter is made, designed to accommodate the first screw, while this through hole includes a section for mating the side platform with this ball bearing, a cylindrical section for accommodating the screw shaft, and a section for accommodating the mounting head screw; the profile of the through hole in the interface section of the side platform with this ball bearing has either the shape of a truncated cone, expanding towards the ball bearing and in contact with it, or a cylindrical shape,
- при этом в случае выполнения профиля сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой в цилиндрической форме, то в сквозном отверстии боковой платформы размещена коническая шайба, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и диаметр сквозного отверстия на данном участке являются классными;- in this case, in the case of the profile of the through hole at the interface between the side platform and this ball bearing in a cylindrical shape, then a conical washer is placed in the through hole of the side platform, which contacts its inner conical surface with the spherical surface of this ball bearing, and the diameter of the conical washer and diameter the through holes in this section are cool;
- для соединения второй шаровой опоры в боковой платформе также выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения второго винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; сквозное отверстие на участке сопряжения боковой платформы с шаровой опорой выполнено в форме закрытого паза, имеющего прямоугольное сечение, в котором размещена коническая шайба с зазором, обеспечивающим возможность смещения шайбы по длине паза, и контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и ширина паза являются классными;- to connect the second ball joint in the side platform also made a complex through-hole of variable diameter, designed to accommodate the second screw, while this through-hole includes a section for mating the side platform with this ball bearing, a cylindrical section for accommodating the screw shaft, and a section for placing the head fixing screw; the through hole at the interface section of the side platform with the ball joint is made in the form of a closed groove having a rectangular cross section, in which a conical washer with a gap is placed, which allows the washer to be displaced along the groove length, and in contact with its spherical surface with the spherical surface of the ball joint, and the diameter conical washers and groove widths are cool;
- классный паз выполнен в боковой платформе таким образом, чтобы продолжение его продольной оси проходило через центр сопряжения данной боковой платформы с первой шаровой опорой;- a cool groove is made in the side platform so that the continuation of its longitudinal axis passes through the center of conjugation of this side platform with the first ball bearing;
- для соединения третьей шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения третьего винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; между боковой платформой и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта, и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры;- to connect the third ball joint in the side platform, a complex-shaped through hole of variable diameter is made, designed to accommodate the third screw, while the through hole includes a cylindrical section for accommodating the screw shaft, and a section for accommodating the head of the fixing screw; between the lateral platform and the third ball bearing there is a conical washer through which the screw shaft passes, and which contacts its inner conical surface with the spherical surface of this ball bearing;
- центры трех сложнопрофильных отверстий не лежат на одной прямой;- the centers of three complex-profile holes do not lie on one straight line;
- при этом каждое сложнопрофильное отверстие в боковой платформе размещено соосно отверстию в соответствующей шаровой опоре;- in this case, each complex-profile hole in the side platform is placed coaxially with the hole in the corresponding ball bearing;
- стержень каждого крепежного винта размещен в соответствующем цилиндрическом участке сквозного отверстия боковой платформы с зазором, обеспечивающим угловое смещение боковой платформы относительно соответствующей шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии соответствующей шаровой опоры;- the rod of each fixing screw is placed in the corresponding cylindrical section of the through hole of the side platform with a gap providing an angular displacement of the side platform relative to the corresponding ball joint, and is fixed by means of a thread in the blind hole of the corresponding ball joint;
- под каждой головкой винта установлены упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую поверхность, образованную на участке для размещения головки соответствующего крепежного винта;- an elastic compensator and a conical washer are installed under each screw head, resting on its spherical surface on a spherical surface formed in the area for accommodating the head of the corresponding fixing screw;
- каждый центр выпуклой соответствующей сферической поверхности совпадает с центром соответствующей ей шаровой опоры.- each center of the convex corresponding spherical surface coincides with the center of the corresponding spherical support.
Образуемая пирамидальная конструкции может быть выполнена в форме треугольной или четырехугольной, или пятиугольной, или шестиугольной пирамиды.The resulting pyramidal structure can be made in the form of a triangular or quadrangular, or pentagonal, or hexagonal pyramid.
В каждом зазоре могут быть размещены два датчика смещения.In each gap, two displacement sensors can be placed.
В каждом зазоре размещены могут быть три датчика смещения.In each gap, three displacement sensors can be placed.
Датчик смещения может представлять собой емкостной датчик.The displacement sensor may be a capacitive sensor.
Нижняя плита может иметь средства крепления, предназначенные для ее закрепления.The bottom plate may have fastening means for securing it.
В качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.As an elastic compensator, a disk spring or a gear lock washer, or a Grover washer can be used.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга.The cylindrical section for placing the screw shaft in cross section can be made in the form of a circle.
Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде эллипса.The cylindrical section for placing the screw shaft in cross section can be made in the form of an ellipse.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта, может представлять собой поверхность сферической шайбы, размещенной в сквозном отверстии на данном участке.The spherical surface formed in the area for accommodating the head of the fixing screw may be the surface of the spherical washer located in the through hole in this area.
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки первого крепежного винта, может представлять собой часть профиля первого сквозного отверстия.The spherical surface formed in the area for accommodating the head of the first fixing screw may be part of the profile of the first through hole.
Паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.The groove in the cross section can be made in the form of a rectangle with rounded sides.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 изображено устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов; вариант с тремя боковыми платформами, при этом на каждое из ребер треугольной пирамиды установлен один датчик смещения (сдвига);In FIG. 1 shows a device for monitoring the relative orientation and relative position of measuring instruments; a variant with three side platforms, with one displacement (shear) sensor installed on each of the edges of the triangular pyramid;
На фиг. 2 показан разрез 3D-модели жесткого соединения нижней плиты с боковой платформой посредством шаровой опоры;In FIG. 2 shows a section through a 3D model of rigidly connecting the bottom plate to the side platform by means of a ball joint;
На фиг. 3 показан схематический вид сверху соединения боковой платформы с тремя шаровыми опорами посредством трех узлов А, В, С;In FIG. 3 shows a schematic top view of the connection of the side platform with three ball joints by means of three nodes A, B, C;
на фиг. 4 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов с тремя приборами, установленными на его боковые грани (платформы);in FIG. 4 shows a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments with three devices mounted on its side faces (platforms);
на фиг. 5 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла А по варианту выполнения 1;in FIG. 5 shows a multi-profile through hole in the side platform for node A of
на фиг. 6 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;in FIG. 6 shows a section through the connection of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly A of
на фиг. 7 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1;in FIG. 7 shows a section through a 3D model of the connection of the side platform and the corresponding spherical support in the node A according to
фиг. 8 иллюстрирует возможность взаимоперемещения боковой платформы и шаровой опоры относительно друг друга с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой боковой платформы для варианта 1 узла А;FIG. 8 illustrates the possibility of mutual movement of the side platform and the ball bearing relative to each other with a change in the direction of the axis of the fixing screw relative to the connected side platform for
на фиг. 9 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;in FIG. 9 shows a section through the connection of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly A according to
на фиг. 10 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла А по варианту выполнения 2;in FIG. 10 shows a complex through hole in the side platform for node A of
на фиг. 11 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;in FIG. 11 shows a section through the connection of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly A of
на фиг. 12 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2;in FIG. 12 is a sectional view of a 3D model of the connection of the side platform and the corresponding spherical support in the assembly A according to
фиг. 13 иллюстрирует возможность взаимоперемещения боковой платформы и шаровой опоры относительно друг друга с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой боковой платформы для варианта 2 узла А;FIG. 13 illustrates the possibility of mutual movement of the side platform and the ball bearing relative to each other with a change in the direction of the axis of the fixing screw relative to the connected side platform for
на фиг. 14 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;in FIG. 14 shows a section through the connection of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly A of
на фиг. 15 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла В;in FIG. 15 shows a complex through hole in the side platform for the assembly B;
на фиг. 16 показан продольный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;in FIG. 16 is a longitudinal sectional view of an assembled joint of a side platform and a corresponding ball joint in assembly B;
на фиг. 17 показан поперечный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;in FIG. 17 is a cross-sectional view of an assembled joint of a side platform and a corresponding spherical support in assembly B;
на фиг. 18 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;in FIG. 18 is a sectional view of a 3D model of the connection of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly B;
на фиг. 19 показана возможность смещения (перемещения) боковой платформы относительно шаровой опоры в узле В;in FIG. 19 shows the possibility of displacement (displacement) of the side platform relative to the ball joint in the assembly B;
на фиг. 20 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла С;in FIG. 20 shows a complex through hole in the side platform for the node C;
на фиг. 21 показан продольный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле С;in FIG. 21 is a longitudinal sectional view of the assembled joint of the side platform and the corresponding ball joint in the assembly C;
на фиг. 22 показан разрез 3D-модели собранного в соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры узле С;in FIG. 22 is a sectional view of a 3D model of a side platform assembled into a joint and a corresponding ball joint assembly C;
на фиг. 23 показана возможность смещения (перемещения) боковой платформы относительно шаровой опоры в узле С;in FIG. 23 shows the possibility of displacement (movement) of the side platform relative to the ball bearing in the node C;
на фиг. 24 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, имеющее вид треугольной пирамиды;in FIG. 24 shows a device for controlling the mutual orientation and relative position of measuring instruments, having the form of a triangular pyramid;
на фиг. 25 показан чертеж опорной конической классной шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;in FIG. 25 shows a drawing of a support conical class washer; cross-sectional view and top view;
на фиг. 26 показан чертеж выпуклой сферической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;in FIG. 26 is a drawing of a convex spherical washer; cross-sectional view and top view;
на фиг. 27 показан чертеж конической шайбы (под головку винта); вид в поперечном разрезе и вид сверху.in FIG. 27 shows a drawing of a conical washer (under the screw head); cross-sectional view and top view.
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
1 (1А, 1В, 1С) - шаровая опора;1 (1A, 1B, 1C) - ball bearing;
2 (2А, 2В, 2С) - сложнопрофильное сквозное отверстие;2 (2A, 2B, 2C) - a complex through-hole;
3 (3А, 3B, 3C) - выпуклая сферическая шайба;3 (3A, 3B, 3C) - a convex spherical washer;
4 (4А, 4В, 4С) - коническая шайба под головку винта;4 (4A, 4B, 4C) - a conical washer under the screw head;
5 (5А, 5В, 5С) - крепежный винт;5 (5A, 5B, 5C) - mounting screw;
6 (6А, 6В, 6С) - зазор между стержнем винта 5 и сквозным отверстием 8;6 (6A, 6B, 6C) - the gap between the shaft of the
7 (7А, 7В, 1С) - цилиндрическая выемка (углубление);7 (7A, 7B, 1C) - cylindrical recess (recess);
8 (8А, 8В, 8С) - сквозное отверстие для крепежного винта 5;8 (8A, 8B, 8C) - a through hole for the mounting
9 (9А, 9В, 9С) - глухое резьбовой отверстие в шаровой опоре 1 для крепежного винта 5;9 (9A, 9B, 9C) - a blind threaded hole in the ball joint 1 for the mounting
10 (10А, 10В, 10C) - упругий компенсатор;10 (10A, 10B, 10C) - elastic compensator;
11 - боковая платформа устройства;11 - side platform of the device;
12А - коническая выемка в боковой платформе 11, опирающаяся на шаровую опору 1А [вариант 1 для узла А];12A is a conical recess in the
13А - выпуклое сферическое дно в цилиндрической выемке 7А;13A is a convex spherical bottom in a
14А - цилиндрическая выемка (углубление) с плоским дном под коническую шайбу 15А [вариант 2 для узла А];14A is a cylindrical recess (recess) with a flat bottom for a
15 (15А, 15В, 15С) - опорная классная шайба;15 (15A, 15B, 15C) - supporting class washer;
16В - закрытый классный паз;16B - indoor cool groove;
17С - плоская поверхность боковой платформы 11, к которой прижимается опорная коническая шайба 15С;17C is the flat surface of the
18 - устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов;18 - a device for monitoring the relative orientation and relative position of measuring instruments;
19 - блок обработки данных;19 - data processing unit;
20 - средство крепления устройства;20 - device mounting means;
21 - нижняя плита устройства (основание пирамиды);21 - the bottom plate of the device (the base of the pyramid);
22 - датчик смещения;22 - displacement sensor;
23 - датчик звездной ориентации;23 - stellar orientation sensor;
24 - датчик направления на Солнце;24 - direction sensor to the sun;
R1 (R1A, R1B, R1C) - радиус кривизны соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С);R 1 (R 1A , R 1B , R 1C ) is the radius of curvature of the corresponding ball bearing (1A, 1B, 1C);
R2A - радиус кривизны выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А);R 2A is the radius of curvature of the convex spherical surface (convex
R2B, R2C - радиус кривизны выпуклой сферической шайбы 3B, 3C;R 2B , R 2C is the radius of curvature of the convex
О (OA, OB, OC) - центр соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С) совпадающий с центром выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо соответствующей сферической шайбы 3).O (O A , O B , O C ) is the center of the corresponding spherical support (1A, 1B, 1C) coinciding with the center of the convex spherical surface (convex
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство 18 для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов состоит из нижней плиты 21, боковых платформ 11, датчиков смещения 22, средств крепления 20, шаровых опор 1, а также блока обработки данных 19.The
В данной заявке под термином «шаровая опора» понимается шаровая деталь, предназначенная для передачи веса и других нагрузок с агрегата (устройства) или детали на корпус (основание).In this application, the term "ball bearing" means a ball part designed to transfer weight and other loads from the unit (device) or part to the body (base).
Нижняя плита 21 может быть закреплена на опоре в составе космического/летательного аппарата, в котором используется заявляемое устройство 18 посредством средств крепления 20. Либо также нижняя плита 21 может быть закреплена к космическому аппарату непосредственно на целевой аппаратуре посредством средств крепления 20. Средства крепления 20 могут представлять собой ушки, предназначенные для крепления к опоре с помощью винтов/болтов и гаек.The
На каждую из платформ 11 может быть установлено по одному измерительному прибору (датчику), положение и ориентацию которого относительно нижней плиты 21 устройства 18 необходимо контролировать.One measuring device (sensor) can be installed on each of the
Нижняя плита 21 и боковые платформы 11 закреплены между собой посредством шаровых опор 1 таким образом, что их плоскости образуют пирамиду (не обязательно правильную), при этом нижняя плита 21 является основанием образующейся пирамиды, а боковые платформы 11 - боковыми гранями образующейся пирамиды. Соответственно, сами боковые платформы 11 соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной (центральной) шаровой опоры 1.The
Возможно четыре варианта выполнения заявляемого устройства 18:There are four possible embodiments of the inventive device 18:
первый вариант, когда устройство 18 содержит три боковых платформы 11, в таком случае образуется треугольная (трехгранная) пирамида (Фиг. 1);the first option, when the
второй вариант - устройство 18 содержит четыре боковых платформы 11, в таком случае образуется четырехугольная (четырехгранная) пирамида;the second option - the
третий вариант - устройство 18 содержит пять боковых платформ 11, в таком случае образуется пятиугольная (пятигранная) пирамида;the third option - the
четвертый вариант - устройство 18 содержит шесть боковых платформ 11, в таком случае образуется шестиугольная (шестигранная) пирамида.the fourth option - the
Между боковыми платформами 11, а именно вдоль каждого ребра образуемой пирамиды установлен по меньшей мере один датчик смещения 22 (на каждое ребро). Также между каждой боковой платформой 11 и нижней плитой 21 установлен по меньшей мере один датчик смещения 22. Таким образом, в совокупности в заявляемом устройстве 18 в случае треугольной пирамиды количество датчиков смещения будет равным шести (три датчика смещения - вдоль ребер пирамиды и три датчика смещения между нижней плитой и боковыми платформами).Between the
Шаровые опоры 1 установлены в зазорах, образуемых двумя боковыми платформами 11 и нижней плитой 1; а одна (центральная) шаровая опора 1 установлена в зазоре, образованном между всеми боковыми платформами 11 (верхняя вершина образуемой пирамиды). Таким образом, в случае треугольной пирамиды количество шаровых опор 1 будет равным четыре: одна опора (центральная) - на вершине образуемой пирамиды и три на основании (нижней плите 21); четырехугольной пирамиды - пять и т.д.
Нижняя плита 21 жестко соединена с (тремя или четырьмя или пятью или шестью) шаровыми опорами 1, например винтом/штифтом/болтом (фиг. 2). Возможно также приварить шаровые опоры 1 к нижней плите 21 или сделать нижнюю плиту 21 единой с шаровыми опорами 1.The
Каждая боковая платформа 11 заявляемого устройства 18 соединена с тремя шаровыми опорами 1А, 1В, 1С посредством соответственно трех узлов соединения: узел А, узел В и узел С (см. фиг. 3). При этом расположение узлов А, В и С на боковой платформе 11 пирамиды относительно других боковых платформ 11 не имеет значения. Т.е., например, в вершине образованной пирамиды, боковые платформы 11 могут быть соединены с центральной шаровой опорой разными узлами (А, В и С) или одинаковыми (например, только узлы А) или частично совпадающими (например, два узла А и один - С и т.д., и т.п.).Each
Узел А соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1А может выполнен в двух вариантах выполнения и устроен следующим образом.The node And connecting the
Вариант 1 выполнения узла А.
Узел А соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1А содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и выпуклую сферическую поверхность (3А, 13А).The node A connecting the
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5А, содержащего головку и стержень с резьбой.The fastener is made in the form of a
Для данного узла А в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2А (фиг. 5) переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5А, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с шаровой опорой (коническая выемка 12А), цилиндрический участок для размещения стержня винта 5А (сквозное отверстие 8А) и участок для размещения головки крепежного винта 5А (цилиндрическая выемка 7А). Сквозное отверстие 8А имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5А; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8А соосно выемке (углублению) 7А. Между отверстием 8А и размещенным внутри него стержнем винта 5А имеется зазор 6А, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1А вместе с винтом 5А относительно боковой платформы 11 - фиг. 8.For this node A, a side-through
Поверхность конической выемки 12А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка OA) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).The surface of the
В самой шаровой опоре 1А выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9А, предназначенное для установки стержня крепежного винта 5А. Таким образом, стержень винта 5А закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9А шаровой опоры 1А.In the
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2А в боковой платформе 11 и отверстие 9А в шаровой опоре 1А размещены соосно.The complex through
Для установки шаровой опоры 1А в боковой платформе 11 выполнена коническая выемка 12А, соосная сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Таким образом, профиль сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А имеет форму усеченного конуса (выемка 12А), расширяющегося по направлению к шаровой опоре 1А и контактирующего с шаровой опорой.To install the
Контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по вышеуказанной конической выемке 12А.The contact of the
Под головку винта 5А установлены упругий компенсатор 10А и коническая шайба 4А, опирающаяся своей внутренней (вогнутой) конической поверхностью на сферическую поверхность 3А либо 13А, образованную на участке для размещения головки крепежного винта 5А, а внешней (плоской) поверхностью она (шайба 4А) обращена к компенсатору 10А. Головка винта 5А, компенсатор 10А, коническая шайба 4А и сферическая поверхность 3А либо 13А расположены в выемке 7А. Стержень винта 5А проходит через компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и сферическую поверхность 3А либо 13А, а также через отверстия 8А и 9А.Under the
Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой поверхность сферической шайбы 3А, размещенной в сложнопрофильном сквозном отверстии 2А, а конкретно на участке в выемке 7А - Фиг. 6. Либо сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой часть профиля сквозного отверстия 2А, а конкретно часть профиля выемки 7А, образуя выпуклое сферическое дно 13А - Фиг. 9.The spherical surface formed in the portion for accommodating the head of the fixing
При выполнении сферической поверхности в виде сферической шайбы 3А: плоская сторона шайбы 3А будет обращена внутрь выемки 7А (по направлению к шаровой опоре 1А), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3А внутренней (вогнутой) стороной установлена коническая вогнутая шайба 4А.When making a spherical surface in the form of a spherical washer 3A: the flat side of the washer 3A will face the
Упругий компенсатор 10А обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1А» в узле А тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока в узле А. В качестве такого упругого компенсатора может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.The
Радиус кривизны R2A выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А) выбран так, чтобы центр выпуклой сферической поверхности (шайбы 3А/сферического дна 13А) совпадал с центром шаровой опоры 1А (тч. OA).The radius of curvature R 2A of the convex spherical surface (convex
Вариант 2 выполнения узла А.
В данном варианте выполнения узла А вместо конической выемки 12А в боковой платформе 11, выполнена цилиндрическая выемка 14А, также являющаяся участком сложнопрофильного сквозного отверстия 2А и при этом данный участок контактирует с шаровой опорой 1А. Все остальные конструктивные элементы и их взаимосвязь по сравнению с вариантом 1 - остались неизменными.In this embodiment of the assembly A, instead of the
Таким образом, для установки шаровой опоры 1А в боковой платформе 11 выполнена цилиндрическая выемка 14А с плоским дном. В цилиндрической выемке 14А установлена коническая шайба 15А, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры 1А. Цилиндрическая выемка 14А соосна сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Диаметр конической шайбы 15А и диаметр сквозного отверстия на данном участке (цилиндрической выемки 14А) являются классными.Thus, for installing the ball joint 1A in the
Классным называется элемент детали (например, внешний диаметр шайбы, внутренний диаметр отверстия/углубления и т.п.), если его размер удовлетворяет определенному квалитету точности. Квалитет точности - это совокупность допусков, величина которых зависит от номинального размера, и которые соответствуют одинаковой степени точности для всех номинальных размеров. В России квалитеты точности определены в ГОСТ 25346-89.A part element is called cool (for example, the outer diameter of the washer, the inner diameter of the hole / recess, etc.) if its size satisfies a certain accuracy class. The accuracy class is a set of tolerances, the value of which depends on the nominal size, and which correspond to the same degree of accuracy for all nominal sizes. In Russia, accuracy qualifications are defined in GOST 25346-89.
Поверхность выемки 14А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А посредством шайбы 15А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка OA) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).The surface of the
Т.е. контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по шайбе 15А, находящейся в выемке 14А. Такой контакт допускает перемещение шаровой опоры 1А относительно боковой платформы 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте боковой платформы 11 с опорой 1А. Внешний диаметр шайбы 15А совпадает с внутренним диаметром выемки 14А, из-за чего люфт шайбы 15А относительно боковой платформы 11 отсутствует. Обычно вариант 2 узла А используется если материал боковой платформы 11 не обладает необходимыми качествами для скольжения по шаровой опоре 1.Those. the contact of the
Таким образом, данное соединение боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А посредством узла А позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1А относительно боковой платформы 11 за счет одновременного сдвига конической шайбы 4А по выпуклой поверхности сферической поверхности (шайбы 3А / сферического дна 13А) и либо сдвига конической выемки 12А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 1) либо сдвига шайбы 15А в выемке 14А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 2). При этом направление оси крепежного винта 5А относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстия в сферической поверхности 3А (13А) и диаметром сквозного отверстия 8А в боковой платформе 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1А совместно с винтом 5А относительно боковой платформы 11 показана на фиг. 8 и 13.Thus, this connection of the
Узел В соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1 В устроен следующим образом.A node B connecting the
Узел В соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1В содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10 В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3B и опорную коническую шайбу 15В. Опорная коническая шайба 15В выполнена с классным внешним диаметром.The assembly B connecting the
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5В, содержащего головку и стержень с резьбой.The fastening element is made in the form of a
Для данного узла В в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2В переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5В, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с шаровой опорой (паз 16В), цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8В), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7В). Сквозное отверстие 8В имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5В; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8В соосно выемке (углублению) 7В.For this node B, a side-through
Между отверстием 8В и размещенным внутри него стержнем винта 5 имеется зазор 6В, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1В вместе с винтом 5 В относительно боковой платформы 11.Between the
В шаровой опоре 1 выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9В, предназначенное для установки крепежного винта 5В. Таким образом, стержень винта 5В закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9В шаровой опоры 1В.In the
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2В в боковой платформе 11 и отверстие 9В в шаровой опоре 1 размещены соосно.The complex through
Сквозное отверстие на участке сопряжения боковой платформы 11 с шаровой опорой 1В выполнено в форме закрытого паза 16В. Т.е. для установки шаровой опоры 1В в боковой платформе 11 выполнен закрытый паз 16В с плоским горизонтальным дном. Паз 16В в сечении имеет преимущественно форму прямоугольника, однако данный прямоугольник может быть со скругленными сторонами (см. фиг. 3, узел В), при этом ширина (короткая сторона) паза 16В выполнена классной. Соответственно данный закрытый паз 16В предназначен для размещения опорной конической шайбы 15В с классным внешним диаметром.The through hole in the interface section of the
Длина (длинная сторона) прямоугольного классного паза 16В больше классного диаметра конической шайбы 15В, за счет этого образуется зазор, обеспечивающий возможность смещение шайбы 15В по длине паза 16В. Ширина (короткая сторона) прямоугольного паза 16В задана с классной точностью и равна внешнему классному диаметру конической шайбы 15В, устанавливаемой в пазе 16В (см. фиг. 17). При этом плоская сторона шайбы 15В направлена внутрь паза 16В к его плоской горизонтальной поверхности, а (внутренняя) вогнутая коническая сторона шайбы 15В направлена и опирается на шаровую опору 1В. Внешняя классная цилиндрическая сторона шайбы 15В контактирует с боковыми сторонами классного паза 16В в боковой платформе 11.The length (long side) of the
Паз 16В выполнен соосно сквозному отверстию 8В (и соответственно цилиндрической выемке 7В). Таким образом, контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1 осуществляется по пазу 16В. Такой контакт позволяет осуществить перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте боковой платформы 11 с опорой 1В.The
Диаметр выемки 7В позволяет с зазором установить в нее сферическую шайбу 3B и коническую шайбу 4В. Этот зазор позволяет осуществлять смещение шайб 3B и 4В в пределах смещения (перемещения) шайбы 15В по пазу 16В при перемещении шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11.The diameter of the
Под головку винта 5В установлены упругий компенсатор 10В и коническая шайба 4В, вогнутая коническая поверхность которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3B, а плоская поверхность, которой обращена к компенсатору 10В. Плоская же поверхность шайбы 3B обращена внутрь выемки 7В (по направлению к шаровой опоре 1В), а на выпуклую сферическую поверхность шайбы 3B вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4В. Головка винта 5В, компенсатор 10В, коническая шайба 4В и сферическая шайба 3B расположены в выемке 7В. Стержень винта 5В проходит через компенсатор 10В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3B, через отверстия 8В и 9В, а также через шайбу 15В.Under the
Упругий компенсатор 10В обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1В» в узле В тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10В может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.The
Радиус кривизны R2B выпуклой сферической шайбы 3B выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3B совпадал с центром шаровой опоры 1В (тч. OB).The radius of curvature R 2B of the convex
Отверстия, выполненные в конической 4В и в сферической 3B шайбах, а также сквозное отверстие 8В в боковой платформе 11 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5В (для свободного прохода стержням винта). Диаметры шайб 3B и 4В меньше внутреннего диаметра выемки 7В.The holes made in the conical 4B and in the spherical 3B washers, as well as the through
При этом классный паз 16В, предназначенный для установки одной шаровой опоры 1В, выполнен в боковой платформе 11 таким образом, чтобы продолжение продольной оси (длинной стороны) паза 16В проходило через центр выемки (конической 12А или цилиндрической 14А), предназначенной для установки другой (первой) шаровой опоры - 1А (и соответственно проходило через ось винта 5А, а, следовательно, через центр сопряжения боковой платформы 11 с первой шаровой опорой 1А) - см. штрихпунктирную линию на Фиг. 3.At the same time, a
Таким образом, соединение боковой платформы 11 с шаровой опорой 1В посредством узла В позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 за счет за счет одновременного сдвига конической шайбы 4В по выпуклой поверхности сферической шайбы 3B и конической шайбы 15В по пазу 16В. При этом направление оси крепежного винта 5В относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 4В, 3B и диаметром сквозного отверстия 8В в боковой платформе 11. Иллюстрация возможного перемещения шаровой опоры 1В совместно с винтом 5В относительно боковой платформы 11 показана на фиг. 19.Thus, the connection of the
В узле В также возможно перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 следующим образом: шаровая опора 1 В совместно с винтом 5В и шайбами 15В, 3B, 4В перемещается (смещается) по длинной стороне закрытого классного паза 16В в боковой платформе 11 (т.е. движение в пазу 16В, как показано стрелками на Фиг. 16). Величина перемещения ограничивается длиной паза 16В.At node B, it is also possible to move the ball joint 1B relative to the
При этом плоская сторона конической шайбы 15В скользит (перемещается) по плоской горизонтальной поверхности паза 16В. А плоская сторона сферической шайбы 3B - по плоскому дну выемки 7 В. Смещение винта 5В в направлении короткой стороны паза 16В (поперек паза) не происходит, из-за того, что ширина классного паза 16В на очень малую величину превышает внешний классный диаметр конической шайбы 15В, и люфт практически отсутствует.In this case, the flat side of the
Узел С соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1С устроен следующим образом.The node C connecting the
Узел С соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1С содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10C, коническую шайбу 4С, выпуклую сферическую шайбу 3C и коническую шайбу 15С.The node C connecting the
Крепежный элемент выполнен в виде винта 5С, содержащего головку и стержень с резьбой.The fastener is made in the form of a
Для данного узла С в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2С переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5С, при этом данное сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8С), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7С). Сквозное отверстие 8С имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5С; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8С соосно выемке (углублению) 7С.For this node C, in the
Между отверстием 8С и размещенным внутри него стержнем винта 5С имеется зазор 6С, обеспечивающий угловое смещение (поворот/перемещение) шаровой опоры 1С вместе с винтом 5С относительно боковой платформы 11. Данное смещение показано на фиг. 23.Between the
В шаровой опоре 1С выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9С, предназначенное для установки крепежного винта 5С. Таким образом, стержень винта 5С закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9С шаровой опоры 1С.In the ball bearing 1C, a threaded blind
Сложнопрофильное сквозное отверстие 2С в боковой платформе 11 и отверстие 9С в шаровой опоре 1С размещены соосно.The complex through
Контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1С происходит по плоскому участку поверхности 17С боковой платформы 11 посредством конической шайбы 15С, через которую проходит стержень винта 5С. Т.е. для установки шаровой опоры 1С в боковой платформе 11 выполнен плоский участок поверхности 17С, а коническая шайба 15С установлена между боковой платформой 11 и шаровой опорой 1С. Плоская сторона шайбы 15С обращена к плоской горизонтальной поверхности 17С боковой платформы 11, а вогнутой (внутренней) конической стороной (поверхностью) контактирует со сферической поверхностью шаровой опоры 1С.The contact of the
Под головку винта 5С установлены упругий компенсатор 10C и коническая шайба 4С, вогнутая (внутренняя) коническая сторона (поверхность) которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3C, а плоская сторона, которой обращена к компенсатору 10C. Плоская сторона шайбы 3C обращена внутрь выемки 7С (по направлению к шаровой опоре 1С), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3C вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4С. Головка винта 5С, компенсатор 10C, коническая шайба 4С и сферическая шайба 3C расположены в выемке 7С. Стержень винта 5 проходит через компенсатор 10C, коническую шайбу 4С, сферическую шайбу 3C, а также через отверстия 8С и 9С и шайбу 15С.Under the
Упругий компенсатор 10C обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1С» в узле С тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10C может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.The
Радиус кривизны R2C выпуклой сферической шайбы 3C выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3C совпадал с центром шаровой опоры 1С (тч. OC).The radius of curvature R 2C of the convex
Отверстия, выполненные в конической 4С и в сферической 3C шайбах, а также сквозное отверстие 8С в боковой платформе 11 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5С (для свободного прохода стержня). Диаметры шайб 3C и 4С меньше внутреннего диаметра выемки 7С.The holes made in the conical 4C and in the spherical 3C washers, as well as the through
В данном узле С возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно боковой платформы 11. Данное перемещение происходит за счет одновременного сдвига конической шайбы 4С по выпуклой поверхности сферической шайбы 3C и конической шайбы 15С по поверхности шаровой опоры 1С. При этом направление оси крепежного винта 5С относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 15С, 3C и диаметром сквозного отверстия 8С в боковой платформе 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1С совместно с винтом 5С относительно боковой платформы 11 показана на Фиг. 23.In this node C, it is possible to move the ball joint 1C relative to the
В узле С также возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно боковой платформы 11 следующим образом: шаровая опора 1С совместно с крепежным винтом 5С и надетыми на винт шайбами 15С, 3C, 4С и упругим компенсатором 10C может перемещаться относительно боковой платформы 11 в произвольном направлении по плоской поверхности 17С. При этом плоская поверхность конической шайбы 15С скользит (перемещается) по плоскости поверхности 17С боковой платформы 11, а плоская поверхность сферической шайбы 3C на противоположной стороне боковой платформы 11 - по плоскому дну выемки 7С. Величина перемещения ограничивается зазором 6С между стержнем винта 5С и отверстием 8С, а также диаметрами цилиндрической выемки 7С и шайб 3C, 4С, соответственно.At node C, it is also possible to move the ball joint 1C relative to the
При этом центры всех трех сложнопрофильных отверстий 2А, 2В, 2С, выполненных в боковой платформе 11, не лежат на одной прямой. Т.е. три винта 5А, 5В, 5С, установленные в выемках 7А, 7В, 7С узлов А, В и С боковой платформы 11 расположены таким образом, чтобы их оси не лежали в одной плоскости.Moreover, the centers of all three complex-
Таким образом, положение боковой платформы 11 в пространстве будет определяться положением трех шаровых опор 1А, 1В и 1С даже при их перемещении.Thus, the position of the
В результате вышеописанного соединения боковой платформы 11 на трех шаровых опорах 1А, 1В и 1С (посредством соответствующих узлов А, В и С) возникнет возможность перемещения шаровых опор 1А, 1В и 1С относительно боковой платформы 11.As a result of the above-described connection of the
Так при равномерном расширении или сжатии боковой платформы 11, например, из-за изменения ее температуры, конические шайбы 15В, 15С узлов В, С, опирающиеся на соответствующие им шаровые опоры 1В, 1С, смещаются (перемещаются), соответственно, в классном паз 16В (в узле В) и по плоской поверхности 17С (узел С). При этом в боковой платформе 11 не возникает упругих напряжений и деформаций, а позиционирование боковой платформы 11 относительно трех шаровых опор 1А, 1В и 1С, задаваемое линией, проходящей через паз 16В узла В и через центр конической выемки 12А (а соответственно, через ось винта 5А) узла А в боковой платформе 11 не изменяется. Получая показания с датчиков смещения 22 в устройстве 18 и за счет возможности смещения граней - боковых платформ 11 в пирамиде-устройстве 18 становится возможным измерить погрешность показаний датчиков (приборов). А зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов с максимальной точностью.So, with a uniform expansion or contraction of the
Дополнительно, вышеописанное соединение боковой платформы 11 на три шаровые опоры 1А, 1В и 1С посредством узлов А, В, С не требует точного совпадения расстояний между центрами узлов А, В, С на боковой платформе 11 и расстояний между центрами шаровых опор 1А, 1 В и 1С. Отличие этих расстояний компенсируется смещениями узлов В и С: опорной шайбы 15В узла В вдоль классного паза 16В и опорной шайбы 15С узла С по плоской поверхности 17С боковой платформы 11.Additionally, the above connection of the
Устройство с тремя боковыми платформами 11 может контролировать положение одного, двух или трех измерительных приборов, установленных на боковых платформах 11, являющимися гранями треугольной пирамиды. Если приборов меньше, чем три, одна или две боковые платформы 11 останутся незанятыми. Если необходимо контролировать положение и ориентацию более чем трех приборов, то необходимо использовать устройство 18 с соответствующим числом боковых платформ 11, образующих вместе с нижней плитой 21 многоугольную пирамиду.A device with three
Датчики смещения 22 являются одноосными, т.е. регистрируют смещение в одном направлении - вдоль оси датчика - и не реагируют на смещения поперек этой оси. Показания всех датчиков смещения передаются в блок обработки данных 19 по соединительным проводам (на чертежах не показаны). На основе показаний датчиков вычисляются смещения и повороты каждой боковой платформы 11 относительно нижней плиты 21.
Одним из возможных типов датчиков 22 является емкостные датчики смещения (например, датчики серии D100, D510 фирмы Physik Instrumente). Данные датчики 22 состоят из пары контактов, образующих конденсатор. Один из контактов закреплен на одной из платформ 11, а второй на противоположной (либо на нижней плите 1). Изменение расстояния между контактами приводит к изменению емкости, образуемого ими конденсатора, что регистрируется блоком обработки данных 19. Возможна конфигурация, когда датчик 22 содержит только один измерительный контакт, а вторым служит плоский участок противоположной платформы 11 (нижней плиты 21).One of the possible types of
В качестве блока обработки данных 19 может быть использован компьютер, обеспечивающий решение системы линейных алгебраических уравнений, в результате чего показания датчиков смещения 22 переводят в данные изменения положения и поворота граней образуемой пирамиды, составляющей заявляемое устройство 18.As a
Каждая боковая платформа 11 и, соответственно, установленный на ней прибор имеют шесть степеней свободы, например, три координаты положения в пространстве центра платформы и три угла ее разворота в пространстве. Для устройства 18, содержащего N боковых платформ, число степеней свободы будет равно 6N.Each
При установке на каждое ребро образуемой пирамиды-устройства 18 трех датчиков смещения 22 число измеряемых параметров оказывается равным числу степеней свободы. Для определения положений и разворотов всех платформ 11 необходимо решить линейную систему из 6N уравнений относительно 6N неизвестных (параметров степеней свободы). Система является невырожденной, если оси датчиков 22 не параллельны друг другу.When installing on each edge of the formed pyramid-
Если число датчиков 22, установленных на ребре пирамиды, менее трех, то линейная система уравнений содержит менее 6N уравнений относительно тех же 6N переменных и, соответственно, является не доопределенной. В результате решения этой системы может быть определено значение лишь части параметров или будут определены некоторые линейные комбинации этих параметров.If the number of
Число датчиков 22 более трех на ребре образуемой пирамиды позволяет сохранить работоспособность заявляемого устройства 18 при выходе из строя одного или нескольких датчиков.The number of
Решение полной системы уравнений позволяет определить все параметры (и положения, и разворота) боковых платформ 11, но требует установки трех датчиков смещения 22 на ребро образуемой пирамиды, что делает устройство 18 сложнее и дороже.The solution of the complete system of equations allows you to determine all the parameters (both position and turn) of the
При меньшем числе датчиков смещения 22 определяются не все параметры, но они не всегда бывают нужны. Так при использовании в качестве контролируемых приборов звездных датчиков ориентации смещения центров платформ неважны, необходимо определить только углы разворота боковых платформ 11 устройства 18, а для узкопольных звездных датчиков достаточно определять только изменения направления нормали к боковой платформе 11. В первом случае для определения этих параметров необходимо решить систему 3N уравнений (достаточно 2 датчиков смещения на ребро), в последнем - 2N уравнений (достаточно 1 датчика смещения на ребро).With a smaller number of
Как один из вариантов выполнения изобретения: заявляемое устройство 18 также может быть закреплено на единой плоской опорной пластине, которая в свою очередь будет крепится на опоре в составе космического/летательного аппарата.As one embodiment of the invention: the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Рассмотрим работу устройства 18 на примере конфигурации с тремя боковыми платформами 11 (фиг. 24). Нижняя плита 21 закреплена к космическому аппарату непосредственно на целевой аппаратуре посредством средств крепления 20.Consider the operation of the
Таким образом, плоскости нижней плиты 21 и трех боковых платформ 11 образуют треугольную пирамиду. В зазоре вдоль каждого ребра пирамиды установлены по три датчика смещения 22, и в зазоре между боковыми платформами 11 и нижней плитой 21 также установлено по три датчика смещения 22 (т.е. в общей сложности восемнадцать датчиков смещения 22). При смещении одной или нескольких боковых платформ 11 с установленными на них датчиками 22, показания всех или части датчиков смещения 22 изменятся. Эти показания всех 18-ти датчиков смещения 22 передаются в блок обработки данных 19 по соединительным проводам. В блоке обработки данных 19 на основе показаний всех 18-ти датчиков смещения 22 вычисляются изменения в ориентации и смещения трех боковых платформ 11 относительно нижней плиты 21. Эти изменения (погрешности) учитываются при обработке показаний приборов, установленных на боковых платформах 11 устройства. В результате, зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов, которые установлены на боковых платформах 11, с максимальной точностью.Thus, the planes of the
Пример реализации устройства.An example implementation of the device.
Рассмотрим работу устройства 18 на примере конфигурации с тремя боковыми платформами 11 (фиг. 24). Само устройство 18 используется в системах ориентации и навигации космических аппаратов.Consider the operation of the
Устройство 18 имеет форму треугольной пирамиды. При этом каждая боковая платформа 11 пирамиды соединена с тремя шаровыми опорами 1А, 1В, 1С, посредством узлов А, В, и С. Основание 21 является основанием пирамиды. Основание 21 может быть закреплено на целевой аппаратуре, например, космическом аппарате.The
Всего шаровых опор в устройстве 18 четыре: одна в вершине, три на основании. Размер шаровых опор выбран таким, чтобы грани пирамиды (платформы) 11 (включая ее основание) не касались друг друга непосредственно. В зазоры между гранями (платформами) 11 пирамиды (которые проходят вдоль ее ребер) устанавливаются высокоточные датчики смещений 22, на основе показаний которых вычисляются изменения наклонов боковых граней 11 для устройств (приборов) 23, 24 относительно его основания 21 и друг относительно друга (Фиг. 4).There are four ball joints in the device 18: one at the top, three at the base. The size of the ball bearings is chosen so that the faces of the pyramid (platform) 11 (including its base) do not touch each other directly. High-
Сами боковые платформы 11 соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры (позиция 1С на фиг. 24). К основанию 21 образованной пирамиды жестко закреплены соответствующие три шаровые опоры (позиции 1, 1А и 1В на фиг. 24), например, посредством болтов/винтов/штифтов и т.п. Само же основание 21 может быть закреплено на целевой аппаратуре, например, космическом аппарате.The
При этом расположение узлов А, В и С на каждой боковой грани (платформе) 11 пирамиды относительно других граней 11 не имеет значения. Т.е., например, в вершине образованной пирамиды, грани 11 могут быть соединены с шаровой опорой (1С) разными узлами (А, В и С) или одинаковыми (например, только узлы А) или частично совпадающими (например, два узла А и один - С и т.п.).Moreover, the location of nodes A, B and C on each side face (platform) 11 of the pyramid relative to
На три боковые грани 11 устройства 18 устанавливаются измерительные приборы 23, 24; ориентация и положение которых относительно основания 21 устройства (пирамиды) должно контролироваться (Фиг. 4). Измерительные приборы 23 и 24 представляют собой, например, датчик звездной ориентации 23 (2 шт.) и датчик направления на Солнце 24 (1 шт.).On three side faces 11 of the
В процессе эксплуатации устройства 18, его боковые грани (платформы) 11 с установленными на них измерительными приборами 23 и 24, изменяют свое положение в пространстве из-за внешних тепловых и механических воздействий. В результате этих смещений показания измерительных приборов 23, 24 перестают согласовываться друг с другом, а погрешность их совместной работы существенно возрастает. Получая показания с датчиков смещения 22 в устройстве 18 и за счет возможности смещения граней - боковых платформ 11 в пирамиде становится возможным измерить погрешность показаний данных датчиков (приборов 23, 24). А зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов 23 и 24, которые установлены на боковых платформах 11, с максимальной точностью.During operation of the
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет одновременно с высокой точностью контролировать положение и ориентацию (поворот или разворот) нескольких измерительных приборов (датчиков) относительно нижней плиты (основания) в составе аппарата, т.е. позволяет исключить влияния систематических погрешностей взаимного положения и ориентации приборов, вызываемых термоупругими деформациями креплений. Каждый из контролируемых приборов может смещаться на некоторое расстояние и поворачиваться на некоторый угол в процессе эксплуатации. Типичные смещение и поворот невелики: смещение не превышает сотен микрон, а поворот - нескольких угловых секунд.Thus, the proposed device allows simultaneously with high accuracy to control the position and orientation (rotation or turn) of several measuring instruments (sensors) relative to the bottom plate (base) in the apparatus, i.e. eliminates the influence of systematic errors in the relative position and orientation of devices caused by thermoelastic deformations of fixtures. Each of the controlled devices can be displaced by a certain distance and rotated by a certain angle during operation. Typical displacement and rotation are small: the displacement does not exceed hundreds of microns, and the rotation is a few angular seconds.
Claims (27)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118968A RU2662455C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017118968A RU2662455C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662455C1 true RU2662455C1 (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=62981703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017118968A RU2662455C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662455C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6412346B2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-07-02 | Israel Aircraft Industries Ltd. | Compact inertial measurement unit |
| RU2279109C1 (en) * | 2005-06-22 | 2006-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Device for adjusting optical devices |
| RU2488078C2 (en) * | 2011-04-13 | 2013-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method and device of gyro instrument positioning in space during its testing |
| US9664512B2 (en) * | 2013-12-23 | 2017-05-30 | Tilak SRINIVASAN | Orientation indication device |
-
2017
- 2017-05-31 RU RU2017118968A patent/RU2662455C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6412346B2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-07-02 | Israel Aircraft Industries Ltd. | Compact inertial measurement unit |
| RU2279109C1 (en) * | 2005-06-22 | 2006-06-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Device for adjusting optical devices |
| RU2488078C2 (en) * | 2011-04-13 | 2013-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method and device of gyro instrument positioning in space during its testing |
| US9664512B2 (en) * | 2013-12-23 | 2017-05-30 | Tilak SRINIVASAN | Orientation indication device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8056412B2 (en) | Inertial measurement unit and method of constructing the same using two orthogonal surfaces | |
| CN101430237B (en) | Multidimensional force test system in vibration experiment | |
| US20110310502A1 (en) | Space optical system having means for active control of the optics | |
| US20040025590A1 (en) | Triaxial acceleration sensor | |
| Łuczak | Guidelines for tilt measurements realized by MEMS accelerometers | |
| CN104482874A (en) | On-orbit measurement system used for pointing relative deformation of satellite load | |
| Sushchenko et al. | Theoretical and experimental assessments of accuracy of nonorthogonal MEMS sensor arrays | |
| RU2662455C1 (en) | Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices | |
| RU2660013C2 (en) | Device for control of mutual orientation and mutual position of measurement devices | |
| JP2005528599A (en) | Measuring system for high precision 3D motion | |
| WO2021126353A1 (en) | Cardan joint for inertially stabilizing a payload | |
| CN110849358A (en) | Measuring device, measuring method and mounting method for phase center of array antenna | |
| RU2671344C2 (en) | Connecting unit for connecting ball bearing part | |
| CN111638721B (en) | Spacecraft three-ultra-control full-link disturbance transfer verification system and verification method | |
| EP2442069A1 (en) | A support arrangement for a registration device such as a surveying instrument | |
| Jovanovic et al. | Modeling and calibration of wide range of motion biaxial inclinometers for celestial navigation | |
| Lin et al. | The alignment and isostatic mount bonding technique of the aerospace Cassegrain telescope primary mirror | |
| WO2019129887A1 (en) | Method for the configuration of an insulation system from the vibrations of an inertial measurement unit (imu). | |
| KR101145711B1 (en) | Mechanical ground support equipment for thermal cycling of high stability payload structure | |
| Örtel et al. | Integrated motion measurement illustrated by a cantilever beam | |
| Smith et al. | Factory characterization testing of a large precision hexapod for the LMT/GTM | |
| RU2797150C1 (en) | Strapdown inertial measurement unit | |
| KR101988186B1 (en) | Mems inertial sensor device | |
| Fu et al. | Six-axis load head with application to electrical conductor nonlinear dynamics | |
| RU2488078C2 (en) | Method and device of gyro instrument positioning in space during its testing |