六自由度测量系统的标定装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及了一种六自由度测量系统的标定装置，旨在克服空间六自由度测量装置无法快速标定的现状困难的问题，所述的六自由度测量系统的标定装置包括框架导轨装配体(1)、两轴滑动装配体(2)和角位移测量连接装配体(3)。该设计提供了一种基于正交测量方式提出了一种成本较低、检测精度高、操作简便、累积误差小、性能可靠的可满足标定误差范围的六自由度测量系统的标定装置。
【专利说明】
六自由度测量系统的标定装置
技术领域
[0001]本发明涉及了一种用于空间位移测量装置的标定装置，更具体地说，它涉及一种六自由度测量系统的标定装置。
【背景技术】
[0002]随着现有工业、军事、国防以及航空航天等行业的发展，要求能够快速测量物体空间运动姿态，以完成对试验的要求。六自由度坐标联接板通常采用各六只万向铰链点的上、下平台以及六个液压缸组成，通常将下平台固定，作为静平台，则通过六个液压缸的伸缩运动，上平台就会在空间实现上平台的空间六自由度运动。国内外学者也有关于六自由度测量平台的研究，它们多是基于Stewart结构的六自由度测量装置，但是这些六自由度测试装置还没有一套系统的标定方法。
【发明内容】
[0003]本发明针对目前对空间六自由度测量装置无法快速标定的现状，基于正交测量方式提出了一种成本较低、检测精度高、操作简便、累积误差小、性能可靠的可满足标定误差范围的六自由度测量系统的标定装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:
[0005]本发明所提供的六自由度测量系统的标定装置包括框架导轨装配体1、两轴滑动装配体2、角位移测量连接装配体3。
[0006]框架导轨装配体I竖直放置在地面上，两轴滑动装配体2通过横向滑块15和框架导轨装配体I滑动连接，角位移测量连接装配体3通过螺栓固定在框架导轨装配体I的顶端。所述的框架导轨装配体I由标定框架4、1号横向导轨5、2号横向导轨6和横向拉线端固定板7组成，标定框架4由工业铝型材通过螺栓连接拼接而成，I号横向导轨5和2号横向导轨6通过螺栓分别固定在标定框架4下端的两个横向支撑梁上。横向拉线端固定板7是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在横向拉线端固定板7上设置有带豁口的圆孔，横向拉线端固定板7通过螺栓固定在标定框架4的支撑立柱上。
[0007]技术方案中所述的两轴滑动装配体2由垂向位移测量装配体8、横向位移测量装配体9和滑块固定板装配体10组成，滑块固定板装配体10通过纵向导轨滑块22与横向位移测量装配体9滑动连接，滑块固定板装配体10通过垂向导轨滑块25与垂向位移测量装配体8滑动连接。
[0008]技术方案中所述的横向位移测量装配体9由纵向导轨固定横梁11、纵向导轨12、纵向拉线端固定板13、横向滑块固定板14、横向滑块15、横向位移传感器16和横向位移传感器安装板53组成，纵向导轨12通过螺栓固定在纵向导轨固定横梁11的侧面，纵向拉线端固定板13通过T型螺栓固定在纵向导轨固定横梁11的一端，横向滑块固定板14是一个长方形结构件，上面加工有供接使用的圆形通孔和螺纹孔，纵向拉线端固定板13是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在纵向拉线端固定板13上设置有带豁口的圆孔，横向位移传感器16通过螺栓固定在横向位移传感器安装板53上，方向朝向横向正方向。
[0009]技术方案中所述的垂向位移测量装配体8由连接横梁17、垂向导轨固定梁18、垂向导轨19和垂向拉线端固定板20组成，连接横梁17和垂向导轨固定梁18均由工业铝型材加工而成，连接横梁17和垂向导轨固定梁18垂直安装，垂向导轨19通过螺栓固定在垂向导轨固定梁18的横向侧面上，垂向拉线端固定板20通过螺栓固定在垂向导轨固定梁18的纵向侧面上。
[00? O]技术方案中所述的角位移测量连接装配体3由三轴向角位移测量装配体28、测量装置连接板29和连接圆盘30组成，测量装置连接板29通过螺栓安装在三轴向角位移测量装配体28上，三轴向角位移测量装配体28和连接圆盘30通过螺栓连接，测量装置连接板29是一个长方形的板状结构件，连接圆盘30是一个圆饼状结构件，沿圆周均匀设置有6个圆形通孔，中间开有4个供三轴向角位移测量装配体28连接的圆形通孔。
[0011 ]技术方案中所述的十字轴装配体33由十字轴焊接体47、带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49组成，所述的带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49的数量分别为2件，带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49均与十字轴焊接体47同轴心转动连接，两个带孔十字轴轴套48安装在十字轴焊接体47带有传感器安装轴的一侧，十字轴轴套49安装在十字轴焊接体47没有传感器安装轴的一侧。
[0012]技术方案中所述的十字轴焊接体47由十字轴50、横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52组成，所述的横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52结构完全相同，均由45号钢加工而成，横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52分别与十字轴50的上的横向轴和纵向轴焊接连接，横向传感器连接轴51与十字轴50的横向轴同轴线，纵向传感器连接轴52与十字轴50的纵向轴同轴线。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014]1、本发明所述的一种六自由度测量系统的标定装置可用于空间六自由度测量装置的标定，横向、纵向和垂向位移由位移传感器直接测量，绕横向、纵向和垂向三方向的转角由三个角度位移传感器直接测量，可对空间六自由度测量装置进行快速标定，减少标定时间。
[0015]2、本发明所述的一种六自由度测量系统的标定装置组装方便，不需要特定技工进行安装，安装工艺不影响其测量精度，提高了测量的准确性。
[0016]3、本发明所述的一种六自由度测量系统的标定装置安装方法简便，可直接通过螺栓等紧固件将该装置与被标定装置进行连接。
[0017]4、本发明所述的一种六自由度测量系统的标定装置可用于任何空间六自由度测量装置的标定试验中，通用性强。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0019]图1是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置的使用状态轴测投影视图；
[0020]图2是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置的轴测投影视图；
[0021]图3是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的框架导轨装配体的轴测投影视图；
[0022]图4是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的两轴滑动装配体的轴测投影视图；
[0023]图5是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的横向位移测量装配体的轴测投影视图；
[0024]图6是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的垂向位移测量装配体的轴测投影视图；
[0025]图7是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的滑块固定板装配体的正面轴测投影视图；
[0026]图8是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的滑块固定板装配体的背面轴测投影视图；
[0027]图9是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的滑块固定板的轴测投影视图；
[0028]图10是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的角位移测量连接装配体的轴测投影视图；
[0029]图11是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的三轴向角位移测量装配体的轴测投影图；
[0030]图12是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的十字轴纵向叉座装配体的轴测投影图；
[0031]图13是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的转角轴承套装配体的爆炸视图；
[0032]图14是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的十字轴横向叉座装配体的轴测投影图；
[0033]图15是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的转角轴承套剖视投影图；
[0034]图16是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的十字轴装配体的轴测投影图；
[0035]图17是本发明所述的六自由度测量系统的标定装置中的十字轴焊接体的轴测投影图；
[0036]图中:A、六自由度测量系统的标定装置;B、六自由度测量系统；1、框架导轨装配体;2、两轴滑动装配体;3、角位移测量连接装配体;4、标定框架;5、1号横向导轨;6、2号横向导轨;7、横向拉线端固定板;8、垂向位移测量装配体;9、横向位移测量装配体;10、滑块固定板装配体；11、纵向导轨固定横梁；12、纵向导轨；13、纵向拉线端固定板；14、横向滑块固定板；15、横向滑块；16、横向位移传感器；17、连接横梁；18、垂向导轨固定梁；19、垂向导轨；20、垂向拉线端固定板;21、滑块固定板;22、纵向导轨滑块;23、纵向位移传感器安装板;24、纵向位移传感器;25、垂向导轨滑块;26、垂向位移传感器安装板;27、垂向位移传感器;28、三轴向角位移测量装配体;29、测量装置连接板;30、连接圆盘;31、横向角位移传感器;32、十字轴横向叉座装配体;33、十字轴装配体;34、纵向角位移传感器;35、垂向角位移传感器；36、转角轴承套装配体;37、十字轴垂向叉座;38、十字轴挡块;39、十字轴纵向叉座装配体；
40、卡簧;41、1号转角轴承;42、轴承隔套;43、2号转角轴承;44、转角轴承套;45、中心轴锁紧螺母;46、十字轴横向叉座;47、十字轴焊接体;48、带孔十字轴轴套;49、十字轴轴套;50、十字轴;51、横向传感器连接轴;52、纵向传感器连接轴;53、横向位移传感器安装板。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0038]首先建立如图1所示空间坐标系，定义空间横向、纵向和垂向三方向在空间坐标系中箭头指向方向为正方向，背向箭头方向为负方向。六自由度测量系统B的下端水平安装在连接横梁17上，上端与连接圆盘30连接。
[0039]参阅图2，本发明所述的六自由度测量系统的标定装置由框架导轨装配体1、两轴滑动装配体2和角位移测量连接装配体3组成。两轴滑动装配体2通过横向滑块15和框架导轨装配体I滑动连接，角位移测量连接装配体3通过螺栓固定在框架导轨装配体I的顶端。
[0040]参阅图3，所述的框架导轨装配体I由标定框架4、1号横向导轨5、2号横向导轨6和横向拉线端固定板7组成。标定框架4由工业铝型材通过螺栓连接拼接而成，I号横向导轨5和2号横向导轨6结构完全相同，均为标准滑动导轨，I号横向导轨5和2号横向导轨6通过螺栓分别固定在标定框架4下端的两个横向支撑梁上。
[0041]横向拉线端固定板7是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在横向拉线端固定板7上设置有带豁口的圆孔，供横向位移传感器16的拉线端与横向拉线端固定板7连接使用，横向拉线端固定板7通过螺栓固定在标定框架4的支撑立柱上。
[0042]参阅图4至图6，所述的两轴滑动装配体2由垂向位移测量装配体8、横向位移测量装配体9和滑块固定板装配体10组成。滑块固定板装配体10通过纵向导轨滑块22与横向位移测量装配体9滑动连接，滑块固定板装配体10通过垂向导轨滑块25与垂向位移测量装配体8滑动连接。
[0043]所述的横向位移测量装配体9由纵向导轨固定横梁11、纵向导轨12、纵向拉线端固定板13、横向滑块固定板14、横向滑块15、横向位移传感器16和横向位移传感器安装板5 3组成。纵向导轨固定横梁11由工业铝型材加工而成，纵向导轨12通过螺栓固定在纵向导轨固定横梁11的侧面，纵向拉线端固定板13是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在纵向拉线端固定板13上设置有带豁口的圆孔，供纵向位移传感器24的拉线端与纵向拉线端固定板13连接使用，纵向拉线端固定板13通过T型螺栓固定在纵向导轨固定横梁11的一端。横向滑块固定板14是一个长方形结构件，上面加工有供连接使用的圆形通孔和螺纹孔，两个横向滑块固定板14通过螺栓分别固定在纵向导轨固定横梁11下表面的两端。横向滑块15为标准间，两个横向滑块15通过螺栓分别固定在两个横向滑块固定板14的下表面上。横向位移传感器安装板53是一个L形钣金类结构件，通过螺栓固定在纵向导轨固定横梁11的下表面上，横向位移传感器16通过螺栓固定在横向位移传感器安装板53上，方向朝向横向正方向。
[0044]所述的垂向位移测量装配体8由连接横梁17、垂向导轨固定梁18、垂向导轨19和垂向拉线端固定板20组成。连接横梁17和垂向导轨固定梁18均由工业铝型材加工而成，连接横梁17和垂向导轨固定梁18垂直安装，垂向导轨19通过螺栓固定在垂向导轨固定梁18的横向侧面上，垂向拉线端固定板20和纵向拉线端固定板13结构完全相同，垂向拉线端固定板20通过螺栓固定在垂向导轨固定梁18的纵向侧面上。
[0045]参阅图7至图9，所述的滑块固定板装配体10由滑块固定板21、纵向导轨滑块22、纵向位移传感器安装板23、纵向位移传感器24、垂向导轨滑块25、垂向位移传感器安装板26和垂向位移传感器27组成。
[0046]滑块固定板21是一个类十字形的板状结构件，纵向导轨滑块22和纵向位移传感器安装板23通过螺栓安装在滑块固定板21的正面，纵向位移传感器24通过螺栓固定在纵向位移传感器安装板23上，纵向位移传感器24的出线方向平行于空间纵向方向，纵向位移传感器24的拉线端与纵向拉线端固定板13连接，垂向导轨滑块25和垂向位移传感器安装板26通过螺栓安装在滑块固定板21的背面，垂向位移传感器27的出线方向平行于空间垂向方向，垂向位移传感器27通过螺栓固定在垂向位移传感器安装板26上，垂向位移传感器27的拉线端与垂向拉线端固定板20连接，纵向位移传感器安装板23和垂向位移传感器安装板26结构相同，均为L形钣金类结构件。
[0047]参阅图10至图15，所述的角位移测量连接装配体3由三轴向角位移测量装配体28、测量装置连接板29和连接圆盘30组成。测量装置连接板29通过螺栓安装在三轴向角位移测量装配体28上，三轴向角位移测量装配体28和连接圆盘30通过螺栓连接，测量装置连接板29是一个长方形的板状结构件，连接圆盘30是一个圆饼状结构件，沿圆周均匀设置有6个圆形通孔，中间开有4个供三轴向角位移测量装配体28连接的圆形通孔。
[0048]所述的三轴向角位移测量装配体28由横向角位移传感器31、十字轴横向叉座装配体32、十字轴装配体33、纵向角位移传感器34、垂向角位移传感器35和转角轴承套装配体36组成。
[0049]所述的十字轴横向叉座装配体32由十字轴垂向叉座37和十字轴挡块38组成，十字轴垂向叉座37与十字轴装配体33的垂向轴同轴心配合连接，2个十字轴挡块38通过螺栓固定在十字轴垂向叉座37上，并分别于与垂向轴上安装的带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49的端面面接触连接，限制十字轴装配体33在十字轴垂向叉座37上的垂向位移。
[0050]十字轴装配体33的纵向轴与转角轴承套装配体36中的十字轴横向叉座46同轴连接，2个十字轴挡块38通过螺栓固定在十字轴横向叉座46上，并分别于与纵向轴上安装的带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49的端面面接触连接，限制十字轴装配体33在十字轴横向叉座46上的纵向位移。
[0051]所述的横向角位移传感器31、纵向角位移传感器34和垂向角位移传感器35型号相同，均为标准高精度编码器，横向角位移传感器31的外端通过螺栓连接在十字轴垂向叉座37上，角度旋转轴与横向传感器连接轴51同轴过盈配合连接，纵向角位移传感器34外端通过螺栓连接在十字轴横向叉座46上，角度旋转轴与纵向传感器连接轴52同轴过盈配合连接，横向角位移传感器的外端通过螺栓连接在转角轴承套44上，角度旋转轴与十字轴横向叉座46中心轴前端设置的角位移传感连接轴同轴过盈配合连接。
[0052]所述的转角轴承套装配体36由十字轴纵向叉座装配体39、卡簧40、I号转角轴承
41、轴承隔套42、转角轴承套44、中心轴锁紧螺母45和2号转角轴承43组成。十字轴纵向叉座装配体39由十字轴挡块38和十字轴横向叉座46组成，十字轴横向叉座46是一个前端设置有两个供十字轴安装的耳环体，后端设置有供轴承安装的中心轴，在轴的前端设置有角位移传感连接轴和螺纹。转角轴承套44是一个凸形结构件，内部设置有轴承安装孔，在轴承安装孔的一端设置有轴承外环挡肩，另一侧设置有卡簧安装槽。2号转角轴承43、轴承隔套42和I号转角轴承41依次安装在转角轴承套44内部设置的圆孔内，卡簧40安装在转角轴承套44上设置的卡簧槽里，通过与转角轴承套44上设置的轴承外环挡肩配合，限制轴承在转角轴承套44内的位移，十字轴纵向叉座装配体39通过十字轴横向叉座46上设置的中心轴与轴承内环同轴连接，中心轴锁紧螺母45与十字轴横向叉座46螺纹连接，防止十字轴横向叉座46与转角轴承套44有相对位移。
[0053]参阅图16至图17，所述的十字轴装配体33由十字轴焊接体47、带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49组成，其中带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49的数量分别为2件，带孔十字轴轴套48和十字轴轴套49均与十字轴焊接体47同轴心转动连接，两个带孔十字轴轴套48安装在十字轴焊接体47带有传感器安装轴的一侧，十字轴轴套49安装在十字轴焊接体47没有传感器安装轴的一侧。
[0054]所述的十字轴焊接体47由十字轴50、横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52组成，十字轴50为标准件，横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52结构完全相同，均由45号钢加工而成，横向传感器连接轴51和纵向传感器连接轴52分别与十字轴50的上的横向轴和纵向轴焊接连接，横向传感器连接轴51与十字轴50的横向轴同轴线，纵向传感器连接轴52与十字轴50的纵向轴同轴线。
[0055]六自由度测量系统的标定装置的使用方法:
[0056]结合该装置结构，当六自由度测量系统运动时，带动连接横梁17在三轴向方向上做直线运动时，横向位移传感器16、纵向位移传感器24和垂向位移传感器27分别测量出六自由度测量系统运动时下平台相对于上平台的横向、纵向和垂向的线性位移，同时使连接圆盘30绕三轴向方向做转动运动，横向角位移传感器31、纵向角位移传感器34和垂向角位移传感器35分别测量出六自由度测量系统运动时上平台相对于下平台绕横向、纵向和垂向方向的角位移变化量。
【主权项】
1.一种六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的六自由度测量系统的标定装置包括框架导轨装配体(I)、两轴滑动装配体(2)、角位移测量连接装配体(3); 所述的框架导轨装配体(I)竖直放置在地面上，两轴滑动装配体(2)通过横向滑块(15)和框架导轨装配体(I)滑动连接，角位移测量连接装配体(3)通过螺栓固定在框架导轨装配体(I)的顶端； 所述的框架导轨装配体(I)由标定框架(4)、I号横向导轨(5)、2号横向导轨(6)和横向拉线端固定板(7)组成，标定框架(4)由工业铝型材通过螺栓连接拼接而成，I号横向导轨(5)和2号横向导轨(6)通过螺栓分别固定在标定框架(4)下端的两个横向支撑梁上； 所述的横向拉线端固定板(7)是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在横向拉线端固定板(7)上设置有带豁口的圆孔，横向拉线端固定板(7)通过螺栓固定在标定框架(4)的支撑立柱上。2.按照权利要求1所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的两轴滑动装配体(2)由垂向位移测量装配体(8)、横向位移测量装配体(9)和滑块固定板装配体(10)组成； 所述的滑块固定板装配体(10)通过纵向导轨滑块(22)与横向位移测量装配体(9)滑动连接，滑块固定板装配体(10)通过垂向导轨滑块(25)与垂向位移测量装配体(8)滑动连接。3.按照权利要求2所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的横向位移测量装配体(9)由纵向导轨固定横梁(11)、纵向导轨(12)、纵向拉线端固定板(13)、横向滑块固定板(14)、横向滑块(15)、横向位移传感器(16)和横向位移传感器安装板(53)组成； 所述的纵向导轨(12)通过螺栓固定在纵向导轨固定横梁(11)的侧面，纵向拉线端固定板(13)通过T型螺栓固定在纵向导轨固定横梁(11)的一端，横向滑块固定板(14)是一个长方形结构件，上面加工有供接使用的圆形通孔和螺纹孔，纵向拉线端固定板(13)是一个由冷乳钢板加工而成的钣金类结构件，在纵向拉线端固定板(13)上设置有带豁口的圆孔，横向位移传感器(16)通过螺栓固定在横向位移传感器安装板(53)上，方向朝向横向正方向。4.按照权利要求2所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的垂向位移测量装配体(8)由连接横梁(17)、垂向导轨固定梁(18)、垂向导轨(19)和垂向拉线端固定板(20)组成; 所述的连接横梁(17)和垂向导轨固定梁(18)均由工业铝型材加工而成，连接横梁(17)和垂向导轨固定梁(18)垂直安装，垂向导轨(19)通过螺栓固定在垂向导轨固定梁(18)的横向侧面上，垂向拉线端固定板(20)通过螺栓固定在垂向导轨固定梁(18)的纵向侧面上。5.按照权利要求1所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的角位移测量连接装配体(3)由三轴向角位移测量装配体(28)、测量装置连接板(29)和连接圆盘(30)组成；测量装置连接板(29)通过螺栓安装在三轴向角位移测量装配体(28)上，三轴向角位移测量装配体(28)和连接圆盘(30)通过螺栓连接，测量装置连接板(29)是一个长方形的板状结构件，连接圆盘(30)是一个圆饼状结构件，沿圆周均匀设置有6个圆形通孔，中间开有4个供三轴向角位移测量装配体(28)连接的圆形通孔。6.按照权利要求1所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的十字轴装配体(33)由十字轴焊接体(47)、带孔十字轴轴套(48)和十字轴轴套(49)组成； 所述的带孔十字轴轴套(48)和十字轴轴套(49)的数量分别为2件，带孔十字轴轴套(48)和十字轴轴套(49)均与十字轴焊接体(47)同轴心转动连接，两个带孔十字轴轴套(48)安装在十字轴焊接体(47)带有传感器安装轴的一侧，十字轴轴套(49)安装在十字轴焊接体(47)没有传感器安装轴的一侧。7.按照权利要求6所述的六自由度测量系统的标定装置，其特征在于所述的十字轴焊接体(47)由十字轴(50)、横向传感器连接轴(51)和纵向传感器连接轴(52)组成； 所述的横向传感器连接轴(51)和纵向传感器连接轴(52)结构完全相同，均由45号钢加工而成，横向传感器连接轴(51)和纵向传感器连接轴(52)分别与十字轴(50)的上的横向轴和纵向轴焊接连接，横向传感器连接轴(51)与十字轴(50)的横向轴同轴线，纵向传感器连接轴(52)与十字轴(50)的纵向轴同轴线。
【文档编号】G01B21/00GK105841648SQ201610348052
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】苏建, 牛治慧, 陈熔, 张益瑞, 林慧英, 陈雷, 张雪平, 张兰, 王启明, 朱丽叶, 陈秋雨, 陈学渊, 许影, 张亨飏
【申请人】吉林大学