一种片式圆光栅的安装调整结构及安装调整方法与流程

1.本发明属于惯性导航技术领域，特别涉及一种片式圆光栅的安装调整结构及安装调整方法。


背景技术：

2.旋转类的惯性测量装置的转位机构一般由惯性组件、框架、力矩电机和测角元件组成。测角元件一般选择旋转变压器、感应同步器和圆光栅等。圆光栅在角度测量方面具有精度高、使用方便等优点，目前应用更为广泛。但是由于机械加工和安装等因素的影响，圆光栅的安装避免不了产生偏心误差。当使用圆光栅进行大角度测量时，安装偏心误差对测量精度影响很大，而测角元件的误差直接反映到系统姿态精度和旋转控制精度，对系统性能有较大的影响。
3.目前解决此问题使用比较广泛的方法主要有三种：第一种是采用多读数头的方法，这种方法不但占用更多的空间，还增加系统的复杂程度成本；第二种是借助其他器件进行标校，目前常用的标校方法是利用已知角度的多面棱镜和配套的光学测量装置进行，这种方法系统复杂，光学对准操作比较麻烦，且只能标校几个已知的固定角度；第三种是利用光栅盘本身锥面安装，利用千分表测量圆光栅径向跳动，并反复调整以达到安装要求，但对于没有机械安装基准的片式光栅盘无能为力。


技术实现要素：

4.本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种片式圆光栅的安装调整结构及安装调整方法，该安装调整结构简单，该安装调整方法低成本、可实施性好、安装调整效率高。
5.本发明的上述目的之一通过如下技术方案来实现：
6.一种片式圆光栅的安装调整结构，其特征在于：包括框架、惯组、光栅安装轴、力矩电机连接轴、转接盘、片式圆光栅、片式圆光栅读数头、光栅压板、基准光栅、基准光栅读数头；
7.所述惯组以绕中心可转动的方式安装在框架内，惯组的上端和下端分别与光栅安装轴和力矩电机连接轴同轴固定连接，所述光栅安装轴设置于框架的顶面上方；在光栅安装轴上呈上下制有光栅压板安装台面和光栅安装台面，在光栅安装台面的外围沿圆周方向均布设置四个沿径向方向设置的半螺纹孔，每个半螺纹孔内连接有一径向调整螺钉；在光栅压板安装台面上沿圆周方向均布设置有螺钉孔；所述片式圆光栅放置于光栅安装台面上，其外圆周面与四个调整螺钉接触配合，所述光栅压板放置于光栅压板安装台面上，并通过螺钉与光栅安装轴连接；所述片式圆光栅读数头固定安装于框架顶部，并与与片式圆光栅的刻划面保持固定距离；
8.在片式圆光栅安装调整过程中：所述转接盘设置于框架的底面下方，并与力矩电机连接轴固定连接，在转接盘上设置有与基准光栅的上端面接触配合的定位端面及与基准
光栅的锥形内孔配合的锥形台，在定位端面上设置有螺纹孔，所述基准光栅与定位端面和锥形台配合，并通过螺钉与转接盘固定连接，所述基准光栅读数头固定安装在框架的底部，并与基准光栅相对位置保持稳定；所述光栅压板与片式圆光栅的上端面之间留有调整间隙。
9.进一步的：所述基准光栅的精度至少优于片式圆光栅精度的三分之一。
10.本发明的上述目的之二通过如下技术方案来实现：
11.一种片式圆光栅的安装调整方法，其特征在于：基于上述的安装调整结构，包括如下步骤：
12.步骤1、安装片式圆光栅一侧轴系：
13.片式圆光栅通过光栅安装轴与惯组上端相连，安装光栅压板并留有调整间隙，片式圆光栅读数头与框架顶部固定连接；
14.步骤2、安装基准光栅一侧轴系，并进行调整检测，直至达到指标要求：
15.基准光栅通过转接工装与连接惯组下端的力矩电机连接轴连接，基准光栅读数头固定于框架的底部。
16.步骤3、读取片式圆光栅的偏心量，并进行调整：
17.转动惯组，将基准光栅读数头的检测值和片式圆光栅读头的检测值传输至pc端上位机，通过两检测值的差值，获得片式圆光栅的偏心量；然后在线调整四个径向螺钉，直到片式圆光栅的输出满足设计指标要求；
18.步骤4、在片式圆光栅调整到位后，拧紧连接光栅压板与光栅安装轴的螺钉，通过光栅压板将片式圆光栅压紧固定在光栅安装轴上，最后，转接盘、基准光栅及基准光栅读数头。
19.本发明具有的优点和积极效果：
20.1、本片式圆光栅的安装调整结构，仅需要在惯性测量装置的转位机构本体(不安装力矩电机的情况下)的下端安装高精度的基准光栅及基准光栅读数头，并在光栅安装轴的外围增设四个径向调整螺钉，就可实现片式圆光栅安装偏心量的在线检测及在线调整。整体结构简单，占用空间小。
21.2、本发明片式圆光栅的安装调整方法，通过高精度基准光栅检测目标片式圆光栅的输出误差，根据误差值通过pc端上位机计算偏心量和偏心角度，再通过调整径向调整螺钉的机械调整方式逐步调整片式圆光栅的安装位置，在线观测高精度基准光栅和片式圆光栅的差值，反复调整偏心量和偏心角度直至误差允许范围内。该调整安装方法，相比于现有的采用多读数头的方法及采用光学调整的方法，具有低成本、可实施性好、安装调整效率高的优点。
附图说明
22.图1是本发明片式圆光栅的安装调整结构的整体结构示意图；
23.图2是图1中光栅安装轴的结构示意图；
24.图3是图1中转接盘的结构示意图；
25.图4是本发明片式圆光栅偏心示意图。
具体实施方式
26.以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
27.一种片式圆光栅的安装调整结构，请参见图1-4，其发明点为：包括框架10、惯组6、光栅安装轴4、力矩电机连接轴、转接盘8、片式圆光栅2、片式圆光栅读数头5、光栅压板3、基准光栅9、基准光栅读数头7。其中，框架、惯组、光栅安装轴、力矩电机连接轴、片式圆光栅、片式圆光栅读数头、光栅压板为惯性测量装置的转位机构的构成件，而转接盘、基准光栅和基准光栅读数头为片式圆光栅安装调整用的辅助构建，在安装调整到位后，需要拆卸掉。其中，片式片式圆光栅为安装调整的主体，其结构特点为：本身没有机械安装基准，刻线位于光栅端面。
28.上述各部分的具体结构及连接关系为：
29.所述惯组以绕中心可转动的方式安装在框架内，惯组的上端和下端分别与光栅安装轴和力矩电机连接轴同轴固定连接，所述光栅安装轴设置于框架的顶面上方；在光栅安装轴上呈上下制有光栅压板安装台面4.1和光栅安装台面4.2，其中，光栅安装台面为片式圆光栅提供高精度端面，并在径向留有调整间隙。在光栅安装台面的外围沿圆周方向均布设置四个沿径向方向设置的半螺纹孔4.3，每个半螺纹孔内连接有一径向调整螺钉1。在光栅压板安装台面上沿圆周方向均布设置有螺钉孔。所述片式圆光栅放置于光栅安装台面上，其外圆周面与四个调整螺钉接触配合，通过调整四个径向螺钉，可实现片式圆光栅的径向位置调整。所述光栅压板放置于光栅压板安装台面上，并通过螺钉与光栅安装轴连接。所述片式圆光栅读数头固定安装于框架顶部，并与片式圆光栅的刻划面保持固定距离，通过片式圆光栅读数头读取圆光栅角度值。
30.在片式圆光栅安装调整过程中：所述转接盘设置于框架的底面下方，并与力矩电机连接轴固定连接，在转接盘上设置有与基准光栅的上端面接触配合的定位端面8.1及与基准光栅的锥形内孔配合的锥形台8.2，在定位端面上设置有螺纹孔，所述基准光栅与定位端面和锥形台配合，并通过螺钉与转接盘固定连接，所述基准光栅读数头固定安装在框架的底部，并与基准光栅相对位置保持稳定；所述光栅压板与片式圆光栅的上端面之间留有调整间隙。
31.在安装上述转接盘、基准光栅和基准光栅读数头时，要达到一下技术要求：
32.要求转接工装与连接惯组的力矩电机连接轴过渡配合安装，便于高精度安装，要求转接工装与高精度基准光栅固定连接且在线下标定并调整至同轴。要求高精度基准光栅读数头与高精度基准光栅具有稳定的相对位置，且固定于框架上，要求高精度基准光栅和转接工装在完成调整片式圆光栅后易于拆卸。要求高精度基准光栅的精度至少优于片式圆光栅精度的三分之一。
33.一种片式圆光栅的安装调整方法，基于上述的安装调整结构，包括如下步骤：
34.步骤1、安装片式圆光栅一侧轴系：
35.片式圆光栅通过光栅安装轴与惯组上端相连，安装光栅压板并留有调整间隙，片式圆光栅读数头与框架顶部固定连接；
36.步骤2、安装基准光栅一侧轴系，并进行调整检测，直至达到指标要求：
37.基准光栅通过转接工装与连接惯组下端的力矩电机连接轴连接，基准光栅读数头
固定于框架的底部。利用千分表测量基准光栅径向跳动，并反复调整以达到指标要求。
38.步骤3、读取片式圆光栅的偏心量，并进行调整：
39.转动惯组，将基准光栅读数头的检测值(为角度值)和片式圆光栅读头的检测值(为角度值)传输至pc端上位机，通过两检测值的差值，获得片式圆光栅的偏心量；然后在线调整四个径向螺钉，直到片式圆光栅的输出满足设计指标要求。具体的，片式圆光栅的偏心量计算如下：
40.设光栅(取标准光栅与圆光栅等径)半径为r，o为基准光栅的中心，o1为片式圆光栅的中心，偏心量为d。设角编码器零位在x轴上，当片式圆光栅的读数头实际转动角度为α1时，基准光栅的读数头转动角度为α，由图4中几何关系可得：
[0041][0042][0043]
在δα足够小时，tanδα≈δα，而r≥dcosα，所以对式(2)进行简化：
[0044]
δα＝d/r
·
sinα
ꢀꢀꢀ
(3)
[0045]
步骤4、在片式圆光栅调整到位后，拧紧连接光栅压板与光栅安装轴的螺钉，通过光栅压板将片式圆光栅压紧固定在光栅安装轴上，最后，转接盘、基准光栅及基准光栅读数头。
[0046]
该安装方法可实施性好，将高精度基准光栅做成通用标定工装，可大批量对片式圆光栅进行在线调整，大幅提高生产效率，解决了片式圆光栅缺少机械基准等缺点，规避了增加读数头的方式带来的成本问题，减少了光学标校带来的反复调整、计算问题。因此，该安装方法适用于采用片式圆光栅作为测角元件的旋转类惯性测量装置的批量生产。
[0047]
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。