一种用于车载的大型三自由度扫描架的制作方法

本发明涉及测量装置技术领域，尤其涉及一种用于车载的大型三自由度扫描架。

背景技术：

室内近场扫描测量系统可实现对全尺寸装备隐身性能的快速检测需求。在测试场地内，目标采用常规方式支撑，通过垂直扫描架调整天线高度，通过近距离水平扫描获得被测目标的散射特性数据，利用集成处理软件对获得数据进行分析处理，结合基准数据对装备隐身性能进行检验评估，并将结果汇总于目标特性数据库综合管理系统，实现对每一全尺寸装备隐身特性数据的入库、归档等综合管理。

目前，为了获得更大的扫描范围，室内近场扫描测量系统通常体积较大，为室内固定式，不能运输的同时使用也不方便，若将其安装于载车，通常存在超高的问题，难以直接运输。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决室内近场扫描测量系统体积较大难以运输，安装于载车后超高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于车载的大型三自由度扫描架，包括水平架、垂直架和倒伏机构；所述水平架包括架体和水平传动装置；所述架体固定在载车的方舱侧壁加固梁上，并与所述方舱侧壁的底边平行；所述水平传动装置设于所述架体并与所述倒伏机构连接，用于带动所述倒伏机构和所述垂直架沿所述架体水平移动；

所述垂直架包括安装架、垂直传动装置和测试天线；所述安装架通过所述倒伏机构设于所述架体；所述垂直传动装置设于所述安装架，用于带动所述测试天线沿所述安装架移动；所述测试天线通过天线支架滑动设于所述安装架，所述天线支架与所述垂直传动装置连接；

所述倒伏机构包括连接框、电动缸、万向节、连接轴和一对弧形导轨；所述连接框与所述水平传动装置连接，沿水平方向滑动设于所述架体；所述一对弧形导轨圆心位置相同且相对设于所述连接框朝向所述安装架的一侧，每个所述弧形导轨至少设有一个滑块，所述滑块能够沿所述弧形导轨滑动并与所述安装架连接；所述电动缸设于所述连接框朝向所述架体的一侧，所述电动缸的伸缩杆端部通过所述万向节与所述连接轴铰接，所述连接轴固定于所述安装架朝向所述架体的一侧，且固定点距离所述弧形导轨圆心位置小于所述弧形导轨的半径；所述电动缸用于带动所述安装架沿垂直于所述方舱侧壁的轴线转动，转动角度为1～90°。

优选地，所述连接轴在所述安装架的固定点到所述弧形导轨圆心位置的距离大于所述弧形导轨半径的二分之一，小于所述弧形导轨半径的五分之四。

优选地，至少两个分设于一对所述弧形导轨上的所述滑块相对于所述弧形导轨的圆心中心对称。

优选地，每个所述弧形导轨均设有两个或三个滑块。

优选地，每个所述弧形导轨上相邻两个滑块对应夹角不小于15°。

优选地，所述安装架与所述架体平行时，所述伸缩杆的伸缩方向与所述架体垂直。

优选地，所述水平传动装置包括第一齿轮齿形带副、第一连杆机构、第一电机和第一减速器；所述第一齿轮齿形带副包括两根并排安装的齿轮齿形带运动副，两根并排安装的齿轮齿形带运动副分别设于所述架体的上下端，并通过所述第一连杆机构连接，每根齿轮齿形带运动副均通过两个间隔设置的移动滑块与所述连接框连接，两个所述移动滑块的间隔距离不小于200mm，不大于所述连接框的边长；所述第一减速器一端安装所述第一电机，另一端固定在所述方舱侧壁，所述第一电机与所述第一连杆机构连接，用于驱动所述第一齿轮齿形带副。

优选地，所述水平传动装置还包括第一限位开关、第一防撞器和第一磁栅；所述第一齿轮齿形带副的两端行程外均分别安装所述第一限位开关和所述第一防撞器；所述第一磁栅设于所述方舱侧壁，位于所述第一齿轮齿形带副一侧。

优选地，所述垂直传动装置包括第二齿轮齿形带副、第二连杆机构、第二电机和第二减速器；所述第二齿轮齿形带副包括两根并排安装的齿轮齿形带运动副，两根并排安装的齿轮齿形带运动副分别设于所述安装架相对的两端，并通过所述第二连杆机构连接，每根齿轮齿形带运动副均通过长移动滑块与所述天线支架连接，所述长移动滑块的长度不小于所述天线支架的边长；所述第二减速器一端安装所述第二电机，另一端固定在所述安装架，所述第二电机与所述第二连杆机构连接，用于驱动所述第二齿轮齿形带副。

优选地，所述垂直传动装置还包括第二限位开关、第二防撞器和第二磁栅；所述第二齿轮齿形带副的两端行程外均分别安装所述第二限位开关和所述第二防撞器；所述第二磁栅设于所述安装架，位于所述第二齿轮齿形带副一侧。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明公开了一种用于车载的大型三自由度扫描架，包括水平架、垂直架和倒伏机构，可实现搭载测量天线水平平移、垂直升降两个自由度的运动，完成对测试目标的全方位扫描与检测，操作灵活；同时，水平架和垂直架通过倒伏机构连接，能够实现平面转动，垂直架可以旋转倒伏成水平状态，避免载车超高，方便运输。

附图说明

图1是本发明实施例中用于车载的大型三自由度扫描架结构示意图；

图2是本发明实施例中水平架结构示意图；

图3是本发明实施例中垂直架结构示意图；

图4是本发明实施例中倒伏机构结构示意图；

图5a是本发明实施例中垂直架竖直状态示意图；

图5b是本发明实施例中垂直架45°状态示意图；

图5c是本发明实施例中垂直架水平状态示意图。

图中：1：水平架；2：垂直架；3：倒伏机构；4：第一齿轮齿形带副；5：第一连杆机构；6：第一电机；8：第一磁栅；9：第一限位开关；10：第一防撞器；11：第二齿轮齿形带副；13：第二电机；14：第二减速器；15：第二磁栅；16：安装架；17：第二限位开关；18：第二防撞器；19：天线支架；20：测试天线；21：连接框；22：弧形导轨；23：滑块；24：电动缸；25：万向节；26：连接轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种用于车载的大型三自由度扫描架，包括水平架1、垂直架2和倒伏机构3，可完成水平移动、竖直移动和平面转动三个自由度的运动。图1中为说明其连接关系，省去了遮挡倒伏机构3处的部分垂直架2，以下结合附图进行具体说明：

如图2所示，水平架1包括架体和水平传动装置；架体固定在载车的方舱侧壁加固梁上，并与方舱侧壁的底边平行；水平传动装置设于架体并与倒伏机构3连接，用于带动倒伏机构3和垂直架2沿架体水平移动。

如图3所示，垂直架2包括安装架16、垂直传动装置和测试天线20；安装架16通过倒伏机构3设于架体；垂直传动装置设于安装架16，用于带动测试天线20沿安装架16移动；测试天线20通过天线支架19滑动设于安装架16，天线支架19与垂直传动装置连接。

如图4所示，倒伏机构3包括连接框21、电动缸24、万向节25、连接轴26和一对弧形导轨22；连接框21与水平传动装置连接，沿水平方向滑动设于架体；一对弧形导轨22圆心位置相同且相对设于连接框21朝向安装架16的一侧，每个弧形导轨22至少设有一个滑块23，滑块23能够沿弧形导轨22滑动并与安装架16连接；电动缸24设于连接框21朝向架体的一侧，电动缸24的伸缩杆端部通过万向节25与连接轴26铰接，连接轴26固定于安装架16朝向架体的一侧，且固定点距离弧形导轨22圆心位置小于弧形导轨22的半径；电动缸24用于带动安装架16沿垂直于方舱侧壁的轴线转动，转动角度为1～90°。

可用于车载的室内近场扫描测量系统主要包括载车与设备方舱、近距扫描及伺服系统、射频收发及天线系统，集成处理软件与目标特性数据库综合管理系统。其中近距扫描及伺服系统由扫描架，伺服控制组合等组成。大型的车载扫描架想要测量大型目标，不仅需要较高的扫描精度，而且扫描行程应尽量大，而如果垂直方向的扫描行程较大会使得车辆在高度上超高。

本发明提供的扫描架中使用弧形导轨作为旋转导向和连接支撑，取代传统的轴承实现倒伏旋转，弧形导轨支撑面积大，高度、宽度尺寸小，承载力大。采用电动缸作为驱动件，两端铰接，将推杆直线运动变成旋转运动，有效节省空间。

优选地，连接轴26在安装架16的固定点到弧形导轨22圆心位置的距离大于弧形导轨22半径的二分之一，小于弧形导轨22半径的五分之四。有助于节省装置的空间，同时在一定程度上减低电动缸的损耗。

优选地，如图4所示，至少两个分设于一对弧形导轨22上的滑块23相对于弧形导轨22的圆心中心对称，即一对弧形导轨22上的相对应的两个滑块连线穿过弧形导轨22的圆心，有助于垂直架保持受力平衡，避免垂直架发生抖动。

优选地，每个弧形导轨22均设有两个或三个滑块23，设置多个滑块23可分担垂直架负载，特别是当垂直架较长、较重时，有助于结构稳定。每个弧形导轨22上相邻两个滑块23对应夹角不小于一对弧形导轨22之间的开口。进一步优选地，每个弧形导轨22上相邻两个滑块23对应夹角不小于15°，承载力更大。

优选地，安装架16与架体平行时，伸缩杆的伸缩方向与架体垂直，同时安装架16与架体垂直时，伸缩杆的伸缩方向同样与架体垂直。

如图2所示，优选地，水平传动装置包括第一齿轮齿形带副4、第一连杆机构5、第一电机6和第一减速器。

其中，为保证运动平稳，第一齿轮齿形带副4包括两根并排安装的齿轮齿形带运动副，两根并排安装的齿轮齿形带运动副分别设于架体的上下端，通过第一连杆机构5将两根齿轮齿形带运动副连接起来。每根齿轮齿形带运动副均通过两个间隔设置的移动滑块与连接框21连接，即连接框21的上端通过两个移动滑块设于上方的齿轮齿形带运动副，下端通过两个移动滑块设于下方的齿轮齿形带运动副，两个移动滑块的间隔距离不小于200mm，不大于连接框21的边长，有助于倒伏机构3和垂直架2平稳移动。第一减速器一端安装第一电机6，另一端固定在方舱侧壁，第一电机6与第一连杆机构5连接，用于驱动第一齿轮齿形带副4，实现一个电机和一个减速器同时驱动两条齿轮齿形带运动副。

优选地，水平传动装置还包括第一限位开关9、第一防撞器10和第一磁栅8；第一齿轮齿形带副4的两端行程外均分别安装第一限位开关9和第一防撞器10，第一磁栅8设于方舱侧壁，位于第一齿轮齿形带副4一侧，作为测量器件，用于实时测量垂直架在水平方向上的实时位置信息。

如图3所示，优选地，垂直传动装置包括第二齿轮齿形带副11、第二连杆机构、第二电机13和第二减速器14。其中，为保证运动平稳，第二齿轮齿形带副11包括两根并排安装的齿轮齿形带运动副，两根并排安装的齿轮齿形带运动副分别设于安装架16相对的两端，并通过第二连杆机构连接，同步运动。每根齿轮齿形带运动副均通过长移动滑块与天线支架19连接，长移动滑块的长度不小于天线支架19的边长，有助于天线支架19在移动过程中保持稳定。第二减速器14一端安装第二电机13，另一端固定在安装架16，第二电机13与第二连杆机构连接，用于驱动第二齿轮齿形带副11的两根齿轮齿形带运动副同步移动、停止。

优选地，垂直传动装置还包括第二限位开关17、第二防撞器18和第二磁栅15。第二齿轮齿形带副11的两端行程外均分别安装第二限位开关17和第二防撞器18，第二磁栅15设于安装架16的侧面，位于第二齿轮齿形带副11一侧，作为测量器件，用于实时测量天线支架在安装架上的实时位置信息。

在一个优选的实施例中，水平架1带动垂直架2及其所有负载做水平移动的总行程为8m，第一齿轮齿形带副4采用thomson公司型号为wh120的齿轮齿形带运动副，每根齿轮齿形带运动副长8.5m，双移动滑块中心间距离400mm。如图2所示，设备方舱行程8m之外，左右均分别安装第一限位开关9和第一防撞器10，加上软件限位形成三级运动保护。该产品为封闭式结构，可防水溅，适应室外使用要求。下面计算第一电机和第一减速器所需参数：

1)第一电机所需回转速度

其中，v为直线行进速度，δ为驱动轴每转一转，平台移动距离，a为减速比，取200；

2)第一电机所需扭矩

负载总质量m取1000kg；

加速度a＝0.1m/s²；

皮带轮直径d0＝82.76mm；

进给力fx＝mgμ＝1000×10×0.1＝1000n；

急速力fa＝ma＝1000×0.1＝100n；

负载变化引起的力矩

平移加速度扭矩

滑架空载扭矩mmidle＝10nm；

总力矩m＝mload+mtrans+mmidle＝41.38+4.138+10＝55.518nm；

根据上述计算，第一电机选择安川∑-ⅴ系列电机，主要参数见表1：

表1第一电机参数

第一减速器选择减速比为150的行星正交减速器，其主要参数见表2：

表2第一减速器参数

在一个优选的实施例中，垂直架带动测试天线等做竖直升降运动总行程不小于3m。第二齿轮齿形带副11采用thomson公司的齿轮齿形带运动副，型号为wh80，每根齿轮齿形带运动副长3.5m。如图3所示，在行程3m之外，安装架16上下端均分别安装第二限位开关17和第二防撞器18，加上软件限位形成三级运动保护。优选地，安装架16采用50mm×50mm×4mm的方铝管焊接而成，焊后进行时效去除焊接应力，然后整体加工，保证平面度。下面计算第二电机和第二减速器所需参数：

1)第二电机所需回转速度

其中，v为直线行进速度，δ为驱动轴每转一转，平台移动距离，a为减速比，取200；

2)第二电机所需扭矩

负载总质量：m取100kg；

加速度a＝0.1m/s²；

皮带轮直径d0＝63.66mm；

进给力fx＝mgμ＝100×10×0.1＝100n；

急速力fa＝ma＝100×0.1＝10n；

负载变化引起的力矩

平移加速度扭矩

滑架空载扭矩mmidle＝5nm；

总力矩m＝mload+mtrans+mmidle＝3.183+0.32+5＝8.5nm；

根据上述计算，第二选择安川∑-ⅴ系列电机，主要参数见表3：

表3第二电机参数

第二减速器选择减速比为150的行星正交减速器，其主要参数见表4：

表4第二减速器参数

在一个优选的实施例中，弧形导轨22采用thk的高精度弧形导轨(型号hcr15a+60/300r)，根据图5a至图5c可知，电动缸24在垂直架2处于两个极限位置点时受最大推力和拉力，转至45°时受力最小。

垂直架2水平状态时，电动缸24需克服垂直架2及其负载的重力距，将受力简化后进行计算：

电动缸最大受力

g1为垂直架及其负载绕旋转中心的等效重力，取g1＝4000n；

r为连接轴26在安装架16的固定点到弧形导轨22圆心位置的距离，r＝200mm；

根据上述计算，电动缸24选择力姆泰克电动缸，主要参数见表5：

表5电动缸参数

本发明采用弧形导轨和电动缸在有限的高度上实现了垂直架的倒伏运动，在收车状态垂直架倒伏合后与水平架平行方向，可满足车辆通过性要求。三个自由度的机构组合一起，保证测试过程中完成对测试目标的全方位扫描与检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。