专利名称：一种轴间位置转化机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学机械领域，具体是一种轴间位置转化机构。
二背景技术：
多轴复杂系统中各轴之间的空间位置测量、校准是一个具有普遍意义的问题，无 论是武器系统还是一般工业制造装备，轴间位置正确性影响系统的总体性能，在其制造和 使用中均需要测量、校准。例如以不同平台发射的激光制导弹药，为了保证初始捕获目标 的能力，其发射轴与目标的瞄准光轴的空间夹角要准确设置；火炮、炮瞄跟踪雷达等，其工 作时的初始方向，也要以瞄准光轴为基准进行校正。 一般工业制造或测量装备，加工、装配 中以及使用阶段的定期标校，轴之间的位置正确性测量和校正是其中重要的工作内容。 但是，轴之间空间位置并非都能直接测量，这取决于被测轴与基准轴的特性。若测 量基准轴为光轴，被测轴是与其非共轴的机械轴，两者之间没有共同的比较基准，因而相互 之间的空间位置无法直接测量。尽管依赖精密的机械零部件加工和装配保证，但调整环节 因无法测量而不可控，导致制造成本高而但轴间位置精度低，从而制约系统的总体性能提 高。 目前，有的系统中机械轴与光轴之间的空间位置，辅助以经纬仪采用三角法进行 测量、校正，但该方法依赖于人的主观观测，受操作环境条件的影响和操作者的技能制约， 且测量多环节引入较大的过程偏差，费时、费力，测量、校准的精度很低，尤其是不适用野外 条件下使用。
三
发明内容为克服现有技术中存在的受操作环境影响和操作者技能制约，且测量环节多、过
程偏差大，费时、费力，测量、校准的精度低的不足，本发明提出了一种轴间位置转化机构。 本发明采用偏心结构件补偿激光轴与机械轴的轴间距，通过分布于机械件外壁并
垂直于轴向的止动螺钉和间隙结构精密调整激光轴与机械轴的夹角，使该机构中激光器的
光轴与机械轴同轴，因此激光的出射方向直观、准确表示了被测机械轴的空间位置。 本发明包括过渡架，吊钮和激光器安装架。过渡架的上表面为安装面，其中一端为
吊钮的安装面，另一端为激光器安装架安装面，吊钮的安装面与激光器安装架的安装面平行。 过渡架的吊钮安装面上有两个垂直于过渡架中心线且相互平行的矩形的吊钮安 装板；两个吊钮安装板的上表面在同一水平面内。两个吊钮安装板上分别有吊钮安装孔，并 且该吊钮安装孔均位于过渡架的中心线上。在两个吊钮安装面之间、过渡架的中心线上有 两个定位孔；两个定位孔的中心分别与被测体上的定位销位置相对应。 吊钮为圆柱杆件，其外径同过渡架安装面上的吊钮安装孔的内径；在吊钮的一端 端头处有端帽；在吊钮的中部有凸台。吊钮与被测体连接后，凸台与被测体的滑轨不干涉。 端帽的下表面A与滑轨的表面配合，凸台的下表面B与过渡架上的吊钮安装面配合；并且端帽的下表面A面和凸台的下表面B面均垂直于吊钮的轴线。吊钮的另一端为螺纹杆，通过 锁紧螺母与过渡架连接。 激光器安装架包括安装基座、衬套、激光器外加壳体和螺纹压圈。 安装基座的一边有水平方向凸出的裙边，用于与过渡架连接；该裙边两侧表面均
匀分布有个连接孔。安装基座的中心有通孔。在安装基座的上方，沿安装基座的中心线分
布有两个螺孔，该螺孔垂直于安装基座的中心线，并贯通安装基座的壁。通过裙边上的连接
孔，用螺栓将基座固定在过渡架的激光器安装架安装面上。 衬套为中空圆柱体，其外径同安装基座孔的内径，位于基座孔内；衬套与安装基座 的孔紧密配合。衬套的一端端头处凸台的圆周上分布有6个止动螺钉孔；6个止动螺钉孔 的中心线均垂直于衬套的轴线。当衬套安装在安装基座的孔内时，凸台贴紧基座的端面。 激光器外加壳体的内径与激光器外径相同，外壁与衬套内孔间隙配合；激光器外 加壳体的内径和外径不同轴，并且其偏心度应能够补偿激光器的光机轴偏心度；激光器光 机轴的偏心度通过常用的光学测量方法获得，在激光器外加壳体封闭端有电源线孔。激光 器通过激光器外加壳体开口端的内螺纹固定在激光器外加壳体内，激光器和激光器外加壳 体的封闭端之间有塑性垫片。 螺纹压圈为圆环件，外径同激光器外加壳体的内径；外圆周上有螺纹，用以与激光 器外加壳体连接。 使用中，吊钮装入滑轨上的吊钮连接通孔内，将两个定位销分别插入位于两个吊 钮安装板之间的两个定位孔。通过吊钮与被测轴所在平台连接，使安装有吊钮和激光器安 装架的过渡架，即机械轴-激光轴过渡机构悬挂在被测平台下方。激光器的出射方向即被 测轴的轴向，从而可以利用光学、光电的方法测量轴的方向角。 本发明能将机械轴的方向、位置测量转化为激光轴的方向测量，使没有测量基准 的空间位置成为直观的可测量；使目前一些高精度的、自动测角方法具备了实施的条件，解 决了非共轴机械轴-光轴相对空间位置客观测量的问题，并使其不受测量环境影响，测量 精度高、速度快。 由于本发明能将机械轴_光轴空间位置测量转化为激光轴_光轴间的测量，所以 解决了多轴系统中机械轴_光轴、光轴_光轴等不同轴之间空间位置测量需配置多种仪器 的问题，避免了因采用不同的测量原理和仪器引入的多种误差，统一了调校、测量方法和测 量仪器，提高了检测和校准精度，更方便使用。 本发明的目的是为了解决非共轴机械轴与光轴之间没有共同的比较基准，无法利 用常见的测角方法以及平行性测量方法，如光学自准直法、光电图像法等完成机械轴与光 轴空间位置的精确测量问题。
四
附图1是轴间位置转化机构结构示意图的正视图； 附图2是轴间位置转化机构结构示意图的俯视图； 附图3是轴间位置转化机构结构示意图的左视图 附图4是轴间位置转化机构正视图局部 附图5是过渡架正视图[0024] 附图6是过渡架俯视图 附图7是过渡架左视图； 附图8是吊钮正视图 附图9是吊钮俯视图 附图10是使用中轴间位置转化机构安装示意图的正视图 附图11是使用中轴间位置转化机构安装示意图的俯视图 附图12是激光器安装架的正视图 附图13是激光器安装架的俯视图 附图14是激光器安装架的左视图 附图15是基座正视图 附图16是基座俯视图 附图17是基座左视图 附图18是衬套正视图 附图19是衬套左视图 附图20是激光器外加壳体正视图 附图21是激光器外加壳体左视图 附图22是偏心结构的外加壳体修正激光器出射方向。其中 1.过渡架 2.吊钮 3.激光器安装架4.基座5.衬套 6.激光器外加壳体7.激光器8.塑性垫片9.螺纹压圈10.电源线孔 11.定位销 12.滑轨13.吊钮安装板14.激光光斑 A.吊钮端帽下表面B.吊钮凸台下表面 实施例一 本实施例是用于将机械轴-光轴空间位置测量转化为激光轴-光轴的夹角测量的 机构，机械轴与光轴在方位和俯仰方向夹角高低方向0° ±3.33'。所用激光器为605nm、 2mW。 如图1 图3所示，本实施例包括过渡架1，吊钮2和激光器安装架3。 如图5 图7所示，过渡架1是一个截面呈"V"型的腔体铸件，过渡架1的上表面
为安装面。过渡架的腔体里有加强筋，以减轻重量，并增强结构强度、保持型面稳定。过渡
架1 一端为吊钮2的安装面，另一端为激光器安装架安装面。过渡架1的上表面为阶梯面，
其中，吊钮2的两个安装面凸出，并且两个安装面之间形成凹槽；激光器安装架的安装面低
于吊钮2的两个安装面。 过渡架1的吊钮安装面上有两个精加工而成的矩形的吊钮安装板13，两个吊钮安 装板13的上表面在同一水平面内且平行于过渡架中心线。两个吊钮安装板13上分别有吊 钮安装孔，该吊钮安装孔均位于过渡架1的中心线上，两个吊钮安装板孔之间的距离应满 足安装吊钮2后，该吊钮2能够与被测体滑轨12上的吊钮连接通孔准确配合。在两个吊钮 安装板13之间、过渡架1的中心线上有两个定位孔；两个定位孔的中心与被测体上的定位 销ll位置相对应，用于安装定位销11。为了方便安装和定位，提高工艺性，两个定位孔分别 为圆孔和长圆孔。 过渡架1的激光器安装架3的安装面为精加工面。激光器安装架3安装到过渡架
51上后，其上表面的高度低于吊钮2。 如图8和图9所示。吊钮2为圆柱杆件，其外径同过渡架安装面上的吊钮安装孔 的内径；在吊钮2的一端端头处有圆形的端帽，该端帽的直径大于被测体的滑轨12宽度。 在吊钮2的中部，有外廓为六方的凸台，该凸台的外廓尺寸大于过渡架1的吊钮安装孔。吊 钮2与被测体连接后，凸台与被测体的滑轨12不干涉。端帽下表面A与滑轨的表面配合， 凸台下表面B与过渡架上的吊钮安装面配合；并且端帽下表面A面和凸台下表面B面均垂 直于吊钮2的轴线。吊钮2的另一端为螺纹杆，通过锁紧螺母与过渡架连接，见图4。 如图12 图14所示。激光器安装架3包括安装基座4、衬套5、激光器外加壳体 6和螺纹压圈9。 如图15 图17所示。安装基座4是一个中空长方体铸件。安装基座4的一边有 水平方向凸出的裙边，用于与过渡架连接；该裙边两侧表面均匀分布有6个连接孔。安装基 座4的下表面有工艺槽；安装基座4的中心有通孔。在安装基座4的上方，沿安装基座的中 心线分布有两个螺孔，该螺孔垂直于安装基座4的中心线，并贯通安装基座的壁。通过裙边 上的连接孔，用螺栓将基座固定在过渡架1的激光器安装架安装面上。 如图18和图19所示，衬套5为中空圆柱体，其外径同安装基座4孔的内径，位于 基座孔内；衬套5与安装基座4的孔紧密配合。衬套5的一端端头处的外径大于衬套5的 外径，形成了凸台；沿凸台圆周均匀分布有6个止动螺钉孔，并且6个止动螺钉孔的中心线 均垂直于衬套5的轴线。当衬套5安装在安装基座4的孔内时，衬套5的一端端头处的凸 台贴紧安装基座4的端面。凸台外壁加滚花。 如图20和图21所示，激光器外加壳体6是一端封闭的圆形壳体，其内径与所选激 光器外径尺寸相同，外径与衬套内孔尺寸相同；激光器外加壳体6的内径和外径不同轴，并 且其偏心度应能够补偿激光器的光机轴偏心度，根据激光光斑14的出射方向，激光器7相 对于激光器外加壳体6旋转，可找到光斑中心与激光器外加壳体6外径中心轴距离最短甚 至重合的位置，见图22 ;激光器光机轴的偏心度通过常用的光学测量方法获得，本实施例 中激光器光机轴的偏心度为30'，故激光器6的内径和外径的偏心度为0. 5mm。在激光器 外加壳体6封闭端有电源线孔10。激光器外加壳体6开口端的内壁有螺纹，通过螺纹压圈 9将激光器7固定在激光器外加壳体6内。激光器7和外加壳体6的封闭端之间有塑性垫 片8。 螺纹压圈9是薄壁圆环件，外径同激光器外加壳体6的内径；外圆周上有螺纹，用 以与激光器外加壳体6连接。 如图10和图11所示，使用中，吊钮装入滑轨上的吊钮连接通孔内，然后沿滑轨平
移，将两个定位销11分别插入位于两个吊钮安装面之间的两个定位孔。 通过吊钮与被测轴所在平台连接，使安装有吊钮和激光器安装架3的过渡架悬挂
在被测平台下方。激光的出射方向即被测轴的轴向，从而可以利用光学、光电的方法测量轴
的方向角。 实施例二 本实施例是用于将导弹发射轴-光轴空间位置测量转化为激光轴-光轴的夹角测 量的机构，发射轴与光轴夹角方位方向4。 ±3.33'，俯仰方向2。 20' ±3.33'。所用 激光器为605nm、2mW。
6[0061] 如图1 图3所示，本实施例包括过渡架1，吊钮2和激光器安装架3。该实示例
中安装基座4形状、结构不变，中心通孔的轴线与下表面夹角2。
20'。 如图5 图7所示，过渡架1是一个截面呈"V"型的腔体铸件，过渡架1的上表面
为安装面。过渡架的腔体里有加强筋，以减轻重量，并增强结构强度、保持型面稳定。过渡
架1 一端为吊钮2的安装面，另一端为激光器安装架安装面。过渡架1的上表面为阶梯面，
其中，吊钮2的两个安装面凸出，并且两个安装面之间形成凹槽；激光器安装架的安装面低
于吊钮2的两个安装面。 过渡架1的吊钮安装面上有两个精加工而成的矩形的吊钮安装板13，两个吊钮安 装板13的上表面在同一水平面内且平行于过渡架中心线。两个吊钮安装板13上分别有吊 钮安装孔，该吊钮安装孔均位于过渡架1的中心线上，两个吊钮安装板孔之间的距离应满 足安装吊钮2后，该吊钮2能够与被测体滑轨12上的吊钮连接通孔准确配合。在两个吊钮 安装板13之间、过渡架1的中心线上有两个定位孔；两个定位孔的中心与被测体上的定位 销ll位置相对应，用于安装定位销11。为了方便安装和定位，提高工艺性，两个定位孔分别 为圆孔和长圆孔。 过渡架1的激光器安装架3的安装面为精加工面。激光器安装架3安装到过渡架 1上后，其上表面的高度低于吊钮2。 如图8和图9所示。吊钮2为圆柱杆件，其外径同过渡架安装面上的吊钮安装孔 的内径；在吊钮2的一端端头处有圆形的端帽，该端帽的直径大于被测体的滑轨12宽度。 在吊钮2的中部，有外廓为六方的凸台，该凸台的外廓尺寸大于过渡架1的吊钮安装孔。吊 钮2与被测体连接后，凸台与被测体的滑轨12不干涉。端帽下表面A与滑轨的表面配合， 凸台下表面B与过渡架上的吊钮安装面配合；并且端帽下表面A面和凸台下表面B面均垂 直于吊钮2的轴线。吊钮2的另一端为螺纹杆，通过锁紧螺母与过渡架连接，见图4。 如图12 14所示。激光器安装架3包括安装基座4、衬套5、激光器外加壳体6 和螺纹压圈9。 如图15 图17所示。安装基座4是一个中空长方体铸件。安装基座4的一边有 水平方向凸出的裙边，用于与过渡架连接；该裙边两侧表面均匀分布有6个连接孔。安装基 座4的下表面有工艺槽；安装基座4的中心有通孔。在安装基座4的上方，沿安装基座的中 心线分布有两个螺孔，该螺孔垂直于安装基座4的中心线，并贯通安装基座的壁。通过裙边 上的连接孔，用螺栓将基座固定在过渡架1的激光器安装架安装面上。 如图18和图19所示，衬套5为中空圆柱体，其外径同安装基座4孔的内径，位于 基座孔内；衬套5与安装基座4的孔紧密配合。衬套5的一端端头处的外径大于衬套5的 外径，形成了凸台；沿凸台圆周均匀分布有6个止动螺钉孔，并且6个止动螺钉孔的中心线 均垂直于衬套5的轴线。当衬套5安装在安装基座4的孔内时，衬套5的一端端头处的凸 台贴紧安装基座4的端面。凸台外壁加滚花。 如图20和图21所示，激光器外加壳体6是一端封闭的圆形壳体，其内径与所选 激光器外径尺寸相同，外径与衬套内孔尺寸相同；激光器外加壳体6的内径和外径不同轴， 并且其偏心度应能够补偿激光器的光机轴偏心度，根据激光光斑14的出射方向，激光器7 相对于激光器外加壳体6旋转，可找到光斑中心与激光器外加壳体6外径中心轴距离最短 甚至重合的位置，其位置修正关系见图22 ;激光器光机轴的偏心度通过常用的光学测量方法获得，本实施例中激光器光机轴的偏心度为30'，故激光器6的内径和外径的偏心度为 0.5mm。在激光器外加壳体6封闭端有电源线孔10。激光器外加壳体6开口端的内壁有螺 纹，通过螺纹压圈9将激光器7固定在激光器外加壳体6内。激光器7和外加壳体6的封 闭端之间有塑性垫片8。 螺纹压圈9是薄壁圆环件，外径同激光器外加壳体6的内径；外圆周上有螺纹，用 以与激光器外加壳体6连接。 如图10和图11所示，使用中，吊钮装入滑轨上的吊钮连接通孔内，然后沿滑轨平
移，将两个定位销11分别插入位于两个吊钮安装面之间的两个定位孔。 通过吊钮与被测轴所在平台连接，使安装有吊钮和激光器安装架3的过渡架悬挂
在被测平台下方。滑轨被控相对于光轴旋转4° ，过渡架随滑轨旋转，因此过渡架与被测系
统中光轴的夹角方位方向4° ，高低方向-2° 20'，激光的出射方向即被测轴的轴向，从而
可以利用光学、光电的方法测量轴的方向角。
权利要求一种轴间位置转化机构，其特征在于a.所述的机械轴-激光轴的过渡机构包括过渡架(1)，吊钮(2)和激光器安装架(3)；b.过渡架(1)的上表面为安装面，其中吊钮(2)位于过渡架(1)一端的安装面上，激光器安装架位于过渡架(1)另一端的安装面上，激光器安装架的安装面与吊钮安装面平行；c.所述的机械轴-激光轴的过渡机构通过吊钮(2)与被测轴所在平台连接，悬挂在被测平台下方。
2. 如权利要求l所述的一种轴间位置转化机构，其特征在于，过渡架(1)的两个吊钮安 装面位于同一平面且均平行于过渡架(1)中心线；吊钮安装面、过渡架(1)的中心线上分别 有吊钮安装孔；在两个吊钮安装面之间、过渡架(1)的中心线上有两个定位孔，两个定位孔 的中心分别与被测体上的定位销(11)位置相对应。
3. 如权利要求l所述的一种轴间位置转化机构，其特征在于，吊钮(2)的一端端头处有 端帽，在吊钮(2)的中部有凸台；吊钮端帽下表面A与滑轨的表面配合，吊钮凸台下表面B 与过渡架(1)上的吊钮安装面配合；并且吊钮端帽下表面A面和吊钮凸台下表面B面均垂 直于吊钮(2)的轴线；吊钮(2)的另一端通过锁紧螺母与过渡架(1)连接。
4. 如权利要求1所述一种轴间位置转化机构，其特征在于a. 激光器安装架(3)包括安装基座(4)、衬套(5)、激光器外加壳体(6)和螺纹压圈(9);b. 激光器安装架(3)的安装基座(4)的一边有用于与过渡架连接的裙边；安装基座的 中心有通孔；在安装基座的上方，沿安装基座的中心线分布有两个垂直于安装基座中心线 的螺孔；衬套(5)与安装基座(4)的孔紧密配合；c. 激光器外加壳体(6)的内径和外径不同轴，并且其偏心度应能够补偿激光器的光机 轴偏心度；激光器外加壳体(6)的外壁与衬套内孔间隙配合；d. 衬套(5)的一端端头处凸台的圆周上分布有止动螺钉孔；止动螺钉孔的中心线均垂 直于衬套(5)的轴线；当衬套安装在安装基座的孔内时，衬套(5)的一端头处的凸台贴紧基 座的端面。
5. 如权利要求4所述一种轴间位置转化机构，其特征在于，激光器外加壳体(6)封闭端 有电源线孔(10);激光器(7)固定在激光器外加壳体(6)内，激光器(7)与激光器外加壳体 (6)的封闭端之间有塑性垫片(8)，螺纹压圈(9)的外圆周上有用以与激光器外加壳体(6) 内孔连接的螺纹。
专利摘要本实用新型公开了一种轴间位置转化机构，将吊钮(2)位于过渡架(1)一端的安装面上，激光器安装架位于过渡架(1)另一端的安装面上，激光器安装架的安装面与吊钮安装面平行；机械轴-激光轴的过渡机构通过吊钮(2)与被测轴所在平台连接，悬挂在被测平台下方。本实用新型采用偏心结构件补偿激光轴与机械轴的轴间距，通过分布于机械件外壁并垂直于轴向的止动螺钉和间隙结构精密调整激光轴与机械轴的夹角，使该机构中激光器的光轴与机械轴同轴，从而将机械轴-光轴空间位置测量转化为激光轴-光轴间的测量，实现了利用光学、光电的方法测量轴的方向角，解决了非共轴机械轴-光轴相对空间位置客观测量的问题，具有测量精度高、速度快和使用方便的特点。
文档编号G01D5/26GK201514224SQ20092003468
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者党丽萍, 唐树刚 申请人:西北工业大学;中国人民解放军61540部队