一种高低温环境下角度校准装置的制作方法

本实用新型涉及角度测量领域，特别涉及一种高低温环境下角度校准装置。

背景技术：

随着我国在进行空间站建造、探月工程以及火星探测等重大航天工程领域的研制实施过程中，由于太空中环境温度多变，高温时可达100℃，低温时可达 -100℃，因此有大量精密、复杂的机构和组件需要在地面模拟空间真空、高低温等极端环境，进行机构装配精度、传动效率、振动、力和力矩、刚度以及电性能参数等多项性能测试和可靠性考核，以此来对测量装置进行校准测试，防止在发射进入太空应用时，产生故障，对经济造成不可挽回的损失，由于角度编码器的环境抗干扰性较好，其在高低温环境下测量角度的应用越来越广泛。

目前，国内对角度编码器的检定主要是依据JJF 1115-2004《光电轴角编码器校准规范》，使用自准直仪对编码器进行校准，校准时，被校准编码器与自准直仪应有足够的平衡温度时间，通常应不少于2h。被校准编码器应在接通电源 10min后开始校准，并且校准时的温度应为20±2℃，温度变化≤5℃。

综上所述，目前我国现有的角度校准装置中只能对常温环境下的编码器进行校准，没有能够在地面模拟太空高低温的环境中，对编码器进行角度校准的装置。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高低温环境下角度校准装置。

本实用新型采用的技术方案是：一种高低温环境下角度校准装置，包括：高低温环境箱、隔温环、被测轴、标准角度编码器、笔记本电脑、隔振台、固定环、固定支架、固定平台、微调平台、圆弧、肋架、第一螺栓、第二螺栓、滚珠轴承、滚珠轴承内壁、滚珠、滚珠轴承外壁、被测角度编码器和电机，所述的高低温环境箱与隔振台放置在同一水平面上，所述的隔振台左端与高低温环境箱相贴合，所述的高低温环境箱右侧通过螺栓固定有隔温环，所述的隔温环能够最大限度的将高低温环境箱与外部环境相隔绝，降低高低温环境箱内外温度交换，所述的隔温环中间开有圆孔，所述的隔温环中间安装有滚珠轴承，被测轴通过滚珠轴承穿入高低温环境箱中，所述的被测轴的左侧与被测角度编码器相连接，所述的被测角度编码器左侧与电机相连接，所述的被测轴右侧与标准角度编码器相连接，所述的标准角度编码器下部安装有固定支架，所述的固定支架上端开有圆弧，所述的圆弧大小与标准角度编码器的外径相配合，所述的标准角度编码器的下部前后均安装有固定环，所述的固定环通过螺栓固定在固定支架上，所述的固定支架通过肋架底部的第一螺栓固定在固定平台上，所述的固定平台通过螺栓固定在微调平台上面，所述的微调平台能够调节固定平台的高度，所述的固定支架上开有肋架，所述的固定支架四边角均作圆弧处理，所述的微调平台通过第二螺栓固定在隔振台的上面。

进一步的方案，所述的滚珠轴承内壁与被测轴相固定配合，被测轴转动时，将滑动摩擦转化为滚珠轴承中滚珠与滚珠轴承内壁和滚珠轴承外壁的滚动摩擦，减少摩擦力带来的额外扭矩，所述的滚珠轴承为耐高温轴承，隔绝高低温环境箱内部与外部环境温度对流带来的影响，防止对高低温环境箱内局部温度带来影响。

一种高低温环境下角度校准方法，使用上述的装置，被测角度编码器安装在高低温环境箱中，标准角度编码器安装在高低温环境箱外部常温环境中，为了对被测角度编码器进行校准，本方法采用通过由电机带动被测角度编码器转动，被测轴将被测角度编码器的角度位移θ被测从高低温环境箱传递到外部常温环境中，然后通过连接在被测轴上的标准角度编码器测出此时的角度位移θ标准。具体方法如下：

首先，被测角度编码器由零位开始转动一个角度θ被测1，同时由被测轴将角度位移传递至标准角度编码器，记录此时标准角度编码器的角位移读数θ标准1。然后在第一次停止的位置再次转动一个角度，被测角度编码器的角度为θ被测2，同时记录此时标准角度编码器的角位移读数θ标准2，在这两次测量过程中，滚珠轴承内的滚动摩擦产生的摩擦力矩带来的额外角度误差分别为：θ′0、θ″0。

则这两次测量过程中，被测端实际的标准角度θ′标准与标准传感器读数θ标准之间的关系为：

θ′标准1-θ′0＝θ标准1，

θ′标准2-θ″0＝θ标准2，

采用相对测量方法，被测角度编码器所得角度与实际标准角度之间的测量误差Δθ为：

Δθ＝Δθ′标准-Δθ被测

＝(θ′标准2-θ′标准1)-(θ被测2-θ被测1)

＝[(θ标准2+θ″0)-(θ标准2+θ′0)]-(θ被测2-θ被测1)

＝(θ标准2-θ标准1)-(θ被测2-θ被测1)+(θ″0-θ′0)

＝Δθ标准-Δθ被测+Δθ0

两次测量中，测量条件基本上完全一致，摩擦力矩带来的额外角度误差θ′0、θ″0可认为近似相等。因此Δθ0＝(θ″0-θ′0)<<(θ″0或θ′0)≈0。

即：

Δθ＝Δθ标准-Δθ被测，

通过相对测量法减小了滚动摩擦带来的附加角度误差θ0的影响，提高了校准测量的精度。

本方案的有益效果主要体现在：

1.一种高低温环境下角度校准装置，采用轴传递的角度位移的方法，将安装在高低温环境箱中的被测角度编码器发生的转动角度传递到安装在轴的另一端的常温环境中的标准角度编码器上，由于本装置的测量精度高，因此需要消减摩擦带来的影响，采用滚珠轴承将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而减小摩擦带来的额外扭矩的影响，并且采用的滚珠轴承为耐高温轴承，隔绝高低温环境箱内部与外部环境温度对流带来的影响，防止对高低温环境箱内局部温度带来影响。

2.一种高低温环境下角度校准装置，虽然已经将被测轴的滑动摩擦转化为滚动摩擦，但是由于本装置的测量精度高，因此需要再次消减摩擦带来的影响，本方法采用相对测量的方法，将两次测量的数据作差，近似看作两次滚动摩擦带来的数值大小相同，从而进一步减小滚动摩擦带来的影响。

附图说明

图1是本实用新型的外部结构图；

图2是本实用新型的局部放大图；

图3是本实用新型的局部结构图；

图4是本实用新型的滚珠轴承剖视图。

具体实施方式

为了是本实用新型的技术手段、创作特征、达成的目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1至图4所示，一种高低温环境下角度校准装置，包括：高低温环境箱1、隔温环2、被测轴3、标准角度编码器4、笔记本电脑5、隔振台6、固定环7、固定支架8、固定平台9、微调平台10、圆弧11、肋架12、第一螺栓13、第二螺栓14、滚珠轴承15、滚珠轴承内壁16、滚珠17、滚珠轴承外壁18、被测角度编码器19和电机20，所述的高低温环境箱1与隔振台6放置在同一水平面上，所述的隔振台6左端与高低温环境箱1相贴合，所述的高低温环境箱1 右侧通过螺栓固定有隔温环2，所述的隔温环2能够最大限度的将高低温环境箱 1与外部环境相隔绝，降低高低温环境箱1内外温度交换，所述的隔温环2中间开有圆孔，所述的隔温环2中间安装有滚珠轴承15，被测轴3通过滚珠轴承15 穿入高低温环境箱1中，所述的被测轴3的左侧与被测角度编码器19相连接，所述的被测角度编码器19左侧与电机20相连接，所述的被测轴3右侧与标准角度编码器4相连接，所述的标准角度编码器4下部安装有固定支架8，所述的固定支架8上端开有圆弧11，所述的圆弧11大小与标准角度编码器4的外径相配合，所述的标准角度编码器4的下部前后均安装有固定环7，所述的固定环7 通过螺栓固定在固定支架8上，所述的固定支架8通过肋架12底部的第一螺栓 13固定在固定平台9上，所述的固定平台9通过螺栓固定在微调平台10上面，所述的微调平台10能够调节固定平台9的高度，所述的固定支架8上开有肋架 12，所述的固定支架8四边角均作圆弧11处理，所述的微调平台10通过第二螺栓14固定在隔振台6的上面。

进一步的方案，所述的滚珠轴承内壁16与被测轴3相固定配合，被测轴3 转动时，将滑动摩擦转化为滚珠轴承15中滚珠17与滚珠轴承内壁16和滚珠轴承外壁18的滚动摩擦，减少摩擦力带来的额外扭矩，所述的滚珠轴承15为耐高温轴承，隔绝高低温环境箱1内部与外部环境温度对流带来的影响，防止对高低温环境箱1内局部温度带来影响。

一种高低温环境下角度校准方法，使用上述的装置，被测角度编码器19安装在高低温环境箱中，标准角度编码器安装在高低温环境箱外部常温环境中，为了对被测角度编码器19进行校准，本方法采用通过由电机20带动被测角度编码器19转动，被测轴将被测角度编码器19的角度位移θ被测从高低温环境箱传递到外部常温环境中，然后通过连接在被测轴上的标准角度编码器测出此时的角度位移θ标准。

在常规方法中：

被测角度编码器19从零位开始转动一个角度后，可得被测角度编码器19 读数为θ被测，标准角度编码器4读数为θ标准，两者之间存在的误差为Δθ，由于被测角度编码器19是从零位开始的绝对测量，所以：

Δθ＝Δθ标准-Δθ被测

＝(Δθ标准-0)-(Δθ被测-0)

＝Δθ标准-Δθ被测

在本实用新型中，虽然已经将被测轴3的滑动摩擦转化为滚珠轴承15中滚珠17与滚珠轴承内壁16和滚珠轴承外壁18的滚动摩擦，但仍有滚动摩擦带来的附加角度误差θ0，因此被测端的实际标准角度θ′标准＝θ标准+θ0，则被测角度编码器19所得角度与实际标准角度之间的测量误差为：

Δθ＝θ′标准-θ被测＝(θ标准+θ0)-θ被测，

由于本装置要求的测量精度高，且滚动摩擦带来的附加角度误差θ0难以测量，因此本实用新型采用相对测量方法进一步减小滚动摩擦带来的附加角度误差θ0的影响：

首先，被测角度编码器19由零位开始转动一个角度θ被测1，同时由被测轴将角度位移传递至标准角度编码器，记录此时标准角度编码器的角位移读数θ标准1。然后在第一次停止的位置再次转动一个角度，被测角度编码器19的角度为θ被测2，同时记录此时标准角度编码器的角位移读数θ标准2，在这两次测量过程中，滚珠轴承15内的滚动摩擦产生的摩擦力矩带来的额外角度误差分别为：θ′0、θ″0。

则这两次测量过程中，被测端实际的标准角度θ′标准与标准传感器读数θ标准之间的关系为：

θ′标准1-θ′0＝θ标准1，

θ′标准2-θ″0＝θ标准2，

采用相对测量方法，被测角度编码器19所得角度与实际标准角度之间的测量误差Δθ为：

Δθ＝Δθ′标准-Δθ被测

＝(θ′标准2-θ′标准1)-(θ被测2-θ被测1)

＝[(θ标准2+θ″0)-(θ标准2+θ′0)]-(θ被测2-θ被测1)

＝(θ标准2-θ标准1)-(θ被测2-θ被测1)+(θ″0-θ′0)

＝Δθ标准-Δθ被测+Δθ0

两次测量中，测量条件基本上完全一致，摩擦力矩带来的额外角度误差θ′0、θ″0可认为近似相等。因此Δθ0＝(θ″0-θ′0)<<(θ″0或θ′0)≈0。

即：

Δθ＝Δθ标准-Δθ被测，

通过相对测量法减小了滚动摩擦带来的附加角度误差θ0的影响，提高了校准测量的精度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。