一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，包括机架，所述机架上设有：竖直安装并沿机架升降运动的大丝杆，该大丝杆具有内螺纹与外螺纹；顶部螺纹配合在大丝杆内螺纹中的小丝杆，小丝杆的底部安装有水听器或被测水声部件；调整所述水听器或被测水声部件水下深度的驱动装置，包括驱动大丝杆升降的第一传动机构和驱动小丝杆旋转升降的第二传动机构；调整所述水听器或被测水声部件水下角度的转动部件，该转动部件为驱动大丝杆旋转的回转机构。本发明用于改变被测水声部件和声源之间的深度、角度和距离，提高水听器的测试精度，缩短测试时间。
【专利说明】一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水听器测试用装置，尤其涉及一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构。
【背景技术】
[0002]水听器俗称声纳，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。水听器是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。
[0003]根据水听器的工作原理，其采用的波段比较局限。因此水听器的位置、角度等参数对检测结果影响巨大。可以说，水听器测试装置的精度和稳定性直接影响到整个声呐系统的精度，因此水听器测试装置已经成为该设备生产，测试和检测过程中不可或缺的重要设备。
[0004]在测试水听器时，声波发射器和被测样品置于水中，水听器安装在被测样品周围，用于接收被测样品的反射波，并通过计算机算出被测样品的姿态，然后改变被测样品的姿态，再通过水听器接收得的反射波计算姿态变化后的值，并与实际调整值比较，即可得出水听器的测试精度。
[0005]现有技术中，采用升降回转扫描装置控制被测样品姿态调整，该升降回转扫描装置是一个四维运动控制系统，包括平台升降机构、水平移动机构(X轴，Y轴)，垂直移动机构(Z轴)以及旋转机构，其中的平台升降机构为水平移动机构的承载装置，它主要做升降运动，由于整个系统的入水深度有要求，当平台处于安装高度的时候光靠Z轴入水深度还不能满足要求，因此由平台升降机构带动整个机构升降来弥补。
[0006]上述的升降回转扫描装置只适用于小吨位水听器的测试，针对10吨及以下大吨位水听器，现有的升降回转扫描装置的承重量具有一定的局限性，且无法达到要求的精度。
【发明内容】
[0007]针对10吨及以下的大吨位水听器的升降回转测试，本发明提供了一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，用于改变被测水声部件和声源之间的深度、角度和距离，具有自身独特的控制规律，它不仅可以极大的提高水听器的测试精度，而且可以大大缩短测试时间，加快水听器的开发周期。
[0008]本发明的装置为高精度机电一体化控制系统，当测试空间的高度受限制时，本装置可以对水下11.5米深度的被测部件进行测试，在测试平台上，通过被测声学部件(以下简称被测件)上端的连接法兰把被测件刚性地吊放至水下预定深度处，并带动被测件围绕其声学中心在水平面内作匀速回转运动，实时显示其下沉深度和回转方位角。
[0009]一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，包括机架，所述机架上设有:
[0010]竖直安装并沿机架升降运动的大丝杆，该大丝杆具有内螺纹与外螺纹；
[0011]顶部螺纹配合在大丝杆内螺纹中的小丝杆，小丝杆的底部安装有水听器或被测水声部件；
[0012]调整所述水听器或被测水声部件水下深度的驱动装置，包括驱动大丝杆升降的第一传动机构和驱动小丝杆旋转升降的第二传动机构；
[0013]调整所述水听器或被测水声部件水下角度的转动部件，该转动部件为驱动大丝杆旋转的回转机构。
[0014]在本发明中，由大丝杆和小丝杆组成驱动水听器或被测水声部件升降的升降杆，大丝杆长6.5米，小小丝杆长6米，升降杆下降的深度为11.5米，符合相应水深下被测部件的测试。
[0015]大丝杆呈管状，内外壁面上分别设有内螺纹与外螺纹，第一传动机构通过外螺纹驱动大丝杆升降，小丝杆伸入大丝杆内并与大丝杆螺纹配合，小丝杆底部固定有被测部件，在被测部件的重力作用下，小丝杆与大丝杆之间的螺纹咬合固定，使得回转机构驱动大丝杆旋转时，实现小丝杆的同步转动，以调节被测部件的回转方位角。
[0016]为使系统中各部件结构的安装更加合理，所述的机架呈三层结构，所述的第一传动机构、回转机构和第二传动机构由上而下依次安装在每层内，各部件的安装位置相互错开，避免启动时相互干扰。
[0017]本发明中，所述机架顶部竖立装有导向套，所述大丝杆活动插设在导向套内，通过导向套套住大丝杆，防止大丝杆裸露在外，并为大丝杆升降提供导向和限位。
[0018]大丝杆的升降通过丝杆螺母传动，所述的第一传动机构包括螺纹配合在大丝杆外且轴向限位的旋转齿轮，驱动旋转齿轮的第一传动电机，以及传动连接在旋转齿轮与第一传动电机之间的第一离合器。第一传动电机米用变频电机，第一离合器用于调节旋转齿轮的驱动状态，可在手动、机动和空挡三个模式之间进行切换，该第一传动机构还包括摆线减速机及齿轮减速机，用于控制大丝杆的升降速度。
[0019]同理，所述的第二传动机构包括转动小丝杆的驱动齿轮，转动驱动齿轮的第二传动电机，以及传动连接在驱动齿轮与第二传动电机之间的第二离合器；所述小丝杆的顶部设有外螺纹，与大丝杆内螺纹配合，小丝杆的顶部以下部位设有外花键，所述的驱动齿轮花键联接在小丝杆外并轴向限位。
[0020]本发明中，小丝杆的杆体分段，顶部的杆体带有螺纹,始终螺纹配合在大丝杆内，其余部分杆体的表面设有外花键，驱动齿轮通过花键联接带动小丝杆旋转，顶部沿大丝杆内螺纹转动，驱动小丝杆下降。
[0021]第二传动电机也采用变频电机，第二离合器可在手动、机动和空挡三个模式之间进行切换，第二传动机构的摆线减速机和齿轮减速机，用于控制小丝杆的升降速度。
[0022]为保证系统的安全，只有当大丝杆在顶端时小丝杆才能运动，即大小丝杆在任一时间只有一个丝杆在运动。所述的机架上设有感应大丝杆处于下降极限位置的传感器，该传感器发出控制第一传动电机停止的信号和发出控制第二传动电机启动的信号。大丝杆首先上下垂直移动，到最大极限位置后，由传感器给出动作指令，大丝杆停止运动，小丝杆作上下垂直移动，至到指定位置。
[0023]在本发明中，所述的回转机构包括固定在机架上的底座，所述底座上转动配合有用于驱动大丝杆旋转的承重转盘和驱动承重转盘转动的回转驱动机构。承重转盘在回转驱动机构的驱动下“抱住”升降杆在水平面内回转。
[0024]其中，所述的回转驱动机构包括回转电机，连接回转电机并输出动力至承重转盘的机械离合器，以及接入机械离合器且用于驱动承重转盘的手动轮。所述的承重转盘包括旋转座，该旋转座上滑动配合有抱紧件，通过抱紧件的相对远离和靠近来松开和抱紧所述的大丝杆。
[0025]回转机构用于调节被测部件的回转方位角，只有在被测部件下降到位后，承重转盘才会启动，驱动被测部件旋转。另外，大丝杆升降、小丝杆升降和回转方位角调整均是单独进行的，次序依次为大丝杆升降-小丝杆升降-回转方位角调整。
[0026]另外，本发明中的装置还可以实现待测部件的平移，所述的水听器自动升降回转机构还包括位于机架下方的支撑导轨，所述机架沿支撑导轨滑动配合，机架沿支撑导轨移动，改变被测水声部件和声源之间的距离。
[0027]本发明具有如下功能:
[0028](I)在测试平台上，通过被测声学部件(以下简称被测件)上端的连接法兰把被测件刚性地吊放至水下预定深度处，并带动被测件围绕其声中心在水平面内作匀速回转运动，实时显示其下沉深度和回转方位角；
[0029](2)安装现场和测量实验室都可以控制和显示被测件的升降和下沉深度及向左、向右回转和水平方位角；
[0030](3)被测件的最大重量为10吨，被测件与升降杆间连接法兰最大入水深度为11.5米，回转方位角范围是0° ±190° ；
[0031](4)升降和回转的信息通过有线或无线接口输入实验室中的水声测量系统，使测量系统与回转机构相组合，能程控自动完成所有有关方位角的测量项目；
[0032](5)升降杆的升降位移量和回转角度量除有机械刻度显示外，在操作现场和操作室中同时都有显著的数字显示；
[0033](6)整个装置运行平稳，机械振动噪声小；对升降和回转运动惯性的制动应迅速、灵敏；装置带有升降和回转的过限保护机构，过限保护应既灵敏又可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为水听器自动升降回转机构的结构示意图；
[0035]图2为本发明提供的自动控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0036]如图1所示，水听器自动升降回转机构的机械结构部分包括导向套1、法兰2、第一传动机构3、大丝杆4、机械刻度盘5、回转机构6、手动轮7、底座8、驱动齿轮9、小丝杆10、连接杆11、第一传动电机12、摆线减速机13、导向滚轮14、第二传动机构15和机架16。
[0037]机架16呈三层结构，大丝杆4和小丝杆10竖直安装在机架16内，并可沿机架16垂直升降。大丝杆4呈管状，长6.5米，内外壁面上分别设有内螺纹与外螺纹。小丝杆10长6米，且顶部伸入大丝杆4内，并与其螺纹配合。机架16顶部通过法兰2竖立装有导向套I，大丝杆4活动插设在导向套I内，大丝杆4顶部套有导向滚轮14，用于大丝杆4的运动导向和限位，小丝杆10底部通过连接杆11固定有被测部件，该被测部件包括水听器和被测水声部件，具有较大的重量，具体应不超过10吨。
[0038]大丝杆4和小丝杆10组成两节丝杆伸缩式的升降杆，升降范围11.5米，升降杆通过法兰与连接杆11衔接，法兰在水面以上的运动范围1.5米，在水面以下运动范围为10米。大丝杆4和小丝杆10的升降速度分三档:快速档:2米/分钟，中速档:1米/分钟，慢速档:0.5米/分钟。升降控制方式也有自动连续和人工点动两种。升降杆具备用于指示入水深度的指针，当升降杆端头法兰面位于水面时，指针应指示“O”刻度，提出水面时，指示
刻度，潜入水中时指示“ + ”刻度，升降杆的升降位移同时具有数字显示，数字显示位数为:±ΧΧ.XXX，单位米，分辨力I毫米。
[0039]机架16安装在一滑动座上，滑动座底部设有支撑导轨，该滑动座可带动机架16沿支撑导轨移动，调整被测部件与声源之间的距离。第一传动机构3、回转机构6和传动机构15自上而下依次安装在机架16的每层空间内。
[0040]第一传动机构3用于驱动大丝杆4升降，包括螺纹配合在大丝杆4外且轴向限位的旋转齿轮，驱动旋转齿轮的第一传动电机12,以及衔接在旋转齿轮与第一传动电机12之间的第一离合器。第一传动电机12米用变频电机，利用变频切换大丝杆4的速度档,第一离合器用于调节旋转齿轮的驱动状态，可在手动、机动和空挡三个模式之间进行切换，实现大丝杆4的自动连续和人工点动两种驱动模式，调节至空挡时，第一传动机构3与旋转齿轮之间的动力传输切断。另外，第一传动机构还包括摆线减速机13及齿轮减速机。减速机的主动轮与旋转齿轮啮合，驱动旋转齿轮转动，从而驱动大丝杆4升降。
[0041]第二传动机构15用于驱动小丝杆10升降，调节被测部件的水下深度，包括转动小丝杆10的驱动齿轮9，转动驱动齿轮9的第二传动电机，传动连接在驱动齿轮与第二传动电机之间的第二离合器，以及摆线减速机和齿轮减速机。为实现小丝杆10的旋转升降，小丝杆10的杆体分段，顶部的杆体带有外螺纹,始终螺纹配合在大丝杆4内，其余部分杆体的表面设有外花键，驱动齿轮花键联接在小丝杆外并轴向限位，驱动齿轮带动小丝杆旋转时，通过顶部与大丝杆的螺纹配合，驱动小丝杆下降。第二离合器用于手动、机动和空挡三个模式之间的切换，第二传动机构的摆线减速机和齿轮减速机，用于控制小丝杆的升降速度。
[0042]机架上设有感应大丝杆4处于下降极限位置的传感器，该传感器发出控制第一传动电机停止的信号和发出控制第二传动电机启动的信号。大丝杆首先上下垂直移动，到最大极限位置后，由传感器给出动作指令，大丝杆停止运动，小丝杆10作上下垂直移动，至到指定位置。
[0043]在小丝杆10下降到指定位置后，回转机构6驱动大丝杆旋转，改变被测部件水下的回转方位角。回转机构10包括固定在机架上的底座8，底座8上转动配合有用于驱动大丝杆4旋转的承重转盘和驱动承重转盘转动的回转驱动机构。回转驱动机构包括回转电机，连接回转电机并输出动力至承重转盘的机械离合器，以及接入机械离合器且用于驱动承重转盘的手动轮，用于手动操作回转机构6。
[0044]承重转盘包括旋转座，该旋转座上滑动配合有抱紧件，通过抱紧件的相对远离和靠近来松开和抱紧所述的大丝杆。承重转盘在回转驱动机构的驱动下“抱住”升降杆在水平面内回转，回转方式有三种:电动连续回转、电动点动回转和人工手摇回转；回转范围是:0° ±190°，电动回转时由电气限位机构进行自动限位；电动回转速度:最快速度为1.5° /秒(转一周需4分钟)，最慢速度为0.25° /秒(转一周需24分钟)，通过机械离合器和变频调速器进行变速；由机械离合器选择手摇工作状态(即处于空档位)，在此状态下，通过手动轮7进行人工手摇回转，手轮每摇动一周，承重转盘回转1° ;承重转盘回转角度的指示方式有两种:机械刻度盘式和数字显示式，机械刻度盘5安装在承重转盘上，并两者间可相对移动，以便于测试时调节0°指向，在底坐上沿测试孔纵向安装一角度指针；数字显示窗同时设在升降平台的显示牌上、触摸屏上和操作室中的工业控制计算机上；机械刻度盘的刻度范围是0° ±180°，用不同颜色区分“ + 向；数字显示盘的角度显示范围0° ±190°，显示分辨力为0.1°，显示位数为±ΧΧΧ.Χ°。
[0045]如图2所示，自动控制系统包括:操作室工业控制计算机17、现场控制器18、传动系统19、触摸屏20、升降回转机构21、传感器22、RS232通讯连接线23、RS232通讯连接线24、现场总线25和以太网26。
[0046]系统指令由操作室工业控制计算机17或触摸屏20发出，触摸屏20通过通讯连接线24连接现场控制器18，操作室工业控制计算机17通过通讯连接线23连接现场控制器18，将指令发到现场控制器18，根据指令内容启动驱动传动系统19，由传动系统19来驱动升降回转机构21动作，由传感器22将得到的反馈信息传递给现场控制器18，再由操作室工业控制计算机17或触摸屏20通过自主设计的软件将数据反馈给操作人员，使其采取相应的控制策略等，在操作室工业控制计算机17上通过自主软件以及现场总线25、以太网26还可以实现远程监控功能。
[0047]在升降回转平台旁安装有防水的控制柜，内部安放电气控制线路和变频调速器等部件，触摸屏20安装在升降回转平台支架上，此控制箱(装有触摸屏20及启停按钮)有操作按键面板和LCD显示器，通过面板按键操作大车、小车、升降、回转等运动，通过中文字和数字显示升降和回转角度等坐标参数，平台支架上上安装一大的显示牌，显示升降和回转坐标参数，回转机构在电动工作状态下有四种操作方式:“连续”、“点动”、“预置”和计算机“程控”;在“连续”方式下，操作人员按压一次“正转”或“反转”键，转盘按顺时针或逆时针方向连续转动，直至操作人员按“停止”键为止；在“点动”方式下，操作人员按住“正转”或“反转”键，转盘按顺时针或逆时针方向转动，直至操作人员松开键为止；在“预置”方式下，操作人员通过控制仪面板键盘设置转速和目标方位角，再按“启动”键，转盘按设定的速度回转，并到目标方位角时停止；在“程控”方式下，过程同“预制”方式，只是设定和启动全由计算机执行测量程序时完成，操作人员手动操作无效。
[0048]操作室内的工业控制计算机17通过接口或无线数据模块与现场控制器18通讯；工业控制计算机17可控制升降和回转机构的运行与定位；现场控制器18能把当前的升降和回转状态参数实时送至工业控制计算机17，同时工业控制计算机17也可以通过接口与水声测试系统的计算机通讯，把入水深度信息和回转角度数据实时馈入测量计算机，以便形成指向性图、测试报告等。
【权利要求】
1.一种具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，包括机架，其特征在于，所述机架上设有: 竖直安装并沿机架升降运动的大丝杆，该大丝杆具有内螺纹与外螺纹； 顶部螺纹配合在大丝杆内螺纹中的小丝杆，小丝杆的底部安装有水听器或被测水声部件； 调整所述水听器或被测水声部件水下深度的驱动装置，包括驱动大丝杆升降的第一传动机构和驱动小丝杆旋转升降的第二传动机构； 调整所述水听器或被测水声部件水下角度的转动部件，该转动部件为驱动大丝杆旋转的回转机构。
2.如权利要求1所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的机架呈三层结构，所述的第一传动机构、回转机构和第二传动机构由上而下依次安装在每层内。
3.如权利要求2所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述机架顶部竖立装有导向套，所述大丝杆活动插设在导向套内，且大丝杆顶部套有抵住导向套内壁的导向滚轮。
4.如权利要求1所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的第一传动机构包括螺纹配合在大丝杆外且轴向限位的旋转齿轮，驱动旋转齿轮的第一传动电机，以及传动连接在旋转齿轮与第一传动电机之间的第一离合器。
5.如权利要求4所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的第二传动机构包括转动小丝杆的驱动齿轮，转动驱动齿轮的第二传动电机，以及传动连接在驱动齿轮与第二传动电机之间的第二离合器； 所述小丝杆的顶部设有外螺纹，与大丝杆内螺纹配合，小丝杆的顶部以下部位设有外花键，所述的驱动齿轮花键联接在小丝杆外并轴向限位。
6.如权利要求5所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的机架上设有感应大丝杆处于下降极限位置的传感器，该传感器发出控制第一传动电机停止的信号和控制第二传动电机启动的信号。
7.如权利要求1所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的回转机构包括固定在机架上的底座，所述底座上转动配合有用于驱动大丝杆旋转的承重转盘和驱动承重转盘转动的回转驱动机构。
8.如权利要求7所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的回转驱动机构包括回转电机，连接回转电机并输出动力至承重转盘的机械离合器，以及接入机械离合器且用于驱动承重转盘的手动轮。
9.如权利要求8所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的承重转盘包括旋转座，该旋转座上滑动配合有抱紧件，通过抱紧件的相对远离和靠近来松开和抱紧所述的大丝杆。
10.如权利要求1所述的具有两级伸缩丝杆的水听器自动升降回转机构，其特征在于，所述的水听器自动升降回转机构还包括位于机架下方的支撑导轨，所述机架沿支撑导轨滑动配合。
【文档编号】G05D3/00GK104298250SQ201410403160
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】林峰 申请人:浙江大学