專利名稱：一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)。
技術(shù)背景高速戰(zhàn)斗機(jī)在飛行時(shí)，其座艙內(nèi)溫度會(huì)經(jīng)歷很大的溫差變化，往往可達(dá)土5(TC左右，這就會(huì)給飛行員的頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)帶來(lái)很大的影響，因此飛行員 的頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)在研發(fā)時(shí)必須放在環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)做高低溫試驗(yàn)，以檢驗(yàn)其在 高、低溫和常溫環(huán)境下的穩(wěn)定性和精確度，環(huán)境試驗(yàn)箱的試驗(yàn)溫度要求設(shè)置 在土65。C。對(duì)高低溫環(huán)境下五軸測(cè)試臺(tái)的要求是裝卡頭盔后，被測(cè)頭盔在空間要 實(shí)現(xiàn)五個(gè)自由度，即三個(gè)直線軸X、 Y、 Z和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸a、 P，五個(gè)軸各有其直線位移行程或角度轉(zhuǎn)動(dòng)范圍的要求。五個(gè)軸配合起來(lái)實(shí)現(xiàn)頭盔在空間數(shù) 個(gè)確定位置。在測(cè)試臺(tái)的上方安裝有光電瞄準(zhǔn)器的工裝，要求頭盔在每一個(gè) 確定的位置時(shí)光電瞄準(zhǔn)器要對(duì)準(zhǔn)頭盔上的感應(yīng)器，以此判斷和確定飛行員的 目視目標(biāo)。為了分離出頭盔瞄準(zhǔn)光電系統(tǒng)由于溫度影響帶來(lái)的誤差，要求測(cè) 試臺(tái)分別在高、低溫和常溫環(huán)境下的重復(fù)定位誤差都很小(每個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別 要在高、低溫和常溫環(huán)境下三次測(cè)量)，還要求測(cè)試臺(tái)重量較輕，因?yàn)橐?jīng) 常把測(cè)試臺(tái)搬入環(huán)境試驗(yàn)箱內(nèi)。目前的傳感器的精度雖然可以滿足測(cè)試臺(tái)定位精度，但是所有位置和角 度傳感器(包括電動(dòng)機(jī))幾乎都只能在常溫環(huán)境下工作，因此不能借助傳感器實(shí)現(xiàn)頭盔在空間的精確定位。另外由于金屬的線膨脹系數(shù)很大，如碳鋼線膨脹系數(shù)在2(TC 10(TC范圍內(nèi)是0. 000012左右，這會(huì)給測(cè)試臺(tái)的位置精度 和重復(fù)性定位精度帶來(lái)極大的影響。因此研究在士65tH式驗(yàn)環(huán)境的條件下的 五軸的測(cè)試方法并制造出相關(guān)裝置就成為迫切的需求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)，解決了現(xiàn)有技術(shù) 在土65TH式驗(yàn)環(huán)境條件下沒(méi)有合適傳感器，以及由于金屬的線膨脹導(dǎo)致的位 置精度和重復(fù)性定位精度不夠的難題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是， 一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)，包括機(jī) 架，機(jī)架上設(shè)置有水平的X—Y軸的定位板，定位板上設(shè)置有方箱，在方箱 中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱之間設(shè)置有Z軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在 Z軸裝置的上端面上設(shè)置有a軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在a軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu) 上設(shè)置有e軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)；在機(jī)架上設(shè)置有工裝。本發(fā)明的五軸測(cè)試臺(tái)的特點(diǎn)還在于，定位板上設(shè)置有定位孔，該定位孔每一組有兩個(gè)， 一個(gè)為主定位孔，另 一個(gè)為輔助定位孔。Z軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)是，包括在方箱的內(nèi)壁安裝有一對(duì)垂直設(shè)置的滾 動(dòng)導(dǎo)軌，在滾動(dòng)導(dǎo)軌中安裝有Z軸裝置的Z軸，Z軸可以上下移動(dòng)，Z軸裝 置的Z軸表面沿軸向設(shè)置有Z齒條，Z齒條與齒輪連接，齒輪與蝸輪減速器 連接，蝸輪減速器與手輪連接；在Z軸的下端面中心設(shè)置有定位銷a，在方 箱的底板上設(shè)置有定位銷b;在Z軸上還安裝有一根Z軸標(biāo)尺，Z軸標(biāo)尺上 設(shè)置有若干定位錐孔，在方箱的側(cè)壁設(shè)置有定位銷c。a軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上設(shè)置有a軸，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)設(shè)置在固定盤(pán)的上面，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)與固定盤(pán)同軸安裝，固定盤(pán)與Z軸裝置的上端連接；轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上還設(shè)置有定位銷d，固定盤(pán)上設(shè)置有相應(yīng)的按照a角度坐標(biāo)做 出的定位錐孔。e軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)是，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)上還設(shè)置有兩個(gè)立板，兩個(gè)立板之 間安裝有可轉(zhuǎn)動(dòng)的P軸；在一側(cè)的立板上安裝有兩個(gè)圓盤(pán)， 一個(gè)是固定圓盤(pán)， 與該側(cè)立板固連，固定圓盤(pán)上設(shè)置有按照e角度坐標(biāo)做出的定位錐孔，另一 個(gè)圓盤(pán)是轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)與固定圓盤(pán)同軸設(shè)置，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)上面設(shè)置有定 位銷e，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)與^軸同軸連接；5軸上設(shè)置有一安裝平臺(tái)。定位銷都采用提拉式的定位銷方式定位。各零、部件的材質(zhì)相同。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整及操作方便，定位誤差符合要求， 測(cè)量精度高、制作成本低。


圖1是本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)的局部結(jié)構(gòu)示意圖，其中，a是Z軸裝置調(diào)整和 定位結(jié)構(gòu)的連接示意圖，b是Z軸裝置與方箱3的定位連接示意圖，c是ci 軸和3軸部分的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)的連接示意圖。圖中，l.機(jī)架，2.定位板，3.Z軸裝置，4.a軸，5.P軸，6.工裝，7.Z軸， 8.滾動(dòng)導(dǎo)軌，9.齒條，IO.手輪，11.蝸輪減速器，12.齒輪，13.定位銷a， 14. 定位銷b， 15.Z軸標(biāo)尺，16.定位銷c， 17.固定盤(pán)，18.轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)，19.定位銷d， 20.固定圓盤(pán)，21.轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，22.定位銷e， 23.安裝平臺(tái)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)是，包括機(jī)架l，機(jī)架l上設(shè)置有水平的X—Y軸定位板2，定位板2上設(shè)置有方箱3，在方箱3中安裝 有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱3之間設(shè)置有Z軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在Z軸裝 置的上端面上設(shè)置有a軸4的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在a軸4的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu) 上設(shè)置有P軸5的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)；在機(jī)架1上設(shè)置有對(duì)應(yīng)于光電瞄準(zhǔn)器的 工裝6。X-Y軸坐標(biāo)是設(shè)置在一個(gè)定位板2來(lái)實(shí)現(xiàn)，定位板2上按照X—Y軸測(cè) 試坐標(biāo)制造出錐型的定位孔，該定位孔每一組有兩個(gè)， 一個(gè)為主定位孔，另 一個(gè)為輔助定位孔，以保證在定位板2上建立的X-Y軸與a軸4和P軸5的正交性。在頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量中，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試實(shí)質(zhì)是要測(cè)試目標(biāo)在指定空間 中相對(duì)的位置，而不是絕對(duì)位置，即使測(cè)試空間隨溫度變化而成比例變化， 但被測(cè)對(duì)象在指定空間中的相對(duì)位置不變即能滿足對(duì)測(cè)試裝置的要求，因此 本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)的各部件，全部都使用同一種金屬材料制作，以使線膨脹系數(shù)一致。如圖2a所示，是本發(fā)明實(shí)施例的Z軸裝置調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)的連接示意 圖。在方箱3的內(nèi)壁安裝有一對(duì)垂直設(shè)置的滾動(dòng)導(dǎo)軌8，在滾動(dòng)導(dǎo)軌8中安 裝有Z軸裝置的圓柱型的Z軸7， Z軸7可以上下移動(dòng)，Z軸裝置的Z軸7 表面沿軸向設(shè)置有齒條9，齒條9與齒輪12連接，齒輪12所在的傳動(dòng)軸與 蝸輪減速器ll連接，蝸輪減速器11與手輪IO連接；在Z軸7的下端面中 心設(shè)置有定位銷a13，在方箱3的底板上設(shè)置有提拉式的定位銷b14。通過(guò)手輪IO搖動(dòng)蝸輪減速器11 (附在方箱3外部)，通過(guò)齒輪12 (附 在方箱3內(nèi))帶動(dòng)齒條9移動(dòng)，從而帶動(dòng)Z軸7上下移動(dòng)。隨著Z軸7的下移，定位銷al3插入X—Y定位板2上的主定位孔進(jìn)行X—Y定位；定位銷 b14插入X_Y定位板2上的輔助定位孔，實(shí)現(xiàn)了 X-Y軸與a軸4和3軸5 的正交性。Z軸7可以保證實(shí)驗(yàn)的頭盔樣品一直位于Z軸裝置的最高處，保 證了光或電路射線不會(huì)被阻擋。如圖2b所示，是本發(fā)明實(shí)施例的Z軸裝置與方箱3的定位連接示意圖。 在Z軸7上還固定安裝有一根Z軸標(biāo)尺15，在Z軸標(biāo)尺15上設(shè)置有若干定 位錐孔，在方箱3的側(cè)壁安有定位銷c16。使用時(shí)，先把定位銷c16拔出，待Z軸標(biāo)尺15上的定位錐孔移到指定 的位置時(shí)，壓下定位銷c16,鎖住Z軸標(biāo)尺15，即可實(shí)現(xiàn)Z軸7的上下定位。如圖2c所示，是本發(fā)明實(shí)施例的a軸和e軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)的連接 示意圖。在Z軸裝置的上端連接有a軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，包括固定盤(pán)17， 固定盤(pán)17的上面設(shè)置有可水平轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18與固定盤(pán)17同 軸安裝，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18上設(shè)置有a軸4，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18上還設(shè)置有定位銷d19，固 定盤(pán)17上設(shè)置有相應(yīng)的按照a角度坐標(biāo)做出的定位錐孔，定位銷d19可以 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18在固定盤(pán)17上的a軸4的定位作用；在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18上還設(shè)置有P軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)18 上的兩個(gè)立板，兩個(gè)立板之間安裝有可垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的e軸5， ^軸5上設(shè)置有 一安裝平臺(tái)23，安裝平臺(tái)23的中心O點(diǎn)即為X—Y—Z軸的原點(diǎn)，在一側(cè) 的立板上安裝有兩個(gè)圓盤(pán)， 一個(gè)是固定圓盤(pán)20，與該側(cè)立板固連，不能轉(zhuǎn)動(dòng)， 固定圓盤(pán)20上有按照e角度坐標(biāo)做出的定位錐孔；另一個(gè)圓盤(pán)是轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán) 21，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)21與固定圓盤(pán)20同軸設(shè)置，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)21上面安有定位銷e22， 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)21與0軸5同軸連接。當(dāng)定位銷e22插入固定圓盤(pán)20上的某個(gè)定 位錐孔時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)P軸5的角度定位。本發(fā)明的所有的定位銷都采用提拉式定位銷方式定位。本發(fā)明裝置的定位原理是當(dāng)Z軸7定位在X — Y軸平面定位板2的原點(diǎn)，并且Z軸標(biāo)尺15定位在Z軸7原點(diǎn)時(shí)，P軸5上的安裝平臺(tái)23的中心 O點(diǎn)為X—Y—Z軸的原點(diǎn)，其次可以通過(guò)a軸4和3軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)a軸4 和P軸5的調(diào)整和定位。在包含五個(gè)軸的裝置上方，設(shè)有一道橫梁，上面有 安放光電瞄準(zhǔn)器的工裝6，它和五軸裝置共同形成了一個(gè)完整的、特定的測(cè) 試空間，無(wú)論該空間隨著溫差膨脹還是縮小，其內(nèi)部任何一點(diǎn)的相對(duì)位置是 不變的。在高低溫環(huán)境下對(duì)頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試實(shí)質(zhì)是在一個(gè)封閉的、特定 的相對(duì)空間中進(jìn)行，因此本發(fā)明使用同一種金屬材料，避開(kāi)因?yàn)榫€膨脹系數(shù) 帶來(lái)的巨大誤差而使測(cè)試成為可行；本發(fā)明的裝置通過(guò)完全使用金屬材料作 為定位元件，不使用任何傳感器，用常規(guī)的制造手段達(dá)到裝置的精度要求， 解決了沒(méi)有合適傳感器的難題；所設(shè)計(jì)的裝置利用常見(jiàn)材料制作，在經(jīng)濟(jì)上 可行，在目前的制造水平上也容易達(dá)到所要求的設(shè)計(jì)精度。本實(shí)施例的測(cè)試臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整及操作方便，3個(gè)直線軸上的定位誤 差為士0.02mm， 2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)角定位誤差為±30"，完全滿足了實(shí)驗(yàn)測(cè)量的需 要。
權(quán)利要求
1. 一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)，其特征在于包括機(jī)架(1)，機(jī)架(1)上設(shè)置有水平的X-Y軸的定位板(2)，定位板(2)上設(shè)置有方箱(3)，在方箱(3)中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱(3)之間設(shè)置有Z軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在Z軸裝置的上端面上設(shè)置有α軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在α軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)上設(shè)置有β軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)；在機(jī)架(1)上設(shè)置有工裝(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述的定位板(2)上 設(shè)置有定位孔，該定位孔每一組有兩個(gè)， 一個(gè)為主定位孔，另一個(gè)為輔助定 位孔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述的Z軸的調(diào)整和 定位結(jié)構(gòu)是，包括在方箱(3)的內(nèi)壁安裝有一對(duì)垂直設(shè)置的滾動(dòng)導(dǎo)軌(8)， 在滾動(dòng)導(dǎo)軌(8)中安裝有Z軸裝置的Z軸(7)， Z軸(7)可以上下移動(dòng)， Z軸裝置的Z軸(7)表面沿軸向設(shè)置有Z齒條(9)， Z齒條(9)與齒輪(12) 連接，齒輪(12)與蝸輪減速器(11)連接，蝸輪減速器(11)與手輪(10) 連接；在Z軸(7)的下端面中心設(shè)置有定位銷a (13)，在方箱(3)的底 板上設(shè)置有定位銷b (14)，在Z軸(7)上還安裝有一根Z軸標(biāo)尺(15)， Z軸標(biāo)尺(15)上設(shè)置有 若干定位錐孔，在方箱(3)的側(cè)壁設(shè)置有定位銷c (16)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述的a軸的調(diào)整和 定位結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18)上設(shè)置有a軸(4)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18) 設(shè)置在固定盤(pán)(17)的上面，轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18)與固定盤(pán)(17)同軸安裝，固定 盤(pán)(17)與Z軸裝置的上端連接；轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18)上還設(shè)置有定位銷d (19)，固定盤(pán)(17)上設(shè)置有相應(yīng)的 按照a角度坐標(biāo)做出的定位錐孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述的P軸的調(diào)整和 定位結(jié)構(gòu)是，在轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)(18)上還設(shè)置有兩個(gè)立板，兩個(gè)立板之間安裝有可 轉(zhuǎn)動(dòng)的P軸(5);在一側(cè)的立板上安裝有兩個(gè)圓盤(pán)， 一個(gè)是固定圓盤(pán)(20)， 與該側(cè)立板固連，固定圓盤(pán)(20)上設(shè)置有按照3角度坐標(biāo)做出的定位錐孔， 另一個(gè)圓盤(pán)是轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)(21)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)(21)與固定圓盤(pán)(20)同軸設(shè)置， 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)(21)上面設(shè)置有定位銷e (22)，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)(21)與P軸(5)同 軸連接；P軸(5)上設(shè)置有一安裝平臺(tái)(23)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述的定位銷都采用 提拉式的定位銷方式定位。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試臺(tái)，其特征在于所述各零、部件的材質(zhì)相同。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高低溫環(huán)境下的五軸測(cè)試臺(tái)，包括設(shè)置在機(jī)架上的水平的X-Y軸定位板，定位板上設(shè)置有方箱，在方箱中安裝有Z軸裝置，Z軸裝置與方箱之間設(shè)置有Z軸調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在Z軸裝置的上端面上設(shè)置有α軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，在α軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)上設(shè)置有β軸的調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)；在機(jī)架上設(shè)置有工裝。本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)，無(wú)論是支撐部件還是定位元件，全部都使用同一種材料制作。本發(fā)明的測(cè)試臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整及操作方便，定位誤差符合要求，測(cè)量精度高、制作成本低，完全滿足了實(shí)驗(yàn)測(cè)量的需要。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101281090SQ20081001822
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者呂延軍, 明 姜, 姜斯亮, 楊光雄 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)