專利名稱：高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及航空氣動(dòng)力風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及的是能夠獲得天平工作公式的一套高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞天平是風(fēng)洞測(cè)力實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，天平的精準(zhǔn)度直接影響風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。天平是測(cè)量?jī)x器，不進(jìn)行標(biāo)定就不能使用，天平的標(biāo)定是通過(guò)天平校準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)完成的。天平校準(zhǔn)系統(tǒng)是提供高精度、高準(zhǔn)度天平的必要條件，天平的精準(zhǔn)度取決于校準(zhǔn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，因此各風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)單位都非常重視高精度天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制。風(fēng)洞天平校準(zhǔn)系統(tǒng)按加載坐標(biāo)軸系的不同，可分為地軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)與體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)。地軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)因?yàn)樘炱绞茌d后的變形，使所施加載荷的方向發(fā)生了變化，從而與天平體軸系的方向不一致，因而不能正確地模擬模型在風(fēng)洞的受力狀態(tài)，影響天平對(duì)氣動(dòng)力測(cè)量的準(zhǔn)度，目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)很少使用。體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)大體可分如下四種:回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)、跟隨式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)、測(cè)位式非補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)、雙天平式非補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)。跟隨式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的施力點(diǎn)距離天平太近，因此準(zhǔn)度較低；測(cè)位式非補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的體軸載荷是近似換算得到的，再加上很難確定施力點(diǎn)的確切位置，因此準(zhǔn)度較低；雙天平式非補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)天平也需要校準(zhǔn)，被校天平的誤差也要增加，因此設(shè)備結(jié)構(gòu)將更為復(fù)雜，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)天平量程范圍和精度要求很高，有的還需要一套復(fù)雜的標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)天平的系統(tǒng)。由于以上原因，回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)已成為校準(zhǔn)系統(tǒng)的主流趨勢(shì)，其性能的優(yōu)越性已經(jīng)被大家所認(rèn)識(shí)，發(fā)展速度也越來(lái)越快。回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)要求天平在靜校過(guò)程中所受的載荷始終與安裝在天平模型端加載頭的體軸系坐標(biāo)保持一致。當(dāng)天平及支桿受載變形時(shí)通過(guò)自動(dòng)測(cè)量、控制和調(diào)整系統(tǒng)使加載頭重新恢復(fù)到受載前的位置和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)體軸系校準(zhǔn)。回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)給天平校準(zhǔn)結(jié)果帶來(lái)的誤差主要來(lái)自于加載頭初始定位的誤差、力口載子系統(tǒng)的誤差和復(fù)位精度的誤差，因此回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)研制過(guò)程中需要考慮減少以上的誤差，實(shí)現(xiàn)高精度天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的研制。同時(shí)，回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的全自動(dòng)研制也是迫切需要解決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題，是為了解決回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的高精度和全自動(dòng)問(wèn)題，而提供一套技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)的高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)。采用的技術(shù)方案是:高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括復(fù)位子系統(tǒng)、加載子系統(tǒng)、加載頭初始定位子系統(tǒng)、復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)。所述復(fù)位子系統(tǒng)包括法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。自下而上將法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)串聯(lián)在一起。所述的加載子系統(tǒng)包括盒式結(jié)構(gòu)加載頭、拖動(dòng)裝置、砝碼串、傳力裝置。砝碼串放置于拖動(dòng)裝置上，砝碼串上端柄通過(guò)傳力裝置與盒式結(jié)構(gòu)加載頭連接，盒式天平下面與復(fù)位子系統(tǒng)連接，盒式天平上面與盒式結(jié)構(gòu)加載頭連接。所述的加載頭初始定位子系統(tǒng)，包括兩個(gè)測(cè)微準(zhǔn)直儀和立方鏡，立方鏡安裝于盒式結(jié)構(gòu)加載頭上。所述的復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)包括六個(gè)高精度半導(dǎo)體激光位移傳感器。將六個(gè)高精度半導(dǎo)體激光位移傳感器分成三組測(cè)量加載頭在空間位置變化。所述的控制子系統(tǒng),通過(guò)CAN總線和DeviceNet總線驅(qū)動(dòng)復(fù)位子系統(tǒng)和加載子系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載和自動(dòng)復(fù)位。本實(shí)用新型取得的積極效果是:(I)、該套回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)大量選用高精度的成品件；(2)該套回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大載荷配重的雙層拖動(dòng)研制；3)該套回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)加載頭初始定位精度:線位移小于
0.05mm,角位移小于5"；(4)該套回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)復(fù)位精度:線位移小于0.03mm，角位移小于3"；(5)該套回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)天平校準(zhǔn)，一臺(tái)天平校準(zhǔn)時(shí)間由原來(lái)需12小時(shí)縮減到現(xiàn)在的5小時(shí)以內(nèi)，大大提高了時(shí)間效率；(6)應(yīng)用此套天平校準(zhǔn)系統(tǒng)完成了多臺(tái)天平的校準(zhǔn)，精準(zhǔn)度指標(biāo)均達(dá)到國(guó)軍標(biāo)合格指標(biāo)，多數(shù)達(dá)到國(guó)軍標(biāo)先進(jìn)指標(biāo)。

圖1是本實(shí)用新型的整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的俯視示意圖。圖3是本實(shí)用新型的復(fù)位子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型的砝碼串結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型的立方鏡準(zhǔn)直原理示意圖。圖6是本實(shí)用新型的復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實(shí)用新型的雙層拖動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括復(fù)位子系統(tǒng)1、加載子系統(tǒng)
2、加載頭初始定位子系統(tǒng)3、復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)4、盒式天平5、控制子系統(tǒng)6和軟件子系統(tǒng)7。所述的復(fù)位子系統(tǒng)1，包括法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12和側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13。自下而上將法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)10、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)11、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)12和側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)13串聯(lián)在一起。所述的加載子系統(tǒng)2，包括盒式結(jié)構(gòu)加載頭14、拖動(dòng)裝置15、砝碼串16、傳力裝置17。砝碼串16放置于拖動(dòng)裝置15上，砝碼串上端柄(見(jiàn)圖4)18通過(guò)傳力裝置17與盒式結(jié)構(gòu)加載頭14連接，盒式天平5下面與復(fù)位子系統(tǒng)I連接，盒式天平5上面與盒式結(jié)構(gòu)加載頭14連接。所述的加載頭初始定位子系統(tǒng)3包括兩個(gè)測(cè)微準(zhǔn)直儀19和立方鏡20 (見(jiàn)圖6)，立方鏡20安裝于盒式結(jié)構(gòu)加載頭14上。所述的復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)4包括六個(gè)高精度半導(dǎo)體激光位移傳感器21。所述的控制子系統(tǒng)6通過(guò)CAN總線和DeviceNet總線驅(qū)動(dòng)復(fù)位子系統(tǒng)I的電機(jī)23和加載子系統(tǒng)2的電機(jī)22轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載和自動(dòng)復(fù)位；本實(shí)用新型的工作過(guò)程及原理整套系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是:應(yīng)用復(fù)位子系統(tǒng)I和加載頭初始定位子系統(tǒng)3完成盒式結(jié)構(gòu)加載頭14的初始定位；控制子系統(tǒng)6和軟件子系統(tǒng)7準(zhǔn)備就位后，操作人員通過(guò)中心控制站的人機(jī)界面下達(dá)全自動(dòng)天平校準(zhǔn)；軟件子系統(tǒng)7可以全自動(dòng)完成更新加載組號(hào)、自動(dòng)加載命令；軟件子系統(tǒng)7向控制子系統(tǒng)6發(fā)加載指令和復(fù)位指令，并時(shí)時(shí)地接收復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)；控制子系統(tǒng)6根據(jù)軟件子系統(tǒng)7的加載數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)22開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，拖動(dòng)裝置15的托盤(pán)24帶動(dòng)砝碼串16下移，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載；同時(shí)復(fù)位子系統(tǒng)I根據(jù)復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)4測(cè)量出加載頭在盒式天平5加載變形后相對(duì)于初始位置的角度和位移變化量，在加載同時(shí)六個(gè)自由度電機(jī)23轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位；自動(dòng)加載完畢后返回加載完成信息，軟件子系統(tǒng)7才開(kāi)始判斷復(fù)位是否結(jié)束，當(dāng)判斷復(fù)位結(jié)束信息返回來(lái)，軟件子系統(tǒng)7自動(dòng)命令數(shù)采設(shè)備采集盒式天平5信號(hào)便完成了 一組載荷的加載復(fù)位過(guò)程；如此往復(fù)，可實(shí)現(xiàn)盒式天平5的多個(gè)加載點(diǎn)的自動(dòng)加載、復(fù)位、采集，即完成此臺(tái)盒式天平5的全自動(dòng)校準(zhǔn)工作，并自動(dòng)生成天平合格證。
權(quán)利要求1.高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括復(fù)位子系統(tǒng)(I)、加載子系統(tǒng)(2)、加載頭初始定位子系統(tǒng)(3)、復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)(4)、盒式天平(5)、控制子系統(tǒng)(6)，其特征在于所述的復(fù)位子系統(tǒng)(1)，包括法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12)和側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)，自下而上將法向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)、軸向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)、側(cè)向直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)、俯仰角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(11)、滾轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(12)和側(cè)滑角運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(13)串聯(lián)在一起；所述的加載子系統(tǒng)(2 )，包括盒式結(jié)構(gòu)加載頭(14)、拖動(dòng)裝置(15 )、砝碼串(16 )、傳力裝置(17 )，砝碼串(16)放置于拖動(dòng)裝置(15)上，砝碼串上端柄(18)通過(guò)傳力裝置(17)與盒式結(jié)構(gòu)加載頭(14)連接，盒式天平(5)下面與復(fù)位子系統(tǒng)(I)連接，盒式天平(5)上面與盒式結(jié)構(gòu)加載頭(14)連接；所述的加載頭初始定位子系統(tǒng)(3)包括兩個(gè)測(cè)微準(zhǔn)直儀(19)和立方鏡(20)，立方鏡(20)安裝于盒式結(jié)構(gòu)加載頭(14)上；所述的復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)(4)包括六個(gè)高精度半導(dǎo)體激光位移傳感器(21);所述的控制子系統(tǒng)(6)通過(guò)CAN總線和DeviceNet總線驅(qū)動(dòng)復(fù)位子系統(tǒng)(I)的電機(jī)(23)和加載子系統(tǒng)(2)的電機(jī)(22)轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載和自動(dòng)復(fù)位。
專利摘要高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)包括復(fù)位子系統(tǒng)、加載子系統(tǒng)、加載頭初始定位子系統(tǒng)、復(fù)位測(cè)量子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)。為了解決回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)的高精度和全自動(dòng)問(wèn)題，研制了一套技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)的高精度全自動(dòng)回零式補(bǔ)償型體軸系天平校準(zhǔn)系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)研制過(guò)程中集合了多年在天平校準(zhǔn)系統(tǒng)研制和使用方面的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，整套系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了高精度和全自動(dòng)天平校準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G01M9/06GK202938983SQ20122014515
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者李小剛, 趙長(zhǎng)輝, 田于逵, 李明政, 宋長(zhǎng)友, 潘子英, 張志剛, 王艷, 江春茂, 劉博宇, 李強(qiáng), 孟魏, 張雪, 紀(jì)濤 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)空氣動(dòng)力研究所