專利名稱：一種精密離心機(jī)相交度的測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離心機(jī)測試方法，具體說就是一種精密離心機(jī)相交度的測量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
單以重力加速度作為輸入量來標(biāo)定加速度計(jì)顯然不能滿足慣性導(dǎo)航的要求。加速度計(jì)的重力場試驗(yàn)只能進(jìn)行±ig(g為重力加速度)以內(nèi)的加速度測量，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，彈箭的飛行加速度大于Ig甚至幾十個(gè)g。因此產(chǎn)生大于Ig的標(biāo)準(zhǔn)加速度，用來檢測加速度計(jì)的靜特性十分必要。最有效的產(chǎn)生大加速度的設(shè)備就是精密離心機(jī)。精密離心機(jī)是標(biāo)定加速度計(jì)在高過載條件下輸出性能，包括儀表的非線性及模型方程中的各項(xiàng)高次項(xiàng)系數(shù)的測試設(shè)備。精密離心機(jī)的 主要功能有:1.考核各種慣性器件在高加速度下的性能；2.驗(yàn)證加速度計(jì)在大于Ig狀態(tài)下的標(biāo)定結(jié)果與Ig狀態(tài)下的精確標(biāo)定結(jié)果的一致性；3.確定正確模型，分離誤差系數(shù)，進(jìn)行誤差分析。大臂式精密離心機(jī)主要由大臂、主軸軸承、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主副集流滑環(huán)、試件艙(亦稱儀器艙、“鳥籠”)、卸荷艙、動(dòng)態(tài)半徑與動(dòng)態(tài)失準(zhǔn)角測量裝置、速率控制系統(tǒng)、測角測速系統(tǒng)、靜動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)、反轉(zhuǎn)平臺(tái)同步傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其速率控制系統(tǒng)等部分組成。精密離心機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。圖中R表示被測加速度計(jì)坐標(biāo)系的原點(diǎn)至離心機(jī)主軸瞬時(shí)軸線的距離，即離心機(jī)的工作半徑；&、a0及aP分別表示輸入到被測加速度計(jì)的輸入軸、輸出軸及擺軸上的加速度的分量；Ro2表示向心加速度的大??；g為重力加速度。如果離心機(jī)主軸以角速度ω穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)時(shí)，將給被測加速度計(jì)施加向心加速度。向心加速度和重力加速度將在被標(biāo)定的加速度計(jì)的輸入、輸出和擺軸上進(jìn)行分配。如何分配取決于加速度計(jì)坐標(biāo)系對(duì)于主軸坐標(biāo)系及地理坐標(biāo)系的姿態(tài)。精密離心機(jī)有三個(gè)軸系，包括主軸軸系、水平軸軸系和方位軸軸系，水平軸軸線與主軸軸線應(yīng)該垂直且相交，方位軸軸線與水平軸軸線也應(yīng)垂直相交。軸線相交度的定義為兩軸線公垂線的長度。這兩個(gè)相交度誤差影響離心機(jī)工作半徑的計(jì)算，進(jìn)而影響輸入加速度的計(jì)算精度，最終影響加速度計(jì)誤差模型系數(shù)的標(biāo)定精度。所以準(zhǔn)確測量離心機(jī)的相交度顯得非常重要。精密離心機(jī)的相交度誤差要經(jīng)過精密測量后，并進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以期加速度計(jì)坐標(biāo)系達(dá)到要求的位姿精度。離心機(jī)相交度包括主軸軸線與水平軸軸線的相交度誤差，水平軸軸線與方位軸軸線的相交度誤差。由于精密離心機(jī)結(jié)構(gòu)形式的限制，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上的一些相交度的測試方法不能在離心機(jī)上應(yīng)用，所以必須通過檢測工裝設(shè)計(jì)，并利用離心機(jī)的特殊位置，將離心機(jī)上的主軸軸線、水平軸軸線和方位軸軸線引出，進(jìn)而確定相交度的大小。經(jīng)文獻(xiàn)檢索以及從多年的檢測實(shí)踐中總結(jié)出目前常用的轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度的測試方法主要有:(I)打表法，(2)細(xì)絲法，(3)十字靶標(biāo)法，(4)心軸法，技術(shù)相對(duì)較成熟，而精密離心機(jī)的相交度測量還未有文獻(xiàn)涉及，且方法不同于普通的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的相交度測量。離心機(jī)是一大型測試設(shè)備，而且水平軸的一端為環(huán)境端，經(jīng)緯儀的視線無法從試驗(yàn)端通向環(huán)境端，光線只能從主軸與水平軸交匯處到達(dá)試驗(yàn)端，所以以往測試轉(zhuǎn)臺(tái)的相交度的方法在此會(huì)受到限制；另外在國軍標(biāo)GJB1801-93《慣性技術(shù)測試設(shè)備測試方法》中也沒引入相交度測試方法。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上不足之處，本發(fā)明的目的在于公開一種精密離心機(jī)相交度的測量方法及
其裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種精密離心機(jī)相交度的測量裝置，包括精密離心機(jī)和經(jīng)緯儀，本裝置還包括一個(gè)圓柱形的套筒和兩個(gè)十字靶標(biāo)，兩個(gè)十字靶標(biāo)分別固定連接在套筒的兩端，整個(gè)套筒固聯(lián)在精密離心機(jī)的水平軸的軸線上，隨水平軸一起旋轉(zhuǎn)，引出水平軸線是靠套筒兩端的兩個(gè)十字靶標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平軸，套筒帶動(dòng)兩個(gè)靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)靶標(biāo)十字交叉點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓，用經(jīng)緯儀觀察靶標(biāo)的水平角或豎直角，圓心在水平軸線上，兩個(gè)靶標(biāo)可以引出軸線上的兩個(gè)點(diǎn)，兩點(diǎn)的連線確定了水平軸線，精密離心機(jī)的主軸的軸端安裝一細(xì)絲A，調(diào)整細(xì)絲A使它與主軸軸線一致，從而使細(xì)絲A上某點(diǎn)代表主軸軸線上的某個(gè)點(diǎn)，精密離心機(jī)的方位軸上固定一細(xì)絲B，通過調(diào)整細(xì)絲B使細(xì)絲B與方位軸軸線一致，通過細(xì)絲B上某點(diǎn)代表方位軸軸線上的某點(diǎn)，經(jīng)緯儀的三軸交會(huì)中心位于水平軸的延長線上，經(jīng)緯儀與離心機(jī)主軸軸線的距離能夠調(diào)節(jié)。本發(fā)明還具有如下特征:使用如上所述的精密離心機(jī)相交度測量裝置實(shí)現(xiàn)的測量方法，步驟如下:步驟一:水平軸軸線與主軸軸線的相交度誤差測試:I)旋轉(zhuǎn)水平軸，兩個(gè)靶標(biāo)中心的軌跡是一個(gè)圓，通過經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)兩靶標(biāo)中心并讀出水平角即可確定水平軸軸線的位置；2)將細(xì)絲A安裝在主軸軸端并使細(xì)絲與主軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)主軸軸系，通過觀測細(xì)絲A上的某點(diǎn)的角度，確定主軸軸線某點(diǎn)的位置；3)最后通過換算可以得出主軸軸線與水平軸軸線的相交度；步驟二:水平軸軸線與方位軸軸線的相交度誤差:I)將細(xì)絲B安裝在方位軸上，調(diào)整水平軸位置，使方位軸軸線與主軸軸線處于平行位置；2)旋轉(zhuǎn)方位軸，使細(xì)絲B與方位軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置可以代替方位軸軸線上某點(diǎn)；3)將離心機(jī)水平軸線旋轉(zhuǎn)180°后，再次旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置可以代替方位軸軸線上某點(diǎn)；4)通過細(xì)絲B的兩個(gè)平均位置，經(jīng)緯儀與方位軸軸線的距離，可以換算出水平軸線與方位軸軸線的相交度。目前常用的轉(zhuǎn)臺(tái)軸線垂直度的測試方法主要有:⑴打表法，⑵細(xì)絲法，⑶十字靶標(biāo)法，(4)心軸法等。本發(fā)明測量精度高、誤差小，操作簡便。


圖1為軸線相交度測試示意圖，圖2為圓柱形的套筒結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為主軸軸線與水平軸軸線的相交度檢測示意圖；圖4為方位軸軸線與水平軸軸線的相交度檢測示意圖；圖5為十字靶標(biāo)示意圖其中:1、主軸軸線，2、環(huán)境端，3、細(xì)絲A，4、水平軸軸線，5、靶標(biāo)B，6、套筒，7、方位軸軸線，8、細(xì)絲B，9、靶標(biāo)A，10、經(jīng)緯儀，11、實(shí)驗(yàn)端；12、十字刻線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1:結(jié)合圖1-4，一種精密離心機(jī)相交度的測量裝置，包括精密離心機(jī)和經(jīng)緯儀，本裝置還包括一個(gè)圓柱形的套筒和兩個(gè)十字靶標(biāo)，套筒的兩端固聯(lián)兩個(gè)十字靶標(biāo)，整個(gè)套筒固聯(lián)在精密離心機(jī)的水平軸的軸線上，隨水平軸一起旋轉(zhuǎn)，引出水平軸線是靠套筒兩端的十字靶標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平軸，套筒帶動(dòng)兩個(gè)靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)，靶標(biāo)十字交叉點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓，用經(jīng)緯儀觀察靶標(biāo)的水平角或豎直角，圓心在水平軸線上，兩個(gè)靶標(biāo)可以引出軸線上的兩個(gè)點(diǎn)，兩點(diǎn)的連線確定了水平軸線，精密離心機(jī)的主軸的軸端安裝一細(xì)絲A，調(diào)整細(xì)絲A使它與主軸軸線一致，從而使細(xì)絲A上某點(diǎn)代表主軸軸線上的某個(gè)點(diǎn)，精密離心機(jī)的方位軸上固定一細(xì)絲B，通過調(diào)整細(xì)絲B使細(xì)絲B與方位軸軸線一致，通過細(xì)絲B上某點(diǎn)代表方位軸軸線上的某點(diǎn)，經(jīng)緯儀的三軸交會(huì)中心位于水平軸的延長線上，經(jīng)緯儀與離心機(jī)主軸軸線的距離能夠調(diào)節(jié)。 本發(fā)明由所述的精密離心機(jī)相交度測量裝置實(shí)現(xiàn)的測量方法，通過經(jīng)緯儀分別對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)靶標(biāo)及兩個(gè)細(xì)絲后讀出它們的水平角。用經(jīng)緯儀與安裝在主軸軸端上的細(xì)絲A配合，引出主軸軸線上某點(diǎn)；水平軸軸線用兩個(gè)靶標(biāo)A、B引出；用經(jīng)緯儀與安裝在方位軸工作臺(tái)面上的細(xì)絲B配合，弓I出方位軸軸線上某點(diǎn)。通過弓丨出主軸軸線、水平軸軸線和方位軸軸線,最終可確定離心機(jī)的主軸軸線與水平軸軸線的相交度、水平軸軸線與方位軸軸線的相交度。具體步驟如下:步驟一:水平軸軸線與主軸軸線的相交度誤差測試:I)旋轉(zhuǎn)水平軸，兩個(gè)靶標(biāo)中心的軌跡是一個(gè)圓，通過經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)兩靶標(biāo)中心并讀出水平角即可確定水平軸軸線的位置；2)將細(xì)絲A安裝在主軸軸端并使細(xì)絲與主軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)主軸軸系，通過觀測細(xì)絲A上的某點(diǎn)的角度，確定主軸軸線某點(diǎn)的位置；3)最后通過換算可以得出主軸軸線與水平軸軸線的相交度；步驟二:水平軸軸線與方位軸軸線的相交度誤差:I)將細(xì)絲B安裝在方位軸上，調(diào)整水平軸位置，使方位軸軸線與主軸軸線處于平行位置；2)旋轉(zhuǎn)方位軸，使細(xì)絲B與方位軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置可以代替方位軸軸線上某點(diǎn)；
3)將離心機(jī)水平軸線旋轉(zhuǎn)180°后，再次旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置可以代替方位軸軸線上某點(diǎn)；4)通過細(xì)絲B的兩個(gè)平均位置，經(jīng)緯儀與方位軸軸線的距離，可以換算出水平軸線與方位軸軸線的相交度。本發(fā)明的離心機(jī)也是一個(gè)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，三軸轉(zhuǎn)臺(tái)一般分為外環(huán)軸、中環(huán)軸和內(nèi)環(huán)軸軸系，理想情況下要求三條回轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)。三軸相交度包括外環(huán)軸軸線與中環(huán)軸軸線的相交度、中環(huán)軸軸線與內(nèi)環(huán)軸軸線的相交度、外環(huán)軸軸線與內(nèi)環(huán)軸軸線的相交度。由于精密離心機(jī)的特點(diǎn)，主軸軸線與方位軸軸線不能相交,主軸軸線與方位軸軸線必須存在一定的距離R，R就是離心機(jī)的工作半徑，正式有這個(gè)半徑才能產(chǎn)生向心加速度來標(biāo)定加速度計(jì)等，所以精密離心機(jī)只要求主軸軸線與水平軸軸線的相交度、水平軸軸線與方位軸軸線的相交度。這是離心機(jī)相交度不同于一般三軸轉(zhuǎn)臺(tái)相交度的特點(diǎn)。由于離心機(jī)的環(huán)境端沒有通光孔，經(jīng)緯儀無法從環(huán)境端觀測水平軸上的兩個(gè)靶標(biāo)A、B，所以通過主軸旋轉(zhuǎn)至0°和180°后，分別引出水平軸軸線來測試主軸軸線與水平軸軸線的相交度無法實(shí)現(xiàn)。又由于整個(gè)水平軸系處于離心機(jī)的試驗(yàn)端一側(cè)，通過主軸旋轉(zhuǎn)至0°和180°后采用打表法來測量主軸軸線與水平軸軸線的相交度也無法實(shí)現(xiàn)。本文采用將經(jīng)緯儀處于水平軸的延長線上，將細(xì)絲A采用工裝將其抬高使經(jīng)緯儀能夠觀測到。經(jīng)緯儀在此時(shí)既能與水平軸上的靶標(biāo)A、B配合引出水平軸線，又能與細(xì)絲A配合引出主軸軸線上的某點(diǎn)，巧妙的解決了這個(gè)相交度測試的難題，而且容易實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明沒有采用心軸法，心軸直徑一般Φ20πιπι，心軸法是靠心軸的邊緣引出軸線，測試誤差大。采用細(xì)絲法引出軸線，細(xì)絲可以做到ΦΙΟμπι直徑，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)觀測，引出的軸線的精度高，測量的相交的精度也較高。本發(fā)明還有如下特點(diǎn):第一:采用經(jīng)緯儀 和水平軸固聯(lián)十字靶標(biāo)、主軸和方位軸固聯(lián)的細(xì)絲A和B等配合，將離心機(jī)的三個(gè)回轉(zhuǎn)軸線引出。第二:本系統(tǒng)相交度的測量精度為0.05mm(在5m范圍內(nèi))。如果采用高精度的經(jīng)緯儀，精度會(huì)更高。第三:設(shè)計(jì)了一套工裝夾具。靶標(biāo)A和B、細(xì)絲A和B均可以調(diào)整，使它們盡量與相應(yīng)的軸線重合。實(shí)施例2:結(jié)合圖2-4，1、主軸軸線與水平軸軸線相交度檢測:所用的測試儀器有:經(jīng)緯儀及夾具，2個(gè)十字靶標(biāo)，細(xì)絲及夾具，卷尺。具體測試步驟為:I)調(diào)整主軸軸線使主軸軸線的鉛垂度不大于I"。2)在主軸軸端安裝一根細(xì)絲A，在與細(xì)絲A等高度的位置安裝經(jīng)緯儀并使其與地基固聯(lián)，旋轉(zhuǎn)主軸，觀察細(xì)絲A水平角的變化，據(jù)此調(diào)整細(xì)絲位置，使細(xì)絲A位于主軸軸線上，即旋轉(zhuǎn)主軸時(shí)，細(xì)絲A在經(jīng)緯儀的視場中應(yīng)幾乎不動(dòng)。3)在水平軸線上安裝固定一個(gè)帶有兩個(gè)“十字”祀標(biāo)的套筒，將經(jīng)緯儀的高度降至與水平軸軸線同樣高度，調(diào)整兩個(gè)靶標(biāo)使靶標(biāo)中心位于水平軸軸線上。
4)調(diào)整經(jīng)緯儀使經(jīng)緯儀的豎直軸處于鉛垂?fàn)顟B(tài)，并使其鉛垂度不大于I "。5)當(dāng)經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)軸與離心機(jī)水平軸平行時(shí)主軸為0°位置，此時(shí)旋轉(zhuǎn)水平軸至0°、90°、180°和270°位置，記錄靶標(biāo)A和B的水平角Y 1、Ψ i，計(jì)算靶標(biāo)A和B的水平角平均值Y、Ψ。這樣就可以確定離心機(jī)的水平軸軸線。6)再測量主軸處于0°和180°位置時(shí)，用經(jīng)緯儀測量細(xì)絲B某點(diǎn)的水平角Q1,
Θ 2。7)用卷尺分別測量經(jīng)緯儀豎直軸到靶標(biāo)A、B以及主軸軸線的距離la、Ib和L。8)數(shù)據(jù)處理a、計(jì)算靶標(biāo)A、B坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種精密離心機(jī)相交度的測量裝置，包括精密離心機(jī)和經(jīng)緯儀，其特征在于:還包括一個(gè)圓柱形的套筒、兩個(gè)十字靶標(biāo)，兩個(gè)十字靶標(biāo)分別固定連接在套筒的兩端，整個(gè)套筒固聯(lián)在精密離心機(jī)的水平軸的軸線上，隨水平軸一起旋轉(zhuǎn)，引出水平軸線是靠套筒兩端的兩個(gè)十字靶標(biāo)，旋轉(zhuǎn)水平軸，套筒帶動(dòng)兩個(gè)靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)靶標(biāo)十字交叉點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓，用經(jīng)緯儀觀察靶標(biāo)的水平角或豎直角，圓心在水平軸線上，兩個(gè)靶標(biāo)可以引出軸線上的兩個(gè)點(diǎn)，兩點(diǎn)的連線確定了水平軸線，精密離心機(jī)的主軸的軸端安裝一細(xì)絲A，調(diào)整細(xì)絲A使它與主軸軸線一致，從而使細(xì)絲A上某點(diǎn)代表主軸軸線上的某個(gè)點(diǎn)，精密離心機(jī)的方位軸上固定一細(xì)絲B，通過調(diào)整細(xì)絲B使細(xì)絲B與方位軸軸線一致，通過細(xì)絲B上某點(diǎn)代表方位軸軸線上的某點(diǎn)，經(jīng)緯儀的三軸交會(huì)中心位于水平軸的延長線上，經(jīng)緯儀與離心機(jī)主軸軸線的距離能夠調(diào)節(jié)。
2.一種由權(quán)利要求1所述的精密離心機(jī)相交度測量裝置實(shí)現(xiàn)的測量方法，其特征在于:步驟如下: 步驟一:水平軸軸線與主軸軸線的相交度誤差測試: 1)旋轉(zhuǎn)水平軸，兩個(gè)靶標(biāo)中心的軌跡是一個(gè)圓，通過經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)兩靶標(biāo)中心并讀出水平角即可確定水平軸軸線的位置； 2)將細(xì)絲A安裝在主軸軸端并使細(xì)絲與主軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)主軸軸系，通過觀測細(xì)絲A上的某點(diǎn)的角度，確定主軸軸線某點(diǎn)的位置； 3)最后通過換算可以得出主軸軸線與水平軸軸線的相交度； 步驟二:水平軸軸線與方位軸軸線的相交度誤差: 1)將細(xì)絲B安裝在方位軸上，調(diào)整水平軸位置，使方位軸軸線與主軸軸線處于平行位置； 2)旋轉(zhuǎn)方位軸，使細(xì)絲B與方位軸軸線重合，旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置可以代替方位軸軸線上某點(diǎn)； 3)將離心機(jī)水平軸線旋轉(zhuǎn)180°后，再次旋轉(zhuǎn)方位軸至0°和180°位置，用經(jīng)緯儀對(duì)準(zhǔn)細(xì)絲B，讀出水平角，細(xì)絲B的平均位置代替方位軸軸線上某點(diǎn)； 4)通過細(xì)絲B的兩個(gè)平均位置，經(jīng)緯儀與方位軸軸線的距離，換算出水平軸線與方位軸軸線的相交度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種精密離心機(jī)相交度的測量方法及其裝置。其裝置是包括一個(gè)圓柱形的套筒、兩個(gè)十字靶標(biāo)、精密離心機(jī)和經(jīng)緯儀，兩個(gè)十字靶標(biāo)分別固定連接在套筒的兩端，整個(gè)套筒固聯(lián)在精密離心機(jī)的水平軸的軸線上，經(jīng)緯儀距離離心機(jī)的距離可調(diào)，通過經(jīng)緯儀可以讀出靶標(biāo)及細(xì)絲的水平角，用經(jīng)緯儀與靶標(biāo)配合，引出主軸軸線上某點(diǎn)，水平軸軸線用兩個(gè)靶標(biāo)引出，方位軸上某點(diǎn)，最終確定離心機(jī)的軸線相交度。測量方法步驟包括水平軸軸線與主軸軸線、方位軸軸線的相交度誤差測試。本發(fā)明測量精度高、誤差小，操作簡便。
文檔編號(hào)G01B21/02GK103234498SQ20131009130
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月5日
發(fā)明者任順清, 王世明, 曾鳴, 于志偉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)