一种高速高精台式平面近场扫描架制造技术

本发明专利技术公开了一种高速高精台式平面近场扫描架，包括光学平台、二维扫描平面机构、测试探头、伺服控制驱动一体化机箱；二维扫描平面机构为十字支撑结构，包括水平横梁和垂向立柱，垂向立柱还包括一个探头安装平面，用于安装所述测试探头；二维扫描平面机构和测试探头均设置在光学平台上方；伺服控制驱动一体化机箱控制垂向立柱在扫描过程中在水平横梁上面进行左右平移运动，测试探头在扫描过程中在垂向立柱上进行上下升降运动。本发明专利技术的扫描架具有扫描速度快、平面度高、重复定位精度高等优点，同时整体结构紧凑，便于安装运输。本方面的近场扫描架应用前景广泛，较传统的扫描架在性能上有了明显的改善。

High speed and high precision table type near field scanning frame

The invention discloses a high speed and high precision desktop planar near-field scanning frame, including optical platform, two-dimensional scanning plane mechanism, test probe, servo control integrated drive chassis; two-dimensional scanning plane mechanism for cross support structure, including the horizontal beam and the vertical column, the vertical column also includes a probe mounting surface for mounting the test probe; two-dimensional scanning plane mechanism and the probe are arranged on the platform above the optical drive; the integrated chassis control vertical column in the scanning process in a horizontal beam above translatory motion control servo test probe during scanning in the vertical column of up and down movement. The scanning frame of the invention has the advantages of fast scanning speed, high flatness, high repeatability, high positioning accuracy, compact structure and convenient installation and transportation at the same time. The near field scanning frame has a wide range of applications, and the performance of the traditional scanning frame has been improved obviously.

【技术实现步骤摘要】
一种高速高精台式平面近场扫描架
本专利技术属于天线近场测试应用领域，具体包括一种高速高精台式平面近场扫描架。
技术介绍
随着航空航天技术的迅猛发展，对于机载、弹载、星载天线的性能参数要求越来越高。作为高性能天线研制的重要测量设备，天线近场测量系统的精度高低直接决定了天线性能的好坏。天线近场测量精度,虽然取决于系统中诸多因素,有影响的误差源有18项之多，但最根本地取决于近场扫描架的精度。同时由于相控阵技术的不断向前发展，需要测试分析的天线单元数目愈来愈多，测试效率也成为制约天线研制的重要问题，近些年提高测试效率也成为近场扫描架研究关注的重点。目前，国内外近场扫描架所采用的传动形式均为传统的“旋转电机+滚珠丝杠”进给形式。这种形式需要联轴器、丝杠等中间传递环节，造成整体系统刚性不够、弹性变形严重，又因为该“间接传动”中丝杠精度很难提高、存在反向间隙等缺点，使得系统无法达到高速度、高精度的需求。近年来，直线电机结合直线光栅尺的形式逐步在自动化设备中采用开来，例如光刻机、数控机床等设备。直线电机具有结构简单、安装方便、无接触、无磨损等优点。由于这些优点，不存在机械传动限制，因此很容易达到极高和极低的速度。同时，直线光栅尺测量直线轴位置期间没有任何其他机械传动件，因此它不存在滚珠丝杠温度特性导致的定位误差、反向误差、滚珠丝杠螺距误差导致的运动特性误差等误差源。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出一种高速高精台式平面近场扫描架，通过直线电机和直线光栅尺结合的方式，实现高精度扫描和高速扫描。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种高速高精台式平面近场扫描架，主要包括光学平台、二维扫描平面机构、测试探头、伺服控制驱动一体化机箱等。二维扫描平面机构为十字支撑结构，包括水平横梁和垂向立柱，垂向立柱还包括一个探头安装平面，用于安装测试探头；二维扫描平面机构和测试探头均设置在光学平台上方；垂向立柱在扫描过程中在水平横梁上面进行左右平移运动，测试探头在扫描过程中在垂向立柱上进行上下升降运动；整体结构设计紧凑，扫描架需求空间小，便于运输安装。伺服控制驱动一体化机箱与外部设备有两个通信接口，一个是用来触发测试仪表的高速脉冲触发信号PEG，另一个是用来和测试处理机通信的以太网口。上述的扫描架中，光学平台上还包括支撑立柱，二维扫描平面机构位于支撑立柱上。伺服控制驱动一体化机箱位于光学平台的底部横梁上。上述的扫描架中，扫描架电控部分主要由伺服控制驱动一体化机箱、直线电机、直线光栅尺、零限位开关等组成。伺服控制驱动一体化机箱连接直线电机、直线光栅尺，直线电机、直线光栅尺相结合；水平横梁和垂向立柱内均平行铺设直线电机和直线光栅尺；零限位信号开关均采用无源表贴磁性开关，大幅度减少了电缆走线。上述的扫描架中，直线电机和直线光栅尺包括驱动垂向立柱的X轴直线电机和X轴增量式直线光栅尺、驱动测试探头的Y轴直线电机和Y轴增量式直线光栅尺。上述的扫描架中，工作过程中，测试处理机发出水平横梁、垂向立柱的指定工作模式，通过以太网口给伺服控制驱动一体化机箱通信，伺服控制驱动一体化机箱根据工作模式产生输出信号驱动扫描架进行相应工作模式的运动。上述的扫描架中，伺服控制驱动一体化机箱包括驱动器；伺服驱动一体化机箱实时采集驱动器反馈的位置传感器编码器信号，同时高速脉冲触发信号PEG在指定采样点位置往测试处理机的数据采集系统发送规定格式的脉冲信号，触发采集设备进行数据采集；伺服驱动一体化机箱同时采集扫描架上安装的零限位开关反馈状态，完成寻零及限位保护工作。上述的扫描架中，高速脉冲触发信号PEG为强实时高速多路编码脉冲触发信号。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的基于“直线电机+直线光栅尺”的新型高速高精台式平面近场扫描架提升了近场扫描架的扫描精度和扫描速度，通过直线电机传动的无差特性及直线光栅尺纳米级分辨率实现了近场扫描架的高精度控制，通过直线电机不存在机械传动的限制实现了扫描架的高速扫描，使得近场扫描架的测试精度和测试效率大幅提升。本专利技术的扫描架平面度、重复定位精度均高于现有技术。本专利技术直线电机结合直线光栅尺的技术方案不存在联轴器、丝杠等中间传递环节，扫描架为十字支撑结构，水平横梁和垂向立柱组成了扫描架的二维扫描平面机构，整体结构简洁、紧凑，便于安装运输。本专利技术的扫描架相比于传统的扫描架在性能上有了明显的改善，具用广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例的扫描架组成结构图。图2为本专利技术实施例的扫描架电控部分组成及与外部连接关系图。其中，1为高精度光学平台、2为支撑立柱、3为水平横梁、4为垂向立柱、5为测试探头、6为伺服控制驱动一体化机箱。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明。本实施例的高速高精台式平面近场扫描架主要由高精度光学平台1、支撑立柱2、水平横梁3(X轴)、垂向立柱4(Y轴)、测试探头5(Z轴)、伺服控制驱动一体化机箱6等组成。各个部分对应的位置关系如图1所示：从图中可以发现，扫描架为十字支撑结构，水平横梁3和垂向立柱4组成了扫描架的二维扫描平面机构。这个二维传动机构位于左右两侧双立柱上。直线电机和直线光栅尺平行铺设于水平横梁3和垂向立柱4内。测试探头5位于垂向立柱4的探头安装平面上。上述硬件均位于高精度光学平台1上。扫描架垂向立柱4在扫描过程中在水平横梁3上面进行左右平移运动，测试探头5在扫描过程中在垂向立柱4上进行上下升降运动。整体结构设计原则是紧凑，因此该扫描架需求空间小，便于运输安装。扫描架电控部分主要由伺服控制驱动一体化机箱6、直线电机、直线光栅尺、零限位开关等组成。其组成及与外部测试设备关系见图2。该伺服控制驱动一体化机箱6与外部设备通信的接口仅为两个，一个是用来触发测试仪表的强实时高速多路编码脉冲触发信号，另一个是用来和上位处理计算机通信的以太网口。伺服控制驱动一体化机箱6连接X轴直线电机和X轴增量式直线光栅尺、Y轴直线电机和Y轴增量式直线光栅尺。整体电控部分设计紧凑，位于高精度光学平台1底部横梁上。工作过程中，测试处理机发出水平横梁3(X轴)、垂直立柱(Y轴)的指定工作模式，通过以太网口给扫描架伺服控制驱动一体化机箱6，伺服控制驱动一体化机箱6根据工作模式产生输出信号驱动扫描架进行相应工作模式的运动。伺服控制驱动一体化机箱6实时采集驱动器反馈的直线光栅尺(即位置传感器编码器)信号，同时强实时高速多路编码脉冲触发信号(PEG)在指定采样点位置往测试处理机的数据采集系统发送规定格式的脉冲信号，触发采集设备进行数据采集。伺服控制驱动一体化机箱6同时采集扫描架上安装的零限位开关反馈状态，完成寻零及限位保护工作。零限位信号开关均采用无源表贴磁性开关，大幅度减少了电缆走线。本实施例的高速高精台式平面近场扫描架在某型号雷达近场标校中用于天线的近场高速高精测试。实验效果良好。以上的实施例仅为说明本专利技术的技术思想，不能以此限定本专利技术的保护范围，凡是按照本专利技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本专利技术保护范围之内。本专利技术未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速高精台式平面近场扫描架，其特征在于：包括光学平台、二维扫描平面机构、测试探头、伺服控制驱动一体化机箱；所述二维扫描平面机构为十字支撑结构，包括水平横梁和垂向立柱，所述垂向立柱还包括一个探头安装平面，用于安装所述测试探头；所述二维扫描平面机构和所述测试探头均设置在所述光学平台上方；伺服控制驱动一体化机箱控制所述垂向立柱在扫描过程中在所述水平横梁上面进行左右平移运动，所述测试探头在扫描过程中在所述垂向立柱上进行上下升降运动；所述伺服控制驱动一体化机箱与外部设备有两个通信接口，一个是用来触发测试仪表的高速脉冲触发信号PEG，另一个是用来和测试处理机通信的以太网口。

【技术特征摘要】
1.一种高速高精台式平面近场扫描架，其特征在于：包括光学平台、二维扫描平面机构、测试探头、伺服控制驱动一体化机箱；所述二维扫描平面机构为十字支撑结构，包括水平横梁和垂向立柱，所述垂向立柱还包括一个探头安装平面，用于安装所述测试探头；所述二维扫描平面机构和所述测试探头均设置在所述光学平台上方；伺服控制驱动一体化机箱控制所述垂向立柱在扫描过程中在所述水平横梁上面进行左右平移运动，所述测试探头在扫描过程中在所述垂向立柱上进行上下升降运动；所述伺服控制驱动一体化机箱与外部设备有两个通信接口，一个是用来触发测试仪表的高速脉冲触发信号PEG，另一个是用来和测试处理机通信的以太网口。2.根据权利要求1所述的扫描架，其特征在于：所述光学平台上还包括支撑立柱，所述二维扫描平面机构位于所述支撑立柱上。3.根据权利要求1所述的扫描架，其特征在于：所述伺服控制驱动一体化机箱位于所述光学平台的底部横梁上。4.根据权利要求1所述的扫描架，其特征在于：扫描架电控部分包括所述伺服控制驱动一体化机箱、直线电机、直线光栅尺、零限位开关；所述伺服控制驱动一体化机箱连接所述直线电机、所述直线光栅尺，所述直线电机、所述直线光栅尺相结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鑫，姜洋，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32