一种直线动态校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种直线动态校准装置，属于几何量计量中数字摄影测量领域。本发明专利技术主要由机械结构、校准模块两部分组成。机械机构主要由四个部件组成：一是基座，二是直线运动导轨，三是气浮滑台组件，四是直线电机及控制系统。校准模块主要由两部分组成，一是摄影靶标，二是磁栅尺及频率计。采用直线电机作为驱动单元，连接气浮滑台运动，利用磁栅尺作为反馈距离信号实现闭环控制功能，气浮滑台上安装摄影测量靶标，气浮滑台连同摄影靶标能够做匀速直线运动，数字摄影测量系统对运动中的摄影靶标进行测量，测量结果与标准值比对，实现数字摄影测量系统动态性能的校准。本发明专利技术测量范围0～3.6m，最高运行速度5m/s，保证在最高运行速度下的匀速运动距离为1m。

A Linear Dynamic Calibration Device

【技术实现步骤摘要】
一种直线动态校准装置
本专利技术属于几何量计量中数字摄影测量领域，具体涉及一种直线动态校准装置。
技术介绍
摄影测量系统在引入我国以后广泛的应用于汽车制造、航空航天、船舶建造等领域。近年来，得益于摄影器材的进步以及图像处理、特征提取以及靶标判别等数据处理方法的发展，摄影测量技术越来越多地应用在动态跟踪测量领域中。随着非接触动态测量需求的增加，国内外厂商推出了许多可测量动态特征的摄影测量设备，应用于航空航天、冲击振动、生命科学等领域，部分设备已经具备上千赫兹的采样频率。我国一些科研单位及院校也开始利用数字摄影测量系统的动态测量性能完成各项任务，然而目前国内针对数字摄影测量系统还没有统一的计量溯源方法，对其动态测量性能的校准问题关注较少，导致数字摄影测量系统的测量结果缺乏可靠性，影响摄影测量系统的进一步推广应用，特别是在振动、高温等条件下的应用。根据现有研究，为解决数字摄影测量系统动态校准问题，可利用摄影测量系统对处于不同动态环境下的测量目标的坐标测量结果进行误差评定。两种基本且典型的动态环境为匀速直线运动和匀速圆周运动。基于这两种动态条件，摄影测量系统可对处于匀速直线运动或匀速圆周运动中的目标进行坐标测量，验证摄影测量系统动态测量特性，从而实现动态校准。直线动态校准是摄影测量目标做匀速直线运动，摄影测量系统对匀速直线运动下的目标进行拍摄，摄影测量系统拍摄解算得出的目标坐标值与标准值进行比对，验证摄影测量系统的对动态目标的测量是否在系统指标要求范围内。直线动态校准是为了解决摄影测量目标直线运动下的动态校准问题。圆周动态校准是摄影测量目标点做匀速圆周运动，摄影测量系统对匀速圆周运动下的目标点进行拍摄，摄影测量系统拍摄解算得出的目标坐标值与标准值进行比对，验证摄影测量系统的对动态目标的测量是否在系统指标要求范围内。圆周动态校准是为了解决摄影测量目标圆周运动下的动态校准问题，更适用于高速摄影测量系统动态校准。匀速直线运动的驱动方式一般分为：丝杠与螺母驱动方式、皮带与电机驱动方式、气浮滑台与直线电机驱动方式等。丝杠螺母驱动方式主要特点有：定位精度高、传动效率高、结构简单、安装便捷、不适用于高速运动。皮带电机驱动方式主要特点有：结构简单、能缓冲吸振、可在大轴距下传递动力、精度低、造价低廉、维护容易。气浮滑台与直线电机驱动方式主要特点：运行平稳、可实现高速运动、行程范围大、长行程下依旧可以保持高精度控制等。常规的采用机械接触式驱动方式的精密运动平台，受到机械摩擦、结构变形、发热等因素的影响，其精度只能达到亚微米级。气浮滑台与直线电机驱动技术是集机械、电学、计算机控制于一体的综合性技术，通过静压气浮的支撑方式，减少了机械摩擦，为测量技术、精密加工技术提供了高精密定位装置。目前国内所开发的直线动态校准装置有以下不足：(1)直线电机安装位置位于气浮滑台下方，由于直线电机的动子与定子安装必须保证一定间隙，因此这种结构装配困难。(2)气浮滑台的运动速度不能满足高速摄影测量系统动态校准需求。(3)气浮垫的布置方式采用两个工作面支撑的方式，在高速运动下气浮滑台上下窜动，导致运动速度不稳定。随着大型飞机、空间站、火箭、天线等型号及商业产品发展，数字摄影测量系统的保有率也呈现明显增多的趋势，应用数字摄影测量系统进行非接触实时动态测量的需求也越来越明确，需要开展摄影测量系统静、动态校准技术研究，研制摄影测量系统静、动态参数校准装置。直线动态校准装置，可解决数字摄影测量系统直线动态参数的校准问题。
技术实现思路
为了解决目前数字摄影测量系统动态参数的量值溯源与计量校准问题，本专利技术公开的一种直线动态校准装置，采用直线电机作为驱动单元，连接气浮滑台运动，利用磁栅尺作为反馈距离信号实现闭环控制功能，气浮滑台上安装摄影测量靶标，气浮滑台连同摄影靶标能够做匀速直线运动，数字摄影测量系统对运动中的摄影靶标进行测量，测量结果与标准值比对，实现数字摄影测量系统动态性能的校准。本专利技术的测量范围0～3.6m，最高运行速度5m/s，并保证在最高运行速度下的匀速运动距离为1m，提供摄影测量的高速匀速运动参数动态标准。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种直线动态校准装置主要由两部分组成，一部分是机械结构，第二部分校准模块。机械机构主要由四个部件组成：一是基座，二是直线运动导轨，三是气浮滑台组件，四是直线电机及控制系统。所述的基座用于提供稳定的工作基面。在基座底部安装五个支撑座支撑，其中三个支撑座主支撑，两个支撑座辅助支撑，五个支撑座高度均可调，以保证良好的平行度要求；基座采用两级“台阶”型截面，上一级“台阶”上表面安装有直线运动导轨，直线运动导轨通过螺栓与基座固定，并粘接牢固；直线运动导轨旁的台阶面安装直线电机定子，并配有相应防护罩安装孔；下一级“台阶”均匀布设工件安装孔位，方便安装各式被测工件；基座后方安装辅助装置，所述辅助装置包括运动拖链、气动元件、电源系统。作为优选，所述基座材料选用大理石，所述的直线运动导轨采用与基座相同的大理石材料。大理石具有线胀系数小、刚性好、硬度高、不磁化的优良特点。所述的直线运动导轨用于直线运动导向，并支撑运动状态下的气浮滑台。直线运动导轨直线度能够保证气浮滑台在高速运动下可运行顺畅；直线运动导轨底部一侧为斜切面，限制气浮滑台的五个自由度，在直线运动下，通过气浮垫产生的气浮压力相互平衡来保持气浮滑台运动直线度和平稳；直线运动导轨一侧安装磁栅尺，用于闭环控制；导轨两侧末端安装电机限位开关以及防撞装置，用于实施紧急情况下的保护措施。所述的气浮滑台组件用于提供高速运动下的运动平台。所述的气浮滑台主要由气浮垫与滑台钣金件组成，通过在钣金件垂直于运动方向的三个内侧面安装四对气浮垫，以保证在通气后气浮垫与直线运动导轨之间保持预定气浮间隙，安装方式为上端面安装两对气浮垫，侧面安装一对气浮垫，底部安装一对气浮垫；气浮垫为高速大流量气浮垫，并使用“环绕型”布置，用于保证气浮滑台运动时的稳定性；在滑台外侧面沿直线运动方向安装直线电机动子。所述的直线电机及控制系统用于为气浮滑台提供高速的匀速直线运动。电机定子安装于基座，动子安装于气浮滑台；控制系统中将磁栅尺作为长度量标准，频率计作为时间量标准，控制器控制电机带动气浮滑台运动，磁栅尺反馈滑台位置信息给控制器形成闭环控制。作为优选，直线电机采用U型槽式直线电机，交流380VAC供电，直线电机最高运行速度5m/s。所述的校准模块主要由两部分组成，一是摄影靶标，二是磁栅尺及频率计。所述的摄影靶标是被测数字摄影测量系统的拍摄对象，经由预先静态标定，提供位置标准。摄影靶标数量为两个或多个，摄影靶标安装于直线动态校准装置的气浮滑台工作台面上，在气浮滑台运动时，摄影靶标保持相应的运动；摄影靶标安装后，在气浮滑台上建立靶标坐标系，标定摄影靶标在靶标坐标系中的位置，由此获得两个或多个摄影靶标之间的相对位置关系，并以此作为标准值；被测数字摄影测量系统对准装置中间位置并保持固定，保证气浮滑台在匀速运动时，摄影靶标在数字摄影测量系统的有效测量范围内；通过对处于匀速运动状态中的摄影靶标进行连续拍照，经由后续计算，获得相应速度下摄影测量系统对摄影靶标的位置测量结果，与标准值进行对比，验证被测数字摄影测量系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直线动态校准装置，其特征在于：主要由两部分组成，一部分是机械结构，第二部分校准模块；机械机构主要由四个部件组成：一是基座(1)，二是直线运动导轨(2)，三是气浮滑台(4)组件，四是直线电机及控制系统；所述的校准模块主要由两部分组成，一是摄影靶标，二是磁栅尺(8)及频率计。

【技术特征摘要】
2018.12.11 CN 20181151027351.一种直线动态校准装置，其特征在于：主要由两部分组成，一部分是机械结构，第二部分校准模块；机械机构主要由四个部件组成：一是基座(1)，二是直线运动导轨(2)，三是气浮滑台(4)组件，四是直线电机及控制系统；所述的校准模块主要由两部分组成，一是摄影靶标，二是磁栅尺(8)及频率计。2.如权利要求1所述的一种直线动态校准装置，其特征在于：所述的基座(1)用于提供稳定的工作基面；在基座(1)底部安装五个支撑座支撑，其中三个支撑座主支撑，两个支撑座辅助支撑，五个支撑座高度均可调，以保证良好的平行度要求；基座(1)采用两级“台阶”型截面，上一级“台阶”上表面安装有直线运动导轨(2)，直线运动导轨(2)通过螺栓与基座(1)固定，并粘接牢固；直线运动导轨(2)旁的台阶面安装直线电机定子，并配有相应防护罩(3)安装孔；下一级“台阶”均匀布设工件安装孔位，方便安装各式被测工件；基座(1)后方安装辅助装置，所述辅助装置包括运动拖链(6)、气动元件、电源系统。3.如权利要求1所述的一种直线动态校准装置，其特征在于：所述的直线运动导轨(2)用于直线运动导向，并支撑运动状态下的气浮滑台(4)；直线运动导轨(2)直线度能够保证气浮滑台(4)在高速运动下运行顺畅；直线运动导轨(2)底部一侧为斜切面，限制气浮滑台(4)的五个自由度，在直线运动下，通过气浮垫(10)产生的气浮压力相互平衡来保持气浮滑台(4)运动直线度和平稳；直线运动导轨(2)一侧安装磁栅尺(8)，用于闭环控制；导轨两侧末端安装电机限位开关以及防撞装置，用于实施紧急情况下的保护措施。4.如权利要求1或2所述的一种直线动态校准装置，其特征在于：所述的气浮滑台(4)组件用于提供高速运动下的运动平台；所述的气浮滑台(4)主要由气浮垫(10)与滑台钣金件组成，通过在钣金件垂直于运动方向的三个内侧面安装四对气浮垫(10)，以保证在通气后气浮垫(10)与直线运动导轨(2)之间保持预定气浮间隙，安装方式为上端面安装两对气浮垫(10)，侧面安装一对气浮垫(10)，底部安装一对气浮垫(10)；气浮垫(10)为高速大流量气浮垫(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，李鸿儒，徐永，瞿剑苏，马晓苏，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11