球轴承测角装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了球轴承测角装置及测量方法，应用于空间飞行器模拟仿真、精密测量和精密控制领域，包括凸球、凹球和CCD相机，凸球和凹球接触设置且作用面为球面结构，CCD相机设在凸球或凹球上；CCD相机设在凸球上时，凹球上设有多个CCD相机感应的识别标记；CCD相机设在凹球上时，凸球上设有多个CCD相机感应的识别标记；在CCD相机的可测范围内，识别标记的数量不少于4个。本发明专利技术给出一种测量同时测量三轴角位移的方法，测量方便、精度高；通过对凸球和凹球之间三轴角位移实时测量，实时监测执行结构的到位情况；也可以将实时三轴角位移测量数据，作为信号反馈使用，作为控制系统的一部分，实现角位移动态或静态控制目标。

Angle measuring device and method of ball bearing

【技术实现步骤摘要】
球轴承测角装置及测量方法
本专利技术属于空间仿真精密测量领域，应用于空间飞行器模拟仿真、精密测量和精密控制，涉及球轴承测角装置及测量方法。
技术介绍
随着航天航空技术的发展，人类登上太空已成为现实，在太空领域，设备和机械均处于失重状态，与有地球引力的环境有很大的差异，但是航天航空设备输送成本和运转成本很高，对成功率有严格的控制，要求很高的成功率，否则损失巨大。所以航天航空设备需在失重模拟状态下进行试验和测试，以保证后续在太空领域实际运转的稳定性和可靠性，太空飞行器在飞行的过程中，姿态控制是最为重要的控制目标之一，因此需要在地面模拟和仿真试验中，实时进行姿态非接触测量，也就是对三轴角度的非接触测量。各种惯导系统可以对三轴角度进行非接触实时测量，但因为是间接测量，有零飘等各种缺陷，精度、稳定性和带宽比较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是在于提供一种球轴承测角装置及测量方法，测量位置角度更加方便、测量精度高，可及时的反馈模拟太空飞行器的姿态，并将数据进行反馈，有利于控制模拟飞行器及时的到达指定的位置，此设备可仿真太空领域，控制精度更高，同时提供了一种精密实时测量三轴角度方法和装置，应用于各种精密测量和控制场合。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：球轴承测角装置及测量方法，包括凸球、凹球和CCD相机，所述凸球和凹球接触设置且接触面为球面结构，所述CCD相机设在所述凸球或凹球上；所述CCD相机设在所述凸球上时，所述凹球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；所述CCD相机设在所述凹球上时，所述凸球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；在所述CCD相机的可测范围内，所述识别标记的数量不少于4个。进一步的，所述凸球和凹球均为万向球轴承结构。进一步的，所述凹球固定设置，所述凹球为圆柱体，所述凹球的内部设有向内凸起的定位板，所述CCD相机固设在所述定位板上且与所述凸球对应设置，所述凹球与所述CCD相机对应的位置设有避位孔。进一步的，所述避位孔为正方形结构且四角设有圆角。进一步的，所述识别标记的数量为多个，在所述CCD相机的可测范围内，四个识别标记在两个方向的角度A1、A2、A3.....、B1、B2、B3.....,都不同。进一步的，所述识别标记设在内凹的盲孔内且与所述识别标记所在载体的外表面平齐设置。使用球轴承测角装置的测量方法，按照以下步骤进行，第一步，校准，CCD相机的基准为整个装置的基准，将凸球和凹球安装完成后，明确CCD相机的轴线与安装其的载体轴线相互位置，即如果CCD相机安装在凹球上，明确CCD相机的轴线与凹球的轴线相互位置，如果CCD相机安装在凸球上，明确CCD相机的轴线与凸球的轴线相互位置；第二步，设置识别标记，在浮动的载体上设置与CCD相机对应的设备标记，若凹球固定，在凸球上设置识别标记，若凸球固定，在凹球上设置识别标记，在CCD相机的识别范围内，识别标记的数量不小于4个；第三步，通过四个识别标记形成设别区域，四个识别标记在两个方向的角度A1、A2、A3.....、B1、B2、B3.....,都不同，通过b1和b2确定相对Z轴的偏角，通过a1、a2和α确定X、Y方向合成的偏角和角度；第四步，通过第三步中的距离和位置确定浮动的载体相对固定载体的旋转角度，即下面弧长公式中的θ，在凹球固定的情况下，确定凸球相对凹球的旋转角度，即相对CCD相机的旋转角度；通过旋转角度和弧长关系确定识别区域的弧长S及弧长对应的半径R’，识别标记之间的距离为弦长L，S＝Lθ/π(sinθ/2)；弧长等于180°分之n(圆心角)乘以π乘以R(半径)；在本申请中，即S＝θπR’/180，其中θ是圆心角度数，R’是半径，S是圆心角弧长，计算获得R’；第五步：数据比对，将第四步中的R’和浮动的载体半径去对比，在本申请的实施例中，用R’与凸球的半径去对比，确定凸球移动的角度以及偏差情况。进一步的，对坐标进行定义，X轴是水平面左右方向，Y轴是水平面垂直于X轴的方向，Z轴为垂直于X轴和Y轴组成的平面的竖直方向，凸球和凹球会产生三个方向的相对转动，即X轴、Y轴和Z轴之间的相对转动。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果如下。1、本专利技术设置凸球和凹球和CCD相机，在可测范围内，标志点落到视场内的识别标记不少于4个，方便坐标参数的提取和计算，提升检测的精度，本结构简单，操作方便快捷，角位移测量更加精确，通过角位移评断，监测执行结构的到位情况；即凸球的到位情况，并作为信号反馈，确保被执行件，即凸球的行走到位；测量现有的位置和角度，实时监控，确定角位移正确；2、采用CCD相机，体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击性强的特点，有利于提升检测效果；3、识别标记的数量为多个，多个识别标记相对凸球或凹球的轴线周向均布设置且从内向外等距离分布为多圈设置，扩大测试范围，增加识别标记的测试数量，有利于测试结果的进一步提升。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术球轴承测角装置及测量方法的剖视图；图2是本专利技术凹球仰视的结构示意图；图3是本专利技术凹球俯视的结构示意图；图4是本专利技术凸球的仰视图；图5是本专利技术图4的K-K旋转剖视图；图6是本专利技术凸球的正视图；图7是本专利技术识别标记的测量原理图。附图标记：1、凸球；2、凹球；21、定位板；22、避位孔；23、圆角；3、CCD相机；4、识别标记。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面结合附图对本专利技术的具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.球轴承测角装置，其特征在于：包括凸球、凹球和CCD相机，所述凸球和凹球接触设置且作用面为球面结构，所述CCD相机设在所述凸球或凹球上；/n所述CCD相机设在所述凸球上时，所述凹球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；/n所述CCD相机设在所述凹球上时，所述凸球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；/n在所述CCD相机的可测范围内，所述识别标记的数量不少于4个。/n

【技术特征摘要】
1.球轴承测角装置，其特征在于：包括凸球、凹球和CCD相机，所述凸球和凹球接触设置且作用面为球面结构，所述CCD相机设在所述凸球或凹球上；
所述CCD相机设在所述凸球上时，所述凹球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；
所述CCD相机设在所述凹球上时，所述凸球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记；
在所述CCD相机的可测范围内，所述识别标记的数量不少于4个。


2.根据权利要求1所述的球轴承测角装置，其特征在于：所述凸球和凹球均为万向球轴承结构。


3.根据权利要求1所述的球轴承测角装置，其特征在于：所述凹球固定设置，所述凹球为圆柱体，所述凹球的内部设有向内凸起的定位板，所述CCD相机固设在所述定位板上且与所述凸球对应设置，所述凹球与所述CCD相机对应的位置设有避位孔。


4.根据权利要求3所述的球轴承测角装置，其特征在于：所述避位孔为正方形结构且四角设有圆角。


5.根据权利要求1所述的球轴承测角装置，其特征在于：所述识别标记的数量为多个，在所述CCD相机的可测范围内，四个识别标记在两个方向的角度A1、A2、A3.....、B1、B2、B3.....,都不同。


6.根据权利要求1所述的球轴承测角装置，其特征在于：所述识别标记设在内凹的盲孔内且与所述识别标记所在载体的外表面平齐设置。


7.使用权利要求1～6任一项所述的球轴承测角装置的测量方法，其特征在于：按照以下步骤进行，
第一步，校准，CCD相机的基准为整个装置的基准，将凸球和凹球安装完成后，明确CCD相机的轴线与安装其的载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞杰，
申请(专利权)人：天津中精微仪器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12