精密双轴位置转台设计

论文摘要

精密位置转台用于计量和标定测试,包括单轴双轴和三轴转台,主要提供转动轴系和角度基准,应用于机械制造、计量测试、光学测量、航空航天等各部门。特别是近年来,在航空航天方面,对各种星上敏感器的标定,都应用了高精度高效率的位置转台。本课题精密双轴位置转台是航天科技集团提出的研制计划,用于数字式太阳敏感器的标定。论文分析了对转台的技术要求,详细研究和分析了转台回转轴系设计、结构设计、测角传感器设计和步进电机控制,对转台进行了合理设计。论文工作研制了满足技术指标要求的精密双轴位置转台,适用于数字式敏感器的地面标定。在结构设计方面,利用CAD/CAE技术对转台的关键零件做有限元分析。采用Pro/E建立关键零件的三维模型,利用ANSYS有限元分析软件对结构做静力分析。结合实际测试数据对分析结果进行比较,验证了分析结果的正确性。在测角传感器方面,采用多头平均方法,设计了高精度的光电轴角编码器,满足转台对测角精度的高要求。转台控制方面,选用步进电机,高倍细分驱动,以减小步进电机的振动,提高速度运行平稳度,同时结构设计上采取精密的蜗轮蜗杆,保证定位准确和低速性能,以使系统可靠工作。实际电路采用两个单片机协同工作,共同完成快速实时响应。论文最后描述了转台精度检测方法,进行了误差分析,给出了分析结果和实测数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 精密转台国内外现状和发展趋势
• 1.2 研究精密双轴位置转台的目的和意义
• 1.3 精密双轴位置转台的技术指标
• 1.4 精密双轴位置转台的技术难点
• 1.5 论文工作内容
• 第二章 精密双轴位置转台总体方案设计
• 2.1 精密双轴位置转台结构设计分析
• 2.2 测角传感器设计分析
• 2.2.1 测角传感器的种类
• 2.2.2 测角传感器比较选择
• 2.4 控制系统设计分析
• 第三章 精密双轴位置转台单元设计
• 3.1 内框U 形支架设计
• 3.2 光栅编码器设计
• 3.2.1 光栅莫尔条纹宽度调整
• 3.2.2 光栅信号模拟量相加
• 3.2.3 信号相位的正交调整
• 3.2.4 光栅编码器结构设计
• 3.2.5 光栅编码器误差分析
• 3.3 转台电控设计
• 3.3.1 电控定位精度分析和误差控制
• 第四章 精密双轴位置转台关键零件结构有限元分析
• 4.1 有限元法概述
• 4.2 内框支架有限元模型
• 4.3 内框支架结构有限元分析
• 第五章 精密双轴位置转台误差分析和检测结果
• 5.1 精密双轴位置转台误差分析
• 5.2 精密双轴位置转台精度检测方法
• 5.3 精密双轴位置转台精度检测结果
• 5.3.1 轴系的精度检测
• 5.3.2 角度误差及最终指标检测结果
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附件1:精密双轴位置转台
• 附件2:精密双轴位置转台轴系精度检测
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文