способ определения угла между осью вращения многостепенной платформы и заданным направлением координатной оси

Формула изобретения

Способ определения угла между осью вращения многостепенной платформы и заданным направлением координатной оси, включающий размещение эталона на координатной плоскости платформы, на которой расположена координатная ось, установку базовой поверхности эталона перпендикулярно координатной плоскости платформы и параллельно координатной оси, отличающийся тем, что ось вращения и координатную поверхность платформы выставляют в плоскость горизонта, затем осуществляют поворот платформы вместе с эталоном на угол 90°, а по окончании поворота измеряют угол между базовой поверхностью эталона и плоскостью горизонта, при этом угол между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси равен измеренному значению угла .

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к области измерения и может быть использовано для уточнения и калибровки положения измерительных осей датчиков, например, акселерометров относительно заданных координатных осей.

Известен способ определения угла между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси [1], включающий определение геометрических размеров, позволяющих найти заданный угол по тригонометрическому методу с использованием тригонометрических функций.

Недостаток этого способа состоит в низкой точности определения заданного угла, так как основные геометрические размеры известны как правило с большой погрешностью и не позволяют вычислить заданный угол с требуемой точностью.

Ось вращения платформы проходит через центры симметрии двух вращающихся муфт или подшипников и физически может быть определена с погрешностью изготовления всех элементов конструкции, влияющих на точность ее расположения относительно координатной оси. Так как определить фактическое, точное направление оси вращения платформы не представляется возможным, то существующие измерительные средства не позволяют с требуемой точностью определить положение оси вращения платформы относительно координатной оси в статическом ее положении без использования дополнительных косвенных методов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является основанный на гониометрическом методе измерений способ определения угла между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси [2], основанный на определении относительно измерительной системы первого положения базовой поверхности эталона, установленного на координатную плоскость платформы, на которой расположена координатная ось, при этом базовая поверхность эталона устанавливается параллельно координатной оси и перпендикулярно координатной плоскости платформы, и второго положения базовой поверхности эталона при расположении ее параллельно оси вращения платформы, и по результатам этих измерений определяют угол между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси.

Недостаток этого способа состоит в том, что он предполагает известным точное направление оси вращения платформы, хотя во многих случаях это направление известно с большой погрешностью. Кроме того, известный способ измерения использует сложную оптическую измерительную систему, что значительно усложняет процесс измерения.

Задача изобретения - повышение точности определения угла между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси и упрощение процесса измерения.

Эта задача достигается тем, что способ определения угла между осью вращения многостепенной платформы и заданным направлением координатной оси, включающий размещение эталона на координатную плоскость платформы, на которой расположена координатная ось, установку базовой поверхности эталона перпендикулярно координатной плоскости платформы и параллельно координатной оси, предполагает выставку в плоскость горизонта оси вращения и координатной плоскости платформы, поворот платформы вместе с эталоном на угол 90° и по окончании поворота измерение угла между базовой поверхностью эталона и плоскостью горизонта, при этом угол между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси равен измеренному значению угла .

На фиг.1 приведена координатная схема, поясняющая реализацию предлагаемого способа определения угла между осью вращения многостепенной платформы и заданным направлением координатной оси. На этой схеме 1 - платформа, 2 - эталон, 3 - ось вращения платформы OB, OX -направление координатной оси, Б - базовая поверхность эталона 2, образованная линией ОХ и линией ОР, перпендикулярной координатной плоскости платформы К, OR - вторая ось вращения платформы, ОР ¹ и OX¹ - положение соответственно линий ОР и ОХ после поворота платформы с эталоном на угол 90°, Б¹ – базовая поверхность эталона, образованная линиями ОР¹ и ОХ¹, после поворота, – угол между осью вращения платформы ОВ и координатной осью ОХ.

В общем случае платформа может содержать несколько степеней свободы, например две, при этом она позволяет устанавливать заданную ось вращения ОВ и направление координатной оси ОХ в плоскость горизонта (фиг.1). Выставим оси ОВ и ОХ в плоскость горизонта вращением платформы вокруг осей OВ и OR, при этом координатная плоскость платформы К займет горизонтальное положение. Осуществим поворот платформы вместе с эталоном на угол 90° вокруг оси ОВ. После поворота линия ОР займет положение ОР¹, а линия ОХ - положение ОХ¹. Базовая поверхность Б займет положение Б¹, образованное линиями ОР¹ и ОХ¹. Координатная ось в процессе поворота будет двигаться по поверхности конуса, осью симметрии которого является ось вращения ОВ. Линия ОР¹ расположена в плоскости горизонта и перпендикулярна оси вращения ОВ. Линия ОХ¹ расположена в вертикальной плоскости и так же как и прямые ОР и ОВ перпендикулярна линии ОР¹. Так как прямая ОР¹ принадлежит плоскостям горизонта и Б¹, то эта прямая является линией пересечения этих плоскостей. Прямые OВ и ОХ¹ перпендикулярны линии пересечения плоскостей горизонта и Б¹, следовательно, угол между линиями OВ и ОХ¹ является углом между этими плоскостями. Этот угол равен , так как линии ОХ и OX¹ - образующие конуса. Таким образом, дальнейшие действия по определению значения угла связаны с измерением угла между плоскостью горизонта и базовой поверхностью эталона Б¹ после его поворота на угол 90°. Это измерение может быть выполнено оптическим прибором уровневого типа, например, квадрантом оптическим КО - 10 с точностью не хуже 10 угл. с.

Измерительный прибор КО - 10 представляет собой несложный малогабаритный переносной прибор, легко устанавливаемый на любую плоскость. Измерительная оптическая система, используемая в прототипе, представляет собой сложное стационарное устройство, приспособить которое к конкретной поворотной платформе представляет определенную проблему. Точность измерения угла известным способом определяется точностью знания направления оси вращения платформы. Эта точность во многих случаях не превышает (10-20) угл. мин, что является неприемлемым. Предлагаемый способ измерения угла не требует знания направления оси вращения платформы и обеспечивает точность измерения этого угла не хуже 10 угл. с, что значительно выше, чем при использовании известного способа.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренных авторами решениях не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям “новизна” и “изобретательский уровень”. В качестве элементов для реализации предлагаемого способа определения угла между осью вращения платформы и заданным направлением координатной оси используются стандартный измерительный прибор КО - 10 и эталон, изготовленный с необходимой точностью.

Литература.

1. В.Г.Савенко. Измерительная техника. Высшая школа. - М.: 1974 г., стр. 120, рис.4. 2.

2. В.Г.Савенко. Измерительная техника. Высшая школа. - М.: 1974 г., стр. 124, рис. 4.4.