[发明专利]球轴承测角装置及测量方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：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；