大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

　　1　引　言

　　大型精密转台是用来承载某测绘相机,带动其做高精度二维旋转定位,并通过大口径平行光管等设备来标定或测量相机的某些参数和指标的必要设备。转台应具备高的转动和定位精度以及高的精度稳定性,因此,转台应有高精度的轴系支撑系统、角度测量系统和角度驱动系统。

　　文献[1-3]表明,驱动轴系并获得高的角度定位精度一般有3种方案,(1)采用伺服电机、减速器和齿轮传动(或蜗杆传动)共同驱动轴系旋转定位;(2)采用伺服电机、减速器和摩擦轮传动驱动轴系旋转定位;(3)采用力矩电机直接驱动轴系旋转定位。第1种方案不仅结构复杂、体积大,而且多级减速和传动存在间隙,伺服刚性低;第2种方案虽然结构简单,但体积较大,且存在容易磨损和打滑等缺点。最后1种方案采用力矩电机直接驱动轴系定位,具有结构简单、体积小、无间隙和伺服刚性高等优点,但是仅仅依靠力矩电机直接驱动,要想获得±0.5″的角度定位精度,对于体积和质量大的转台,其伺服控制的实现很困难,国内目前尚没有相关文献介绍。

　　由于标定检测转台与跟踪转台和仿真转台不同,其对定位位置精度要求较高,对速度和加速度要求不高,为了实现定位精度要求,此转台采用粗精结合,二次定位的方法,即先用力矩电机进行较高速度、大角度、低精度的的粗定位,然后,用角度微驱动装置进行低速度、小角度、高精度的精定位。文中主要论述大型转台高精度角度微驱动装置的原理和结构。

　　2　转台的总体介绍

　　转台采用地平式U型结构,结构如图1所示,由绕水平线旋转的水平轴系,绕垂直线旋转的垂直轴系、垂直轴角度微驱动装置、水平轴角度微驱动装置和相机载台等组成,并且两轴都采用高精度的柱面光栅反射式编码器作为测角装置。转台总高度为2 500 mm,横向宽度为2 400mm,纵向宽度为1 900 mm,水平轴旋转中心距安装基板上面距离为1 620 mm,总质量约为7.6 t。转台水平轴中间承载四通,采用口字型结构,四通内侧装有相机载台,相机载台可以通过调平地脚调平;要求能够承载被检测的相机尺寸为,高度≥600 mm,横向宽度≥800 mm,纵向宽度≥800 mm,承载相机重量≥300 kg。转台垂直轴在-180°~+180°,水平轴在-30°~+30°工作,转台垂直轴定位误差≤±0.5″,水平轴定位误差≤±0.5″。

　　转台采用粗精结合的控制驱动方案[4],即用力矩电机进行高速度、大角度、低精度的粗动和用角度微驱动装置进行低速度、小角度、高精度的微动。粗精结合可以克服速度和精度的矛盾,这是由于转台结构庞大,速度越快惯性力越大,实现高精度控制很困难甚至达不到。另外,转台不仅要求高精度还要求高稳定性,高精度的角度驱动装置有利于转台稳定在某一位。