CCD相机移测装置的设计

　　0 引言

　　CCD相机移测装置是PIV系统应用于风洞模型空间流场测量的重要装置之一，是获取准确试验数据和提高试验效率的重要保障。风洞模型空间流场测量方式的多样性，以及PIV 系统工作带来的繁杂性，使其必须将风洞模型支撑系统与PIV 系统配套移测装置形成一个整体，才能有效完成风洞模型空间流场测量。故对CCD 相机移测装置进行研制，以更好地为风洞试验和风洞试验技术研究服务。

　　1 CCD 相机移测装置的机械设计及特点

　　CCD 相机移测装置的总体结构如图1，该移测装置是适用于1.4 m×1.4 m 风洞3 个线性位移加一绕水平轴旋转的移测装置。总体结构为X、Y、Z 三个坐标方向的线位移机构正交叠加，总的高度为1.8m、宽度为1.78 m、长度为1.51 m，净重350 kg。X 轴在最下层，Z 轴在X 轴之上，X 和Z 轴水平正交;Y 轴通过支梁立于Z 轴之上，并与水平面垂直。调整Y 轴与支梁间的相对位置，可增大Y 方向的测量范围，调节步长为100 mm。Y 轴上的滑块通过连接板与电机和摆线减速器连接，摆线减速器平行于水平轴，CCD 相机安装杆安装于摆线减速器上，从而实现CCD 相机绕水平轴旋转。故CCD 相机安装杆可旋转至某角度状态下工作，以适应CCD 相机的需要。X 轴由摩擦系数很小的滚珠丝杠驱动和一对直线导轨幅导向，Y 和Z 轴选用精密线性模组导向。X、Y、Z 轴的交流伺服电机通过挠性联轴器直接与滚珠丝杠联结，驱动轴上的拖板实现直线运动。

　　该移测装置是一套机电一体化系统，驱动单元是交流伺服电机，驱动3 根滚珠丝杆实现3 个线位移。移测装置可承受的最大载荷为20 kg，可满足安装2 个CCD 相机的需要。

　　该移测装置机械系统设计有以下特点：

　　1) 该移测装置采用大量的成熟标准件、通用件，3 个线性位移轴采用开式结构，对装置关键部位的维护、检查带来了方便。同时，为克服开式结构的弱点，在移测装置的各个线性位移轴基座均做了局部加强，避免了极限位置处的结构变形。

　　2) 各线位移机构正交叠加、结构紧凑;重量轻、方便吊装;系统不使用时，可拆装。

　　3) 采用滚珠丝杆副驱动，大大降低了系统所需牵引力，确保系统有足够的动力储备和运行平稳，实现精确定位，消除了系统对CCD 的影响。

　　4) CCD 相机安装杆安装于平行于水平轴的电机、减速器组合上，从而实现自动绕水平轴的旋转，使系统得以简化，增加了系统的移测范围。

　　2 移测装置控制系统的设计

　　2.1 控制系统的技术指标

　　CCD 相机移测装置由纵向(风洞X 轴方向)直线运动轴、横向(风洞Z 轴方向)直线运动轴、竖向(风洞Y 轴方向)直线运动轴和一个绕水平轴的转动轴组成，实现技术指标如下：