[实用新型]一种天平加载头位姿检测设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及风洞试验所用天平校正系统领域，具体地，涉及一种天平加载头位姿检测设备。

背景技术

力学天平是风洞实验中用来测量物体在风洞中受力情况及形变的一种重要测量仪器，在实验前一般需要对其进行校正以获得其输出信号与受力情况及形变间的关系，从而研究物体在风洞中的空气动力学特性。对天平进行校正有多种结构及系统形式，其中一种是复位校正系统。这种校正系统的特点是先将加载头置于一种平衡状态(或初始状态)，再在天平的受力设备上施加各种力来模仿物体可能的受力情况，并要求此时将天平的位置姿态以高精度的要求恢复到初始的平衡状态，则最终施加在天平上的各种力代表了受力的状态，并以此校正天平各种输出信号。在这个过程中，还要求不对加载头的复位工作产生额外影响，最好采用非接触方式。在这个过程中，由于力的施加及复位过程是一个复杂的变化过程，而复位过程是一个动态的姿态测量、反馈控制过程，存在调节能力不足、控制失误等可能，这将导致天平的姿态发生变化甚至非常大的变化，并超出常规的测量范围，因此天平加载头的位置姿态如何在较大的范围内进行检测及达到较高的检测精度要求等成为一个重要的问题。

综上所述，本申请实用新型人在实现本申请实用新型技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的平加载头位姿检测设备，存在无法同时进行加载头位置姿态的大范围变化监测与复位位置姿态附近的高精密检测的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种天平加载头位姿检测设备，解决了现有的天平加载头位姿检测设备所存在无法同时进行加载头位置姿态的大范围变化监测与复位位置姿态附近的高精密检测的技术问题，实现了利用本申请中的天平设备加载头位置姿态的大范围变化监测与复位位置姿态附近的高精密检测可以同时进行，并满足了加载头位置姿态检测的大范围、高精度测量要求。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种天平加载头位姿检测设备，所述设备包括：

指示光源、位置探测结构，所述指示光源安装在待检测天平加载头上表面，所述位置探测结构包括：指示光斑照射靶面、光学成像系统、位置探测器，所述指示光斑照射靶面开设有中心孔，所述位置探测器的端面设有开口，所述开口中心线与所述中心孔中心线重合，所述位置探测器固定在所述指示光斑照射靶面的背面，所述光学成像系统位于所述指示光斑照射靶面的正面前方。

其中，当安装在待检测天平加载头上的指示光源发出光后照射在指示光斑照射靶面上，当照射在指示光斑照射靶面的非中心孔区域时，光学成像系统利用光线在靶面上的反射光进行成像，通过对光斑图像的处理完成加载头位置姿态的大范围变化测量及监测；当光线穿过中心孔时，则会直接在位置探测器上进行成像，由于探测器的高分辨力，从而利用位置探测器可以实现对复位位置姿态进行高精密检测的要求。

本申请中的天平加载头的测控提出了这样一种测量与控制要求：当天平加载头位置姿态远离平衡位置时，对位置姿态的测量精度要求可以大幅度地降低，但希望控制机构可以快速将其复位到平衡位置附近；当天平加载头位置姿态处于平衡位置附近时，则要求对位置姿态的测量精度达到较高的水平，并希望控制机构逐步地以较高的精度将天平加载头的位置姿态复位到平衡状态。为了满足天平加载头姿态检测的大范围、高精度复位这种要求，提出了一种解决措施：当天平加载头姿态偏离平衡状态很大时，采用一种粗调系统，包括大范围的位移测量(可以高达±30cm或更大一些的测量范围)及复位控制技术；当天平加载头姿态偏离平衡位置较小时，启用精密的检测及调控系统，包括小范围的精密位移测量系统及高精度的反馈控制系统。这是基于测量范围大，则测量精度要求低、复位调节原理可以简单化及控制过程可以快速化的思路，这种方式完全可以满足加载头姿态粗调时低精度、快速度的要求；当粗调状态进入到精细复位的状态时，启用精密检测及复位方式，然后以很高的测量精度及复位精度可以逐步慢慢地逼近加载头平衡状态，最终完成加载头的复位。这样一种把两种范围内的不同测量方式融合在一起的形式解决了大范围、高精度的综合测量要求。

由于现有位置探测器的限制，如果选用探测器直接进行位置探测的技术路线，如利用面阵CCD或其它二维位置测量器件，则只能在约20mm×20mm的面积内实现高精度的位置测量，无法兼顾上述大范围测量的要求。但如果通过本申请中的将大范围内的位置信息转换到一个较小的比较合理的范围内来进行测量，虽然测量精度可能降低，但可以满足大范围内可以进行测量的要求。