Устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов

Изобретение относится к области контрольной и измерительной аппаратуры и техники и может использоваться в устройствах, где важно знать взаимное положение и ориентацию нескольких приборов, изобретение может быть применено на транспорте, космической и лабораторной технике. Техническим результатом изобретения является повышение точности совместных измерений приборов, установленных на основании устройства. Устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов содержит нижнюю плиту, боковые платформы, выполненные с возможностью размещения на них измерительных приборов, датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения. Нижняя плита и боковые платформы жестко закреплены посредством шаровых опор таким образом, что их плоскости образуют пирамидальную конструкцию, а сами боковые платформы соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры. Каждая боковая платформа соединена с тремя шаровыми опорами посредством соответственно трех крепежных элементов. При этом крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень; в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения соответствующего стержня винта. Для соединения третьей шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения третьего винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта и участок для размещения головки крепежного винта. Между боковой платформой и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры. 11 з.п. ф-лы, 27 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области контрольной и измерительной аппаратуры и техники и может использоваться в устройствах, где важно знать взаимное положение и ориентацию нескольких приборов. Изобретение может быть применено на транспорте, космической и лабораторной технике, например, в качестве опорных платформ телескопов, оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем и т.п.

Уровень техники

Из уровня техники RU 2312771 С1 (опубликовано 20.12.2007, В32В 33/00, G01B 9/06, B64G 1/22) известна платформа в виде плоской кольцевой или круговой центрально-симметричной панели, применяемой в высокоточной космической и наземной технике, например, в качестве опоры оптических приборов, антенных устройств, измерительных систем. Платформа содержит обшивки из слоев волокнистого материала, пропитанного полимерным связующим, сотовый заполнитель между обшивками и узлы крепления, расположенные с равным угловым шагом. Каждый слой обшивок состоит из состыкованных между собой секторов с одинаковым центральным углом. Количество секторов в каждом слое равно или кратно количеству узлов крепления. В каждом секторе одного слоя волокна ориентированы под одинаковым углом относительно центральной оси сектора. Секторы каждого последующего слоя смещены относительно секторов предыдущего слоя на угол, равный половине центрального угла сектора. В каждом секторе одного слоя волокна могут быть ориентированы под углом 90° к центральной оси сектора. Могут присутствовать также слои, где волокна ориентированы под углом 0° к этой оси. Платформа обеспечивает заданную точность позиционирования расположенных на ней узлов крепления при выполнении прочностных и жесткостных требований за счет управления термическим деформированием конструкции посредством применения новых структур армирования слоев композиционного материала, согласованных с расположением узлов крепления.

Из уровня техники US 6412346 В2 (опубликовано 02.07.2002, кл. G01C 21/16) известен инерциальный измерительный блок (IMU) устанавливаемый на подвижной машине, принятый в качестве ближайшего аналога. Измерительный блок включает корпус, на котором размещены три пары полупроводниковых датчиков, каждая пара содержит гироскоп и соответствующий измеритель ускорения. Корпус выполнен в форме треугольной пирамиды, а основание корпуса закреплено в номинальное положение и зафиксировано соответствующими креплениями для расположения и фиксации корпуса в заданном отношении к оси подвижного средства. Каждая пара полупроводниковых датчиков установлена на соответствующей лицевой стороне корпуса. Достоинством изобретения является корпус, который выполнен компактным по размерам, весу и объему и который легко можно установить на движущемся объекте (подвижном средстве).

Общим недостатком вышеуказанных устройств является отсутствие возможности регистрации собственных деформаций оснований, используемых в таких устройствах.

Для решения определенных технических задач необходимо контролировать взаимную ориентацию и взаимное положение измерительных приборов, а также изменение их ориентации и положения со временем, например, для решения задачи построения высокоточной системы звездной ориентации с несколькими оптическими головками (датчиками). Каждая оптическая головка представляет собой фотокамеру с матричным фотоприемником, блоком электроники для обработки изображения и специальным математическим обеспечением. Каждая оптическая головка фотографирует фрагмент звездного неба, попадающий в ее поле зрения. Электронное изображение этого кадра считывается с матричного фотоприемника и передается в блок электроники для обработки. В кадре выделяются изображения звезд и определяются положения их центров в системе координат, связанной с оптической головкой. Часть полученного списка изображений отождествляется с звездами из бортового каталога, хранящегося в памяти блока электроники. Зная координаты отождествленных звезд в системе координат оптической головки, полученные в результате обработки изображения, и координаты этих же звезд в инерциальной системе координат (например, экваториальные небесные координаты звезд), хранящиеся в каталоге, можно определить ориентацию (разворот) системы координат, связанной с оптической головкой, относительно инерциальной системы координат, например, две угловые экваториальные координаты центра поля зрения и разворот сторон кадра относительное направления на полюс мира. Показания всех оптических головок системы ориентации обрабатываются совместно и позволяют определить разворот системы ориентации относительно инерциальной системы координат. Для этого необходимо знать положение оптических головок внутри системы координат с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок. Также необходимо, чтобы положение оптических головок сохранялось во время эксплуатации системы ориентации с точностью не хуже внутренней погрешности оптических головок.

В настоящее время сохранение положения оптических головок в системе ориентации обеспечивается за счет механической стабильности конструкций. Проведенные лабораторные и летные испытания показали, что конструкции систем ориентации космических аппаратов испытывают термоупругие деформации, приводящие к изменению взаимной ориентации оптических головок на 5-20 угловых секунд при том, что внутренняя погрешность современных оптических головок датчиков звездной ориентации составляет 1-3 угловые секунды. Решение этой проблемы путем увеличения размеростабильности конструкции системы ориентации малоперспективно.

Таким образом, технической проблемой является создание устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, обеспечивающее возможность исключения получения результатов совместных измерений приборов с большой систематической ошибкой вследствие влияния термоупругих деформаций на их крепления.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является повышение точности совместных измерений приборов, за счет исключения влияния систематических погрешностей взаимного положения и ориентации приборов, вызываемых термоупругими деформациями их креплений. Вследствие этого возможно получить результаты совместных измерений приборов с максимальной точностью.

Технический результат достигается за счет устройства для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, содержащего нижнюю плиту, боковые платформы, выполненные с возможностью размещения на них измерительных приборов, датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения;

- при этом нижняя плита и боковые платформы жестко закреплены посредством шаровых опор таким образом, что их плоскости образуют пирамидальную конструкцию, а сами боковые платформы соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры;

- нижняя плита и боковые платформы взаимно расположены с зазорами вдоль ребер образуемой пирамидальной конструкции, достаточными для размещения в них датчиков смещения, а в каждом зазоре размещен, по меньшей мере, один датчик смещения;

- каждая боковая платформа соединена с тремя шаровыми опорами посредством соответственно трех крепежных элементов;

- крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень;

- в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения соответствующего стержня винта;

- для соединения первой шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения первого винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; профиль сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой имеет либо форму усеченного конуса, расширяющегося по направлению к шаровой опоре и контактирующего с ней либо цилиндрическую форму,

- при этом в случае выполнения профиля сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой в цилиндрической форме, то в сквозном отверстии боковой платформы размещена коническая шайба, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и диаметр сквозного отверстия на данном участке являются классными;

- для соединения второй шаровой опоры в боковой платформе также выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения второго винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; сквозное отверстие на участке сопряжения боковой платформы с шаровой опорой выполнено в форме закрытого паза, имеющего прямоугольное сечение, в котором размещена коническая шайба с зазором, обеспечивающим возможность смещения шайбы по длине паза, и контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и ширина паза являются классными;

- классный паз выполнен в боковой платформе таким образом, чтобы продолжение его продольной оси проходило через центр сопряжения данной боковой платформы с первой шаровой опорой;

- для соединения третьей шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения третьего винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта, и участок для размещения головки крепежного винта; между боковой платформой и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта, и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры;

- центры трех сложнопрофильных отверстий не лежат на одной прямой;

- при этом каждое сложнопрофильное отверстие в боковой платформе размещено соосно отверстию в соответствующей шаровой опоре;

- стержень каждого крепежного винта размещен в соответствующем цилиндрическом участке сквозного отверстия боковой платформы с зазором, обеспечивающим угловое смещение боковой платформы относительно соответствующей шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии соответствующей шаровой опоры;

- под каждой головкой винта установлены упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую поверхность, образованную на участке для размещения головки соответствующего крепежного винта;

- каждый центр выпуклой соответствующей сферической поверхности совпадает с центром соответствующей ей шаровой опоры.

Образуемая пирамидальная конструкции может быть выполнена в форме треугольной или четырехугольной, или пятиугольной, или шестиугольной пирамиды.

В каждом зазоре могут быть размещены два датчика смещения.

В каждом зазоре размещены могут быть три датчика смещения.

Датчик смещения может представлять собой емкостной датчик.

Нижняя плита может иметь средства крепления, предназначенные для ее закрепления.

В качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.

Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга.

Цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении может быть выполнен в виде эллипса.

Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта, может представлять собой поверхность сферической шайбы, размещенной в сквозном отверстии на данном участке.

Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки первого крепежного винта, может представлять собой часть профиля первого сквозного отверстия.

Паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображено устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов; вариант с тремя боковыми платформами, при этом на каждое из ребер треугольной пирамиды установлен один датчик смещения (сдвига);

На фиг. 2 показан разрез 3D-модели жесткого соединения нижней плиты с боковой платформой посредством шаровой опоры;

На фиг. 3 показан схематический вид сверху соединения боковой платформы с тремя шаровыми опорами посредством трех узлов А, В, С;

на фиг. 4 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов с тремя приборами, установленными на его боковые грани (платформы);

на фиг. 5 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла А по варианту выполнения 1;

на фиг. 6 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;

на фиг. 7 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1;

фиг. 8 иллюстрирует возможность взаимоперемещения боковой платформы и шаровой опоры относительно друг друга с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой боковой платформы для варианта 1 узла А;

на фиг. 9 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 1, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;

на фиг. 10 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла А по варианту выполнения 2;

на фиг. 11 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой сферическую шайбу;

на фиг. 12 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2;

фиг. 13 иллюстрирует возможность взаимоперемещения боковой платформы и шаровой опоры относительно друг друга с изменением направления оси крепежного винта относительно соединяемой боковой платформы для варианта 2 узла А;

на фиг. 14 показан разрез соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле А по варианту выполнения 2, при этом выпуклая сферическая поверхность представляет собой выпуклое сферическое дно, выполненное в цилиндрической выемке;

на фиг. 15 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла В;

на фиг. 16 показан продольный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;

на фиг. 17 показан поперечный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;

на фиг. 18 показан разрез 3D-модели соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле В;

на фиг. 19 показана возможность смещения (перемещения) боковой платформы относительно шаровой опоры в узле В;

на фиг. 20 показано сложнопрофильное сквозное отверстие в боковой платформе для узла С;

на фиг. 21 показан продольный разрез собранного соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры в узле С;

на фиг. 22 показан разрез 3D-модели собранного в соединения боковой платформы и соответствующей шаровой опоры узле С;

на фиг. 23 показана возможность смещения (перемещения) боковой платформы относительно шаровой опоры в узле С;

на фиг. 24 показано устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, имеющее вид треугольной пирамиды;

на фиг. 25 показан чертеж опорной конической классной шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;

на фиг. 26 показан чертеж выпуклой сферической шайбы; вид в поперечном разрезе и вид сверху;

на фиг. 27 показан чертеж конической шайбы (под головку винта); вид в поперечном разрезе и вид сверху.

Позициями на чертежах обозначены:

1 (1А, 1В, 1С) - шаровая опора;

2 (2А, 2В, 2С) - сложнопрофильное сквозное отверстие;

3 (3А, 3B, 3C) - выпуклая сферическая шайба;

4 (4А, 4В, 4С) - коническая шайба под головку винта;

5 (5А, 5В, 5С) - крепежный винт;

6 (6А, 6В, 6С) - зазор между стержнем винта 5 и сквозным отверстием 8;

7 (7А, 7В, 1С) - цилиндрическая выемка (углубление);

8 (8А, 8В, 8С) - сквозное отверстие для крепежного винта 5;

9 (9А, 9В, 9С) - глухое резьбовой отверстие в шаровой опоре 1 для крепежного винта 5;

10 (10А, 10В, 10C) - упругий компенсатор;

11 - боковая платформа устройства;

12А - коническая выемка в боковой платформе 11, опирающаяся на шаровую опору 1А [вариант 1 для узла А];

13А - выпуклое сферическое дно в цилиндрической выемке 7А;

14А - цилиндрическая выемка (углубление) с плоским дном под коническую шайбу 15А [вариант 2 для узла А];

15 (15А, 15В, 15С) - опорная классная шайба;

16В - закрытый классный паз;

17С - плоская поверхность боковой платформы 11, к которой прижимается опорная коническая шайба 15С;

18 - устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов;

19 - блок обработки данных;

20 - средство крепления устройства;

21 - нижняя плита устройства (основание пирамиды);

22 - датчик смещения;

23 - датчик звездной ориентации;

24 - датчик направления на Солнце;

R1 (R1A, R1B, R1C) - радиус кривизны соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С);

R2A - радиус кривизны выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А);

R2B, R2C - радиус кривизны выпуклой сферической шайбы 3B, 3C;

О (OA, OB, OC) - центр соответствующей шаровой опоры (1А, 1В, 1С) совпадающий с центром выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо соответствующей сферической шайбы 3).

Осуществление изобретения

Устройство 18 для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов состоит из нижней плиты 21, боковых платформ 11, датчиков смещения 22, средств крепления 20, шаровых опор 1, а также блока обработки данных 19.

В данной заявке под термином «шаровая опора» понимается шаровая деталь, предназначенная для передачи веса и других нагрузок с агрегата (устройства) или детали на корпус (основание).

Нижняя плита 21 может быть закреплена на опоре в составе космического/летательного аппарата, в котором используется заявляемое устройство 18 посредством средств крепления 20. Либо также нижняя плита 21 может быть закреплена к космическому аппарату непосредственно на целевой аппаратуре посредством средств крепления 20. Средства крепления 20 могут представлять собой ушки, предназначенные для крепления к опоре с помощью винтов/болтов и гаек.

На каждую из платформ 11 может быть установлено по одному измерительному прибору (датчику), положение и ориентацию которого относительно нижней плиты 21 устройства 18 необходимо контролировать.

Нижняя плита 21 и боковые платформы 11 закреплены между собой посредством шаровых опор 1 таким образом, что их плоскости образуют пирамиду (не обязательно правильную), при этом нижняя плита 21 является основанием образующейся пирамиды, а боковые платформы 11 - боковыми гранями образующейся пирамиды. Соответственно, сами боковые платформы 11 соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной (центральной) шаровой опоры 1.

Возможно четыре варианта выполнения заявляемого устройства 18:

первый вариант, когда устройство 18 содержит три боковых платформы 11, в таком случае образуется треугольная (трехгранная) пирамида (Фиг. 1);

второй вариант - устройство 18 содержит четыре боковых платформы 11, в таком случае образуется четырехугольная (четырехгранная) пирамида;

третий вариант - устройство 18 содержит пять боковых платформ 11, в таком случае образуется пятиугольная (пятигранная) пирамида;

четвертый вариант - устройство 18 содержит шесть боковых платформ 11, в таком случае образуется шестиугольная (шестигранная) пирамида.

Между боковыми платформами 11, а именно вдоль каждого ребра образуемой пирамиды установлен по меньшей мере один датчик смещения 22 (на каждое ребро). Также между каждой боковой платформой 11 и нижней плитой 21 установлен по меньшей мере один датчик смещения 22. Таким образом, в совокупности в заявляемом устройстве 18 в случае треугольной пирамиды количество датчиков смещения будет равным шести (три датчика смещения - вдоль ребер пирамиды и три датчика смещения между нижней плитой и боковыми платформами).

Шаровые опоры 1 установлены в зазорах, образуемых двумя боковыми платформами 11 и нижней плитой 1; а одна (центральная) шаровая опора 1 установлена в зазоре, образованном между всеми боковыми платформами 11 (верхняя вершина образуемой пирамиды). Таким образом, в случае треугольной пирамиды количество шаровых опор 1 будет равным четыре: одна опора (центральная) - на вершине образуемой пирамиды и три на основании (нижней плите 21); четырехугольной пирамиды - пять и т.д.

Нижняя плита 21 жестко соединена с (тремя или четырьмя или пятью или шестью) шаровыми опорами 1, например винтом/штифтом/болтом (фиг. 2). Возможно также приварить шаровые опоры 1 к нижней плите 21 или сделать нижнюю плиту 21 единой с шаровыми опорами 1.

Каждая боковая платформа 11 заявляемого устройства 18 соединена с тремя шаровыми опорами 1А, 1В, 1С посредством соответственно трех узлов соединения: узел А, узел В и узел С (см. фиг. 3). При этом расположение узлов А, В и С на боковой платформе 11 пирамиды относительно других боковых платформ 11 не имеет значения. Т.е., например, в вершине образованной пирамиды, боковые платформы 11 могут быть соединены с центральной шаровой опорой разными узлами (А, В и С) или одинаковыми (например, только узлы А) или частично совпадающими (например, два узла А и один - С и т.д., и т.п.).

Узел А соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1А может выполнен в двух вариантах выполнения и устроен следующим образом.

Вариант 1 выполнения узла А.

Узел А соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1А содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и выпуклую сферическую поверхность (3А, 13А).

Крепежный элемент выполнен в виде винта 5А, содержащего головку и стержень с резьбой.

Для данного узла А в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2А (фиг. 5) переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5А, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с шаровой опорой (коническая выемка 12А), цилиндрический участок для размещения стержня винта 5А (сквозное отверстие 8А) и участок для размещения головки крепежного винта 5А (цилиндрическая выемка 7А). Сквозное отверстие 8А имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5А; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8А соосно выемке (углублению) 7А. Между отверстием 8А и размещенным внутри него стержнем винта 5А имеется зазор 6А, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1А вместе с винтом 5А относительно боковой платформы 11 - фиг. 8.

Поверхность конической выемки 12А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка OA) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).

В самой шаровой опоре 1А выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9А, предназначенное для установки стержня крепежного винта 5А. Таким образом, стержень винта 5А закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9А шаровой опоры 1А.

Сложнопрофильное сквозное отверстие 2А в боковой платформе 11 и отверстие 9А в шаровой опоре 1А размещены соосно.

Для установки шаровой опоры 1А в боковой платформе 11 выполнена коническая выемка 12А, соосная сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Таким образом, профиль сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А имеет форму усеченного конуса (выемка 12А), расширяющегося по направлению к шаровой опоре 1А и контактирующего с шаровой опорой.

Контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по вышеуказанной конической выемке 12А.

Под головку винта 5А установлены упругий компенсатор 10А и коническая шайба 4А, опирающаяся своей внутренней (вогнутой) конической поверхностью на сферическую поверхность 3А либо 13А, образованную на участке для размещения головки крепежного винта 5А, а внешней (плоской) поверхностью она (шайба 4А) обращена к компенсатору 10А. Головка винта 5А, компенсатор 10А, коническая шайба 4А и сферическая поверхность 3А либо 13А расположены в выемке 7А. Стержень винта 5А проходит через компенсатор 10А, коническую шайбу 4А и сферическую поверхность 3А либо 13А, а также через отверстия 8А и 9А.

Сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой поверхность сферической шайбы 3А, размещенной в сложнопрофильном сквозном отверстии 2А, а конкретно на участке в выемке 7А - Фиг. 6. Либо сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта 5А, может представлять собой часть профиля сквозного отверстия 2А, а конкретно часть профиля выемки 7А, образуя выпуклое сферическое дно 13А - Фиг. 9.

При выполнении сферической поверхности в виде сферической шайбы 3А: плоская сторона шайбы 3А будет обращена внутрь выемки 7А (по направлению к шаровой опоре 1А), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3А внутренней (вогнутой) стороной установлена коническая вогнутая шайба 4А.

Упругий компенсатор 10А обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1А» в узле А тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока в узле А. В качестве такого упругого компенсатора может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.

Радиус кривизны R2A выпуклой сферической поверхности (выпуклого сферического дна 13А либо сферической шайбы 3А) выбран так, чтобы центр выпуклой сферической поверхности (шайбы 3А/сферического дна 13А) совпадал с центром шаровой опоры 1А (тч. OA).

Вариант 2 выполнения узла А.

В данном варианте выполнения узла А вместо конической выемки 12А в боковой платформе 11, выполнена цилиндрическая выемка 14А, также являющаяся участком сложнопрофильного сквозного отверстия 2А и при этом данный участок контактирует с шаровой опорой 1А. Все остальные конструктивные элементы и их взаимосвязь по сравнению с вариантом 1 - остались неизменными.

Таким образом, для установки шаровой опоры 1А в боковой платформе 11 выполнена цилиндрическая выемка 14А с плоским дном. В цилиндрической выемке 14А установлена коническая шайба 15А, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры 1А. Цилиндрическая выемка 14А соосна сквозному отверстию 8А (и соответственно цилиндрической выемке 7А). Диаметр конической шайбы 15А и диаметр сквозного отверстия на данном участке (цилиндрической выемки 14А) являются классными.

Классным называется элемент детали (например, внешний диаметр шайбы, внутренний диаметр отверстия/углубления и т.п.), если его размер удовлетворяет определенному квалитету точности. Квалитет точности - это совокупность допусков, величина которых зависит от номинального размера, и которые соответствуют одинаковой степени точности для всех номинальных размеров. В России квалитеты точности определены в ГОСТ 25346-89.

Поверхность выемки 14А имеет возможность скользить (перемещаться) по поверхности шаровой опоры 1А посредством шайбы 15А, а коническая поверхность шайбы 4А, на которую опирается головка винта 5А - по сферической поверхности шайбы 3А либо сферического дна 13А. Поворот осуществляется вокруг центра (точка OA) шаровой опоры 1А. Угловое смещение ограничивается величиной зазора 6А, диаметром цилиндрической выемки 7А, диаметром шайбы 4А и диаметром сферической поверхности (3А, 13А).

Т.е. контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А осуществляется по шайбе 15А, находящейся в выемке 14А. Такой контакт допускает перемещение шаровой опоры 1А относительно боковой платформы 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте боковой платформы 11 с опорой 1А. Внешний диаметр шайбы 15А совпадает с внутренним диаметром выемки 14А, из-за чего люфт шайбы 15А относительно боковой платформы 11 отсутствует. Обычно вариант 2 узла А используется если материал боковой платформы 11 не обладает необходимыми качествами для скольжения по шаровой опоре 1.

Таким образом, данное соединение боковой платформы 11 с шаровой опорой 1А посредством узла А позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1А относительно боковой платформы 11 за счет одновременного сдвига конической шайбы 4А по выпуклой поверхности сферической поверхности (шайбы 3А / сферического дна 13А) и либо сдвига конической выемки 12А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 1) либо сдвига шайбы 15А в выемке 14А по поверхности шаровой опоры 1А (вариант 2). При этом направление оси крепежного винта 5А относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстия в сферической поверхности 3А (13А) и диаметром сквозного отверстия 8А в боковой платформе 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1А совместно с винтом 5А относительно боковой платформы 11 показана на фиг. 8 и 13.

Узел В соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1 В устроен следующим образом.

Узел В соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1В содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10 В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3B и опорную коническую шайбу 15В. Опорная коническая шайба 15В выполнена с классным внешним диаметром.

Крепежный элемент выполнен в виде винта 5В, содержащего головку и стержень с резьбой.

Для данного узла В в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2В переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5В, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с шаровой опорой (паз 16В), цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8В), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7В). Сквозное отверстие 8В имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5В; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8В соосно выемке (углублению) 7В.

Между отверстием 8В и размещенным внутри него стержнем винта 5 имеется зазор 6В, обеспечивающий угловое смещение (поворот) шаровой опоры 1В вместе с винтом 5 В относительно боковой платформы 11.

В шаровой опоре 1 выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9В, предназначенное для установки крепежного винта 5В. Таким образом, стержень винта 5В закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9В шаровой опоры 1В.

Сложнопрофильное сквозное отверстие 2В в боковой платформе 11 и отверстие 9В в шаровой опоре 1 размещены соосно.

Сквозное отверстие на участке сопряжения боковой платформы 11 с шаровой опорой 1В выполнено в форме закрытого паза 16В. Т.е. для установки шаровой опоры 1В в боковой платформе 11 выполнен закрытый паз 16В с плоским горизонтальным дном. Паз 16В в сечении имеет преимущественно форму прямоугольника, однако данный прямоугольник может быть со скругленными сторонами (см. фиг. 3, узел В), при этом ширина (короткая сторона) паза 16В выполнена классной. Соответственно данный закрытый паз 16В предназначен для размещения опорной конической шайбы 15В с классным внешним диаметром.

Длина (длинная сторона) прямоугольного классного паза 16В больше классного диаметра конической шайбы 15В, за счет этого образуется зазор, обеспечивающий возможность смещение шайбы 15В по длине паза 16В. Ширина (короткая сторона) прямоугольного паза 16В задана с классной точностью и равна внешнему классному диаметру конической шайбы 15В, устанавливаемой в пазе 16В (см. фиг. 17). При этом плоская сторона шайбы 15В направлена внутрь паза 16В к его плоской горизонтальной поверхности, а (внутренняя) вогнутая коническая сторона шайбы 15В направлена и опирается на шаровую опору 1В. Внешняя классная цилиндрическая сторона шайбы 15В контактирует с боковыми сторонами классного паза 16В в боковой платформе 11.

Паз 16В выполнен соосно сквозному отверстию 8В (и соответственно цилиндрической выемке 7В). Таким образом, контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1 осуществляется по пазу 16В. Такой контакт позволяет осуществить перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 при фиксированном положении ее центра и при постоянном контакте боковой платформы 11 с опорой 1В.

Диаметр выемки 7В позволяет с зазором установить в нее сферическую шайбу 3B и коническую шайбу 4В. Этот зазор позволяет осуществлять смещение шайб 3B и 4В в пределах смещения (перемещения) шайбы 15В по пазу 16В при перемещении шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11.

Под головку винта 5В установлены упругий компенсатор 10В и коническая шайба 4В, вогнутая коническая поверхность которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3B, а плоская поверхность, которой обращена к компенсатору 10В. Плоская же поверхность шайбы 3B обращена внутрь выемки 7В (по направлению к шаровой опоре 1В), а на выпуклую сферическую поверхность шайбы 3B вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4В. Головка винта 5В, компенсатор 10В, коническая шайба 4В и сферическая шайба 3B расположены в выемке 7В. Стержень винта 5В проходит через компенсатор 10В, коническую шайбу 4В, сферическую шайбу 3B, через отверстия 8В и 9В, а также через шайбу 15В.

Упругий компенсатор 10В обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1В» в узле В тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10В может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.

Радиус кривизны R2B выпуклой сферической шайбы 3B выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3B совпадал с центром шаровой опоры 1В (тч. OB).

Отверстия, выполненные в конической 4В и в сферической 3B шайбах, а также сквозное отверстие 8В в боковой платформе 11 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5В (для свободного прохода стержням винта). Диаметры шайб 3B и 4В меньше внутреннего диаметра выемки 7В.

При этом классный паз 16В, предназначенный для установки одной шаровой опоры 1В, выполнен в боковой платформе 11 таким образом, чтобы продолжение продольной оси (длинной стороны) паза 16В проходило через центр выемки (конической 12А или цилиндрической 14А), предназначенной для установки другой (первой) шаровой опоры - 1А (и соответственно проходило через ось винта 5А, а, следовательно, через центр сопряжения боковой платформы 11 с первой шаровой опорой 1А) - см. штрихпунктирную линию на Фиг. 3.

Таким образом, соединение боковой платформы 11 с шаровой опорой 1В посредством узла В позволит выполнить перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 за счет за счет одновременного сдвига конической шайбы 4В по выпуклой поверхности сферической шайбы 3B и конической шайбы 15В по пазу 16В. При этом направление оси крепежного винта 5В относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 4В, 3B и диаметром сквозного отверстия 8В в боковой платформе 11. Иллюстрация возможного перемещения шаровой опоры 1В совместно с винтом 5В относительно боковой платформы 11 показана на фиг. 19.

В узле В также возможно перемещение шаровой опоры 1В относительно боковой платформы 11 следующим образом: шаровая опора 1 В совместно с винтом 5В и шайбами 15В, 3B, 4В перемещается (смещается) по длинной стороне закрытого классного паза 16В в боковой платформе 11 (т.е. движение в пазу 16В, как показано стрелками на Фиг. 16). Величина перемещения ограничивается длиной паза 16В.

При этом плоская сторона конической шайбы 15В скользит (перемещается) по плоской горизонтальной поверхности паза 16В. А плоская сторона сферической шайбы 3B - по плоскому дну выемки 7 В. Смещение винта 5В в направлении короткой стороны паза 16В (поперек паза) не происходит, из-за того, что ширина классного паза 16В на очень малую величину превышает внешний классный диаметр конической шайбы 15В, и люфт практически отсутствует.

Узел С соединяющий боковую платформу 11 и соответствующую шаровую опору 1С устроен следующим образом.

Узел С соединяющий боковую платформу 11 и шаровую опору 1С содержит: крепежный элемент, упругий компенсатор 10C, коническую шайбу 4С, выпуклую сферическую шайбу 3C и коническую шайбу 15С.

Крепежный элемент выполнен в виде винта 5С, содержащего головку и стержень с резьбой.

Для данного узла С в боковой платформе 11 выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие 2С переменного диаметра, предназначенное для размещения винта 5С, при этом данное сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта (сквозное отверстие 8С), и участок для размещения головки крепежного винта (цилиндрическая выемка 7С). Сквозное отверстие 8С имеет цилиндрический участок для размещения стержня винта 5С; данный цилиндрический участок в поперечном сечении может быть выполнен в виде круга или эллипса. Сквозное отверстие 8С соосно выемке (углублению) 7С.

Между отверстием 8С и размещенным внутри него стержнем винта 5С имеется зазор 6С, обеспечивающий угловое смещение (поворот/перемещение) шаровой опоры 1С вместе с винтом 5С относительно боковой платформы 11. Данное смещение показано на фиг. 23.

В шаровой опоре 1С выполнено резьбовое глухое радиальное отверстие 9С, предназначенное для установки крепежного винта 5С. Таким образом, стержень винта 5С закреплен посредством резьбы в глухом отверстии 9С шаровой опоры 1С.

Сложнопрофильное сквозное отверстие 2С в боковой платформе 11 и отверстие 9С в шаровой опоре 1С размещены соосно.

Контакт боковой платформы 11 с шаровой опорой 1С происходит по плоскому участку поверхности 17С боковой платформы 11 посредством конической шайбы 15С, через которую проходит стержень винта 5С. Т.е. для установки шаровой опоры 1С в боковой платформе 11 выполнен плоский участок поверхности 17С, а коническая шайба 15С установлена между боковой платформой 11 и шаровой опорой 1С. Плоская сторона шайбы 15С обращена к плоской горизонтальной поверхности 17С боковой платформы 11, а вогнутой (внутренней) конической стороной (поверхностью) контактирует со сферической поверхностью шаровой опоры 1С.

Под головку винта 5С установлены упругий компенсатор 10C и коническая шайба 4С, вогнутая (внутренняя) коническая сторона (поверхность) которой опирается на выпуклую сферическую шайбу 3C, а плоская сторона, которой обращена к компенсатору 10C. Плоская сторона шайбы 3C обращена внутрь выемки 7С (по направлению к шаровой опоре 1С), а на выпуклую сферическую сторону шайбы 3C вогнутой стороной установлена коническая вогнутая шайба 4С. Головка винта 5С, компенсатор 10C, коническая шайба 4С и сферическая шайба 3C расположены в выемке 7С. Стержень винта 5 проходит через компенсатор 10C, коническую шайбу 4С, сферическую шайбу 3C, а также через отверстия 8С и 9С и шайбу 15С.

Упругий компенсатор 10C обеспечивает поджатие всего пакета соединительного блока «боковая платформа 11 - шаровая опора 1С» в узле С тарированным усилием и, как следствие, обеспечивает постоянное трение между подвижными элементами описываемого блока. В качестве такого упругого компенсатора 10C может быть использоваться тарельчатая пружина, зубчатая контровочная шайба или шайба-гровер.

Радиус кривизны R2C выпуклой сферической шайбы 3C выбран так, что центр выпуклой сферической шайбы 3C совпадал с центром шаровой опоры 1С (тч. OC).

Отверстия, выполненные в конической 4С и в сферической 3C шайбах, а также сквозное отверстие 8С в боковой платформе 11 имеют диаметры, превышающие диаметр крепежного винта 5С (для свободного прохода стержня). Диаметры шайб 3C и 4С меньше внутреннего диаметра выемки 7С.

В данном узле С возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно боковой платформы 11. Данное перемещение происходит за счет одновременного сдвига конической шайбы 4С по выпуклой поверхности сферической шайбы 3C и конической шайбы 15С по поверхности шаровой опоры 1С. При этом направление оси крепежного винта 5С относительно боковой платформы 11 меняется в пределах, определяемых диаметрами отверстий в шайбах 15С, 3C и диаметром сквозного отверстия 8С в боковой платформе 11. Иллюстрация перемещения шаровой опоры 1С совместно с винтом 5С относительно боковой платформы 11 показана на Фиг. 23.

В узле С также возможно перемещение шаровой опоры 1С относительно боковой платформы 11 следующим образом: шаровая опора 1С совместно с крепежным винтом 5С и надетыми на винт шайбами 15С, 3C, 4С и упругим компенсатором 10C может перемещаться относительно боковой платформы 11 в произвольном направлении по плоской поверхности 17С. При этом плоская поверхность конической шайбы 15С скользит (перемещается) по плоскости поверхности 17С боковой платформы 11, а плоская поверхность сферической шайбы 3C на противоположной стороне боковой платформы 11 - по плоскому дну выемки 7С. Величина перемещения ограничивается зазором 6С между стержнем винта 5С и отверстием 8С, а также диаметрами цилиндрической выемки 7С и шайб 3C, 4С, соответственно.

При этом центры всех трех сложнопрофильных отверстий 2А, 2В, 2С, выполненных в боковой платформе 11, не лежат на одной прямой. Т.е. три винта 5А, 5В, 5С, установленные в выемках 7А, 7В, 7С узлов А, В и С боковой платформы 11 расположены таким образом, чтобы их оси не лежали в одной плоскости.

Таким образом, положение боковой платформы 11 в пространстве будет определяться положением трех шаровых опор 1А, 1В и 1С даже при их перемещении.

В результате вышеописанного соединения боковой платформы 11 на трех шаровых опорах 1А, 1В и 1С (посредством соответствующих узлов А, В и С) возникнет возможность перемещения шаровых опор 1А, 1В и 1С относительно боковой платформы 11.

Так при равномерном расширении или сжатии боковой платформы 11, например, из-за изменения ее температуры, конические шайбы 15В, 15С узлов В, С, опирающиеся на соответствующие им шаровые опоры 1В, 1С, смещаются (перемещаются), соответственно, в классном паз 16В (в узле В) и по плоской поверхности 17С (узел С). При этом в боковой платформе 11 не возникает упругих напряжений и деформаций, а позиционирование боковой платформы 11 относительно трех шаровых опор 1А, 1В и 1С, задаваемое линией, проходящей через паз 16В узла В и через центр конической выемки 12А (а соответственно, через ось винта 5А) узла А в боковой платформе 11 не изменяется. Получая показания с датчиков смещения 22 в устройстве 18 и за счет возможности смещения граней - боковых платформ 11 в пирамиде-устройстве 18 становится возможным измерить погрешность показаний датчиков (приборов). А зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов с максимальной точностью.

Дополнительно, вышеописанное соединение боковой платформы 11 на три шаровые опоры 1А, 1В и 1С посредством узлов А, В, С не требует точного совпадения расстояний между центрами узлов А, В, С на боковой платформе 11 и расстояний между центрами шаровых опор 1А, 1 В и 1С. Отличие этих расстояний компенсируется смещениями узлов В и С: опорной шайбы 15В узла В вдоль классного паза 16В и опорной шайбы 15С узла С по плоской поверхности 17С боковой платформы 11.

Устройство с тремя боковыми платформами 11 может контролировать положение одного, двух или трех измерительных приборов, установленных на боковых платформах 11, являющимися гранями треугольной пирамиды. Если приборов меньше, чем три, одна или две боковые платформы 11 останутся незанятыми. Если необходимо контролировать положение и ориентацию более чем трех приборов, то необходимо использовать устройство 18 с соответствующим числом боковых платформ 11, образующих вместе с нижней плитой 21 многоугольную пирамиду.

Датчики смещения 22 являются одноосными, т.е. регистрируют смещение в одном направлении - вдоль оси датчика - и не реагируют на смещения поперек этой оси. Показания всех датчиков смещения передаются в блок обработки данных 19 по соединительным проводам (на чертежах не показаны). На основе показаний датчиков вычисляются смещения и повороты каждой боковой платформы 11 относительно нижней плиты 21.

Одним из возможных типов датчиков 22 является емкостные датчики смещения (например, датчики серии D100, D510 фирмы Physik Instrumente). Данные датчики 22 состоят из пары контактов, образующих конденсатор. Один из контактов закреплен на одной из платформ 11, а второй на противоположной (либо на нижней плите 1). Изменение расстояния между контактами приводит к изменению емкости, образуемого ими конденсатора, что регистрируется блоком обработки данных 19. Возможна конфигурация, когда датчик 22 содержит только один измерительный контакт, а вторым служит плоский участок противоположной платформы 11 (нижней плиты 21).

В качестве блока обработки данных 19 может быть использован компьютер, обеспечивающий решение системы линейных алгебраических уравнений, в результате чего показания датчиков смещения 22 переводят в данные изменения положения и поворота граней образуемой пирамиды, составляющей заявляемое устройство 18.

Каждая боковая платформа 11 и, соответственно, установленный на ней прибор имеют шесть степеней свободы, например, три координаты положения в пространстве центра платформы и три угла ее разворота в пространстве. Для устройства 18, содержащего N боковых платформ, число степеней свободы будет равно 6N.

При установке на каждое ребро образуемой пирамиды-устройства 18 трех датчиков смещения 22 число измеряемых параметров оказывается равным числу степеней свободы. Для определения положений и разворотов всех платформ 11 необходимо решить линейную систему из 6N уравнений относительно 6N неизвестных (параметров степеней свободы). Система является невырожденной, если оси датчиков 22 не параллельны друг другу.

Если число датчиков 22, установленных на ребре пирамиды, менее трех, то линейная система уравнений содержит менее 6N уравнений относительно тех же 6N переменных и, соответственно, является не доопределенной. В результате решения этой системы может быть определено значение лишь части параметров или будут определены некоторые линейные комбинации этих параметров.

Число датчиков 22 более трех на ребре образуемой пирамиды позволяет сохранить работоспособность заявляемого устройства 18 при выходе из строя одного или нескольких датчиков.

Решение полной системы уравнений позволяет определить все параметры (и положения, и разворота) боковых платформ 11, но требует установки трех датчиков смещения 22 на ребро образуемой пирамиды, что делает устройство 18 сложнее и дороже.

При меньшем числе датчиков смещения 22 определяются не все параметры, но они не всегда бывают нужны. Так при использовании в качестве контролируемых приборов звездных датчиков ориентации смещения центров платформ неважны, необходимо определить только углы разворота боковых платформ 11 устройства 18, а для узкопольных звездных датчиков достаточно определять только изменения направления нормали к боковой платформе 11. В первом случае для определения этих параметров необходимо решить систему 3N уравнений (достаточно 2 датчиков смещения на ребро), в последнем - 2N уравнений (достаточно 1 датчика смещения на ребро).

Как один из вариантов выполнения изобретения: заявляемое устройство 18 также может быть закреплено на единой плоской опорной пластине, которая в свою очередь будет крепится на опоре в составе космического/летательного аппарата.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства 18 на примере конфигурации с тремя боковыми платформами 11 (фиг. 24). Нижняя плита 21 закреплена к космическому аппарату непосредственно на целевой аппаратуре посредством средств крепления 20.

Таким образом, плоскости нижней плиты 21 и трех боковых платформ 11 образуют треугольную пирамиду. В зазоре вдоль каждого ребра пирамиды установлены по три датчика смещения 22, и в зазоре между боковыми платформами 11 и нижней плитой 21 также установлено по три датчика смещения 22 (т.е. в общей сложности восемнадцать датчиков смещения 22). При смещении одной или нескольких боковых платформ 11 с установленными на них датчиками 22, показания всех или части датчиков смещения 22 изменятся. Эти показания всех 18-ти датчиков смещения 22 передаются в блок обработки данных 19 по соединительным проводам. В блоке обработки данных 19 на основе показаний всех 18-ти датчиков смещения 22 вычисляются изменения в ориентации и смещения трех боковых платформ 11 относительно нижней плиты 21. Эти изменения (погрешности) учитываются при обработке показаний приборов, установленных на боковых платформах 11 устройства. В результате, зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов, которые установлены на боковых платформах 11, с максимальной точностью.

Пример реализации устройства.

Рассмотрим работу устройства 18 на примере конфигурации с тремя боковыми платформами 11 (фиг. 24). Само устройство 18 используется в системах ориентации и навигации космических аппаратов.

Устройство 18 имеет форму треугольной пирамиды. При этом каждая боковая платформа 11 пирамиды соединена с тремя шаровыми опорами 1А, 1В, 1С, посредством узлов А, В, и С. Основание 21 является основанием пирамиды. Основание 21 может быть закреплено на целевой аппаратуре, например, космическом аппарате.

Всего шаровых опор в устройстве 18 четыре: одна в вершине, три на основании. Размер шаровых опор выбран таким, чтобы грани пирамиды (платформы) 11 (включая ее основание) не касались друг друга непосредственно. В зазоры между гранями (платформами) 11 пирамиды (которые проходят вдоль ее ребер) устанавливаются высокоточные датчики смещений 22, на основе показаний которых вычисляются изменения наклонов боковых граней 11 для устройств (приборов) 23, 24 относительно его основания 21 и друг относительно друга (Фиг. 4).

Сами боковые платформы 11 соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры (позиция 1С на фиг. 24). К основанию 21 образованной пирамиды жестко закреплены соответствующие три шаровые опоры (позиции 1, 1А и 1В на фиг. 24), например, посредством болтов/винтов/штифтов и т.п. Само же основание 21 может быть закреплено на целевой аппаратуре, например, космическом аппарате.

При этом расположение узлов А, В и С на каждой боковой грани (платформе) 11 пирамиды относительно других граней 11 не имеет значения. Т.е., например, в вершине образованной пирамиды, грани 11 могут быть соединены с шаровой опорой (1С) разными узлами (А, В и С) или одинаковыми (например, только узлы А) или частично совпадающими (например, два узла А и один - С и т.п.).

На три боковые грани 11 устройства 18 устанавливаются измерительные приборы 23, 24; ориентация и положение которых относительно основания 21 устройства (пирамиды) должно контролироваться (Фиг. 4). Измерительные приборы 23 и 24 представляют собой, например, датчик звездной ориентации 23 (2 шт.) и датчик направления на Солнце 24 (1 шт.).

В процессе эксплуатации устройства 18, его боковые грани (платформы) 11 с установленными на них измерительными приборами 23 и 24, изменяют свое положение в пространстве из-за внешних тепловых и механических воздействий. В результате этих смещений показания измерительных приборов 23, 24 перестают согласовываться друг с другом, а погрешность их совместной работы существенно возрастает. Получая показания с датчиков смещения 22 в устройстве 18 и за счет возможности смещения граней - боковых платформ 11 в пирамиде становится возможным измерить погрешность показаний данных датчиков (приборов 23, 24). А зная эти погрешности становится возможным получить результаты совместных измерений приборов 23 и 24, которые установлены на боковых платформах 11, с максимальной точностью.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет одновременно с высокой точностью контролировать положение и ориентацию (поворот или разворот) нескольких измерительных приборов (датчиков) относительно нижней плиты (основания) в составе аппарата, т.е. позволяет исключить влияния систематических погрешностей взаимного положения и ориентации приборов, вызываемых термоупругими деформациями креплений. Каждый из контролируемых приборов может смещаться на некоторое расстояние и поворачиваться на некоторый угол в процессе эксплуатации. Типичные смещение и поворот невелики: смещение не превышает сотен микрон, а поворот - нескольких угловых секунд.

1. Устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов, содержащее нижнюю плиту, боковые платформы, выполненные с возможностью размещения на них измерительных приборов, датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения, характеризующееся тем, что

- нижняя плита и боковые платформы жестко закреплены посредством шаровых опор таким образом, что их плоскости образуют пирамидальную конструкцию, а сами боковые платформы соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры;

- нижняя плита и боковые платформы взаимно расположены с зазорами вдоль ребер образуемой пирамидальной конструкции, достаточными для размещения в них датчиков смещения, а в каждом зазоре размещен по меньшей мере один датчик смещения;

- каждая боковая платформа соединена с тремя шаровыми опорами посредством соответственно трех крепежных элементов;

- крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень;

- в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения соответствующего стержня винта;

- для соединения первой шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения первого винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта и участок для размещения головки крепежного винта; профиль сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой имеет либо форму усеченного конуса, расширяющегося по направлению к шаровой опоре и контактирующего с ней, либо цилиндрическую форму,

- при этом в случае выполнения профиля сквозного отверстия на участке сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой в цилиндрической форме, то в сквозном отверстии боковой платформы размещена коническая шайба, контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и диаметр сквозного отверстия на данном участке являются классными;

- для соединения второй шаровой опоры в боковой платформе также выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения второго винта, при этом данное сквозное отверстие включает участок сопряжения боковой платформы с данной шаровой опорой, цилиндрический участок для размещения стержня винта и участок для размещения головки крепежного винта; сквозное отверстие на участке сопряжения боковой платформы с шаровой опорой выполнено в форме закрытого паза, имеющего прямоугольное сечение, в котором размещена коническая шайба с зазором, обеспечивающим возможность смещения шайбы по длине паза, и контактирующая своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью шаровой опоры, а диаметр конической шайбы и ширина паза являются классными;

- классный паз выполнен в боковой платформе таким образом, чтобы продолжение его продольной оси проходило через центр сопряжения данной боковой платформы с первой шаровой опорой;

- для соединения третьей шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения третьего винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта и участок для размещения головки крепежного винта; между боковой платформой и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры;

- центры трех сложнопрофильных отверстий не лежат на одной прямой;

- при этом каждое сложнопрофильное отверстие в боковой платформе размещено соосно отверстию в соответствующей шаровой опоре;

- стержень каждого крепежного винта размещен в соответствующем цилиндрическом участке сквозного отверстия боковой платформы с зазором, обеспечивающим угловое смещение боковой платформы относительно соответствующей шаровой опоры, и закреплен посредством резьбы в глухом отверстии соответствующей шаровой опоры;

- под каждой головкой винта установлены упругий компенсатор и коническая шайба, опирающаяся своей внутренней конической поверхностью на сферическую поверхность, образованную на участке для размещения головки соответствующего крепежного винта;

- каждый центр выпуклой соответствующей сферической поверхности совпадает с центром соответствующей ей шаровой опоры.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что образуемая пирамидальная конструкция выполнена в форме треугольной или четырехугольной, или пятиугольной, или шестиугольной пирамиды.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждом зазоре размещены два датчика смещения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждом зазоре размещены три датчика смещения.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик смещения представляет собой емкостной датчик.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижняя плита имеет средства крепления, предназначенные для ее закрепления.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве упругого компенсатора может быть использована тарельчатая пружина или зубчатая контровочная шайба, или шайба-гровер.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении выполнен в виде круга.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цилиндрический участок для размещения стержня винта в поперечном сечении выполнен в виде эллипса.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки крепежного винта, представляет собой поверхность сферической шайбы, размещенной в сквозном отверстии на данном участке.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сферическая поверхность, образованная на участке для размещения головки первого крепежного винта, может представлять собой часть профиля первого сквозного отверстия.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что паз в сечении может быть выполнен в форме прямоугольника со скругленными сторонами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области навигационных измерений и может быть использовано для определения пилотажных и навигационных параметров авиационных или наземных носителей, например летательного аппарата или автомобиля.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения путевой скорости и угла сноса летательного аппарата в автономных навигационных системах с использованием электромагнитных волн.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения положения трубопровода в пространстве, например в горизонтальной и вертикальной плоскостях при эксплуатации и строительстве трубопроводов.

Изобретение относится к судовождению и может быть использовано при комбинированных навигационных измерениях в комплексных средствах автоматического управления движением судов, преимущественно в системах динамического позиционирования судов.

Изобретение относится к области радионавигации. Техническим результатом является повышение точности измерений.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах управления полностью свободными в пространстве объектами с шестью степенями свободы пространственного движения, например воздушными и космическими летательными аппаратами, ракетами, снарядами, боевыми элементами, торпедами и другими подводными аппаратами.

Изобретение относится к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата (ЛА), определяющих движение ЛА относительно окружающей воздушной среды.

Изобретение относится к области навигационных измерений и может быть использовано для определения координат местоположения подвижного объекта, например летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах морской геодезии. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения углового положения (в частности, угла крена) объекта, стабилизированного вращением (ОСВ), в пространстве.

Изобретение относится к области контрольной и измерительной аппаратуры и техники и может использоваться в устройствах, где важно знать взаимное положение и ориентацию нескольких приборов, изобретение может быть применено на транспорте, космической и лабораторной технике. Техническим результатом изобретения является повышение точности совместных измерений приборов, установленных на основании устройства. Устройство для контроля взаимной ориентации и взаимного положения измерительных приборов содержит нижнюю плиту, боковые платформы, выполненные с возможностью размещения на них измерительных приборов, датчики смещения и блок обработки данных, соединенный с датчиками смещения. Нижняя плита и боковые платформы жестко закреплены посредством шаровых опор таким образом, что их плоскости образуют пирамидальную конструкцию, а сами боковые платформы соединены между собой в вершине образуемой пирамиды посредством одной шаровой опоры. Каждая боковая платформа соединена с тремя шаровыми опорами посредством соответственно трех крепежных элементов. При этом крепежные элементы выполнены в виде винта, содержащего головку и стержень; в каждой шаровой опоре выполнено глухое радиальное отверстие с резьбой, предназначенное для размещения соответствующего стержня винта. Для соединения третьей шаровой опоры в боковой платформе выполнено сложнопрофильное сквозное отверстие переменного диаметра, предназначенное для размещения третьего винта, при этом сквозное отверстие включает цилиндрический участок для размещения стержня винта и участок для размещения головки крепежного винта. Между боковой платформой и третьей шаровой опорой размещена коническая шайба, через которую проходит стержень винта и которая контактирует своей внутренней конической поверхностью со сферической поверхностью данной шаровой опоры. 11 з.п. ф-лы, 27 ил.

Наверх