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　　1◈★ღ、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 3.3 (22)申请日 2019.12.26 (73)专利权人 天津中精微仪器设备有限公司 地址 300300 天津市宝坻区宝坻节能环保 工业区宝康道7号 (72)发明人 张瑞杰 (74)专利代理机构 天津滨海科纬知识产权代理 有限公司 12211 代理人 耿树志 (51)Int.Cl. G01B 11/26(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 球轴承测角装置 (57)摘要 本实用新型提供了球轴承测角装置◈★ღ， 应◈★ღ。

　　2◈★ღ、用于 空间飞行器模拟仿真◈★ღ、 精密测量和精密控制领 域◈★ღ， 包括凸球◈★ღ、 凹球和CCD相机◈★ღ， 凸球和凹球接触 设置且作用面为球面结构◈★ღ， CCD相机设在凸球或 凹球上◈★ღ； CCD相机设在凸球上时◈★ღ， 凹球上设有多个 CCD相机感应的识别标记◈★ღ； CCD相机设在凹球上 时◈★ღ， 凸球上设有多个CCD相机感应的识别标记◈★ღ； 在 CCD相机的可测范围内◈★ღ， 识别标记的数量不少于4 个JDB游戏◈★ღ。 本实用新型给出一种测量同时测量三轴角位 移的方法◈★ღ， 测量方便◈★ღ、 精度高◈★ღ； 通过对凸球和凹球 之间三轴角位移实时测量◈★ღ， 实时监测执行结构的 到位情况◈★ღ； 也可以将实时三轴角位移测量数据◈★ღ， 作为信号反馈使用海棠书屋里◈★ღ， 作为控制系统的一部分◈★ღ， 实 现角位◈★ღ。

　　3◈★ღ、移动态或静态控制目标◈★ღ。 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 CN 211012877 U 2020.07.14 CN 211012877 U 1.球轴承测角装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 包括凸球◈★ღ、 凹球和CCD相机◈★ღ， 所述凸球和凹球接触设置 且作用面为球面结构◈★ღ， 所述CCD相机设在所述凸球或凹球上◈★ღ； 所述CCD相机设在所述凸球上时◈★ღ， 所述凹球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记◈★ღ； 所述CCD相机设在所述凹球上时◈★ღ， 所述凸球上设有多个所述CCD相机感应的识别标记◈★ღ； 在所述CCD相机的可测范围内◈★ღ， 所述识别标记的数量不少于4个◈★ღ。 2.根据权利要求1所述的球轴承测角装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 所述凸球和凹球均◈★ღ。

　　4◈★ღ、为万向球轴 承结构◈★ღ。 3.根据权利要求1所述的球轴承测角装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 所述凹球固定设置◈★ღ， 所述凹球 为圆柱体◈★ღ， 所述凹球的内部设有向内凸起的定位板◈★ღ， 所述CCD相机固设在所述定位板上且与 所述凸球对应设置◈★ღ， 所述凹球与所述CCD相机对应的位置设有避位孔◈★ღ。 4.根据权利要求3所述的球轴承测角装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 所述避位孔为正方形结构且四 角设有圆角◈★ღ。 5.根据权利要求1所述的球轴承测角装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 所述识别标记的数量为多个◈★ღ， 在所述CCD相机的可测范围内◈★ღ， 四个识别标记在两个方向的角度A1◈★ღ、 A2◈★ღ、 A3.◈★ღ、 B1◈★ღ、 B2◈★ღ、 B3.,都不同◈★ღ。 6.根据权利要求1所述的球轴承测角◈★ღ。

　　5◈★ღ、装置◈★ღ， 其特征在于◈★ღ： 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◈★ღ。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211012877 U 2 球轴承测角装置 技术领域 0001 本实用新型属于空间仿真精密测量领域◈★ღ， 应用于空间飞行器模拟仿真◈★ღ、 精密测量 和精密控制◈★ღ， 涉及球轴承测角装置◈★ღ。 背景技术 0002 随着航天航空技术的发展◈★ღ， 人类登上太空已成为现实◈★ღ， 在太空领域◈★ღ， 设备和机械均 处于失重状态◈★ღ， 与有地球引力的环境有很大的差异◈★ღ， 但是航天航空设备输送成本和运转成 本很高◈★ღ， 对成功率有严格的控制◈★ღ， 要求很高的成功率◈★ღ， 否则损失巨大◈★ღ。 所以航天航空设备需 在失重模拟状态下进行◈★ღ。

　　6◈★ღ、试验和测试◈★ღ， 以保证后续在太空领域实际运转的稳定性和可靠性◈★ღ， 太空飞行器在飞行的过程中◈★ღ， 姿态控制是最为重要的控制目标之一◈★ღ， 因此需要在地面模拟 和仿真试验中◈★ღ， 实时进行姿态非接触测量◈★ღ， 也就是对三轴角度的非接触测量◈★ღ。 各种惯导系统 可以对三轴角度进行非接触实时测量◈★ღ， 但因为是间接测量◈★ღ， 有零飘等各种缺陷◈★ღ， 精度◈★ღ、 稳定 性和带宽比较差◈★ღ。 实用新型内容 0003 本实用新型要解决的问题是在于提供一种球轴承测角装置◈★ღ， 测量位置角度更加方 便◈★ღ、 测量精度高◈★ღ， 可及时的反馈模拟太空飞行器的姿态◈★ღ， 并将数据进行反馈◈★ღ， 有利于控制模 拟飞行器及时的到达指定的位置◈★ღ， 有助于达到更高控制精度◈★ღ， 同时提供了一◈★ღ。

　　7◈★ღ、种精密实时测 量三轴角度方法和装置◈★ღ， 应用于各种精密测量和控制场合◈★ღ。 0004 为解决上述技术问题◈★ღ， 本实用新型采用的技术方案是◈★ღ： 球轴承测角装置◈★ღ， 包括凸 球◈★ღ、 凹球和CCD相机◈★ღ， 所述凸球和凹球接触设置且接触面为球面结构◈★ღ， 所述CCD相机设在所述 凸球或凹球上◈★ღ； 0005 所述CCD相机设在所述凸球上时◈★ღ， 所述凹球上设有多个所述CCD相机感应的识别标 记◈★ღ； 0006 所述CCD相机设在所述凹球上时◈★ღ， 所述凸球上设有多个所述CCD相机感应的识别标 记◈★ღ； 0007 在所述CCD相机的可测范围内◈★ღ， 所述识别标记的数量不少于4个◈★ღ。 0008 进一步的◈★ღ， 所述凸球和凹球均为万向球轴承结构◈★ღ。 0009◈★ღ。

　　8◈★ღ、 进一步的◈★ღ， 所述凹球固定设置◈★ღ， 所述凹球为圆柱体◈★ღ， 所述凹球的内部设有向内凸起 的定位板◈★ღ， 所述CCD相机固设在所述定位板上且与所述凸球对应设置◈★ღ， 所述凹球与所述CCD 相机对应的位置设有避位孔◈★ღ。 0010 进一步的◈★ღ， 所述避位孔为正方形结构且四角设有圆角◈★ღ。 0011 进一步的◈★ღ， 所述识别标记的数量为多个◈★ღ， 在所述CCD相机的可测范围内◈★ღ， 四个识别 标记在两个方向的角度A1JDB游戏◈★ღ、 A2◈★ღ、 A3.◈★ღ、 B1◈★ღ、 B2◈★ღ、 B3.,都不同◈★ღ。 0012 进一步的海棠书屋里◈★ღ， 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◈★ღ。 说明书 1/4 页 3 CN 211012877 U 3 0013 与◈★ღ。

　　9◈★ღ、现有技术相比◈★ღ， 本实用新型具有的优点和积极效果如下◈★ღ。 0014 1◈★ღ、 本实用新型设置凸球和凹球和CCD相机◈★ღ， 在可测范围内◈★ღ， 标志点落到视场内的识 别标记不少于4个◈★ღ， 方便坐标参数的提取和计算JDB游戏◈★ღ， 提升检测的精度◈★ღ， 本结构简单◈★ღ， 操作方便快 捷◈★ღ， 角位移测量更加精确◈★ღ， 通过角位移评断◈★ღ， 监测执行结构的到位情况◈★ღ； 即凸球的到位情况◈★ღ， 并作为信号反馈◈★ღ， 确保被执行件◈★ღ， 即凸球的行走到位◈★ღ； 测量现有的位置和角度◈★ღ， 实时监控◈★ღ， 确 定角位移正确◈★ღ； 0015 2◈★ღ、 采用CCD相机◈★ღ， 体积小◈★ღ、 重量轻◈★ღ、 不受磁场影响◈★ღ、 具有抗震动和撞击性强的特点◈★ღ， 有利于提升检测效果◈★ღ； 0016 3◈★ღ、 识别标记的数量为多个◈★ღ。

　　10◈★ღ、◈★ღ， 多个识别标记相对凸球或凹球的轴线周向均布设置且 从内向外等距离分布为多圈设置◈★ღ， 扩大测试范围◈★ღ， 增加识别标记的测试数量◈★ღ， 有利于测试结 果的进一步提升◈★ღ。 附图说明 0017 构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解◈★ღ， 本实用新 型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型◈★ღ， 并不构成对本实用新型的不当限定◈★ღ。 在 附图中◈★ღ： 0018 图1是本实用新型球轴承测角装置的剖视图◈★ღ； 0019 图2是本实用新型凹球仰视的结构示意图◈★ღ； 0020 图3是本实用新型凹球俯视的结构示意图◈★ღ； 0021 图4是本实用新型凸球的仰视图◈★ღ； 0022 图5是本实用新型图4的K-K旋转剖视图◈★ღ； 0023◈★ღ。

　　11◈★ღ、 图6是本实用新型凸球的正视图◈★ღ； 0024 图7是本实用新型识别标记的测量原理图◈★ღ。 0025 附图标记◈★ღ： 0026 1◈★ღ、 凸球◈★ღ； 2◈★ღ、 凹球◈★ღ； 21◈★ღ、 定位板◈★ღ； 22◈★ღ、 避位孔◈★ღ； 23◈★ღ、 圆角◈★ღ； 3◈★ღ、 CCD相机◈★ღ； 4◈★ღ、 识别标记◈★ღ。 具体实施方式 0027 需要说明的是◈★ღ， 在不冲突的情况下◈★ღ， 本实用新型中的实施例及实施例中的特征可 以相互组合◈★ღ。 0028 在本实用新型的描述中◈★ღ， 需要理解的是◈★ღ， 术语 “中心” ◈★ღ、“纵向” ◈★ღ、“横向” ◈★ღ、“上” ◈★ღ、“下” ◈★ღ、 “前” ◈★ღ、“后” ◈★ღ、“左” ◈★ღ、“右” ◈★ღ、“竖直” ◈★ღ、“水平” ◈★ღ、“顶” ◈★ღ、“底” ◈★ღ、“内” ◈★ღ、“外” 等指示的方位或位置关系为 基于附图所◈★ღ。

　　12◈★ღ、示的方位或位置关系◈★ღ， 仅是为了便于描述本实用新型和简化描述◈★ღ， 而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位◈★ღ、 以特定的方位构造和操作◈★ღ， 因此不能理解 为对本实用新型的限制◈★ღ。 此外◈★ღ， 术语 “第一” ◈★ღ、“第二” 等仅用于描述目的◈★ღ， 而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量◈★ღ。 由此◈★ღ， 限定有 “第一” JDB游戏◈★ღ、“第二” 等 的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征◈★ღ。 在本实用新型的描述中◈★ღ， 除非另 有说明◈★ღ，“多个” 的含义是两个或两个以上◈★ღ。 0029 在本实用新型的描述中◈★ღ， 需要说明的是◈★ღ， 除非另有明确的规定和限定◈★ღ， 术语 “安 装” ◈★ღ、“相连” ◈★ღ、“连接” ◈★ღ。

　　13◈★ღ、应做广义理解◈★ღ， 例如◈★ღ， 可以是固定连接◈★ღ， 也可以是可拆卸连接◈★ღ， 或一体地 说明书 2/4 页 4 CN 211012877 U 4 连接◈★ღ； 可以是机械连接◈★ღ， 也可以是电连接◈★ღ； 可以是直接相连◈★ღ， 也可以通过中间媒介间接相连◈★ღ， 可以是两个元件内部的连通◈★ღ。 对于本领域的普通技术人员而言◈★ღ， 可以通过具体情况理解上 述术语在本实用新型中的具体含义◈★ღ。 0030 下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明◈★ღ。 0031 CCD相机主要应用在安全防范系统中◈★ღ， 图像的生成当前主要是来自CCD相机◈★ღ， CCD是 电荷耦合器件(charge coupled device)的简称◈★ღ， 它能够将光线变为电荷并将电荷存储及◈★ღ。

　　14◈★ღ、 转移◈★ღ， 也可将存储之电荷取出使电压发生变化◈★ღ， 因此是理想的CCD相机元件◈★ღ， 以其构成的CCD 相机具有体积小◈★ღ、 重量轻◈★ღ、 不受磁场影响◈★ღ、 具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用◈★ღ。 0032 如图1图7所示◈★ღ， 本实用新型为球轴承测角装置◈★ღ， 包括凸球1◈★ღ、 凹球2和CCD相机3◈★ღ， 凸球1和凹球2接触设置且接触面或作用面为球面结构◈★ღ， CCD相机3设在凸球1或凹球2上◈★ღ， 本 申请中◈★ღ， 球轴承包括滑动球轴承◈★ღ、 滚动球轴承和液体静压球轴承及气浮球轴承◈★ღ； 0033 CCD相机3设在凸球1上时◈★ღ， 凹球2上设有多个CCD相机3感应的识别标记4◈★ღ； 0034 CCD相机3设在凹球2上时◈★ღ， 凸球1上设有多个CCD相机3感◈★ღ。

　　15◈★ღ、应的识别标记4◈★ღ； 0035 在CCD相机3的可测范围内◈★ღ， 识别标记4的数量不少于4个◈★ღ， 保证测试结构的准确性 和可靠性◈★ღ。 0036 优选地◈★ღ， 凸球1和凹球2均为万向球轴承结构◈★ღ， 实现球轴承的球面检测◈★ღ， 降低球面检 测的难度◈★ღ。 0037 优选地◈★ღ， 凹球2固定设置◈★ღ， 凹球2为圆柱体◈★ღ， 凹球2的内部设有向内凸起的定位板21JDB游戏◈★ღ， CCD相机3固设在定位板21上且与凸球1对应设置◈★ღ， 凹球2与CCD相机3对应的位置设有避位孔 22◈★ღ， 设置避位孔22后◈★ღ， 保证CCD相机3的准备的与识别标记4对应◈★ღ， 整个结构简单◈★ღ， 方便加工◈★ღ， 加工成本低◈★ღ。 0038 优选地◈★ღ， 避位孔22为正方形结构且四角设有圆角23◈★ღ， 避免在◈★ღ。

　　16◈★ღ、操作的过程中碰伤操 作者◈★ღ， 提升结构的安全性◈★ღ。 0039 优选地◈★ღ， 识别标记4的数量为多个◈★ღ， 在CCD相机3的可测范围内◈★ღ， 四个识别标记在两 个方向的角度A1◈★ღ、 A2◈★ღ、 A3.◈★ღ、 B1◈★ღ、 B2◈★ღ、 B3.,都不同◈★ღ。 0040 优选地◈★ღ， 识别标记设在内凹的盲孔内且与识别标记所在载体的外表面平齐设置◈★ღ， 采用数控机床进行加工即可实现海棠书屋里◈★ღ， 结构简单◈★ღ， 加工方便◈★ღ， 加工成本低◈★ღ， 识别标记的设置更加 快捷方便◈★ღ。 0041 在实际工作过程中◈★ღ， 在球轴承的凸球1表面上做CCD相机3可感应的识别标记4◈★ღ， 在 配合件凹球2上安装CCD相机3◈★ღ， 对识别标记4进行实时拍照◈★ღ， 也可以凹球2做识别标记4◈★ღ， 凸球 1上装CCD◈★ღ。

　　17◈★ღ、相机3◈★ღ， 凸球1或凹球2的转动可以是手动◈★ღ、 气浮或者其他外力均可实现◈★ღ， CCD相机3 适时拍照◈★ღ， 将图像信号传到电脑里或专用处理器◈★ღ， 处理器采用工业处理器即可◈★ღ， 优选PLC控 制中心◈★ღ， 程序调试简单◈★ღ， 将凸球1和凹球2的相互位置和具体角度进行计算◈★ღ， 识别标记4在两 个方向的角度A1◈★ღ、 A2◈★ღ、 A3.◈★ღ、 B1◈★ღ、 B2◈★ღ、 B3.,都不同◈★ღ， 在可测范围内◈★ღ， 标志点落到视场内 的识别标记4不少于4个◈★ღ， 确保坐标数据提取的争取行◈★ღ， 进而提升检测的精度◈★ღ， 本结构简单◈★ღ， 操作方便快捷◈★ღ， 角度测量简单化◈★ღ。 0042 在本申请中◈★ღ， CCD相机3和识别标记4也可用等效结构进行替代◈★ღ， 比如感应开关和感 应凸起的结构◈★ღ。

　　18◈★ღ、海棠书屋里◈★ღ， 红外感应器或者激光拍照等技术均可实现本申请的技术方案◈★ღ。 0043 实际测试过程中◈★ღ， 使用球轴承测角装置的测量方法◈★ღ， 按照以下步骤进行◈★ღ。 说明书 3/4 页 5 CN 211012877 U 5 0044 首先对坐标进行定义◈★ღ， X轴是水平面左右方向海棠书屋里◈★ღ， Y轴是水平面垂直于X轴的方向◈★ღ， Z轴 为垂直于X轴和Y轴组成的平面的竖直方向◈★ღ， 凸球和凹球会产生三个方向的相对转动◈★ღ， 即X 轴◈★ღ、 Y轴和Z轴之间的相对转动◈★ღ。 0045 第一步◈★ღ， 校准◈★ღ， CCD相机3的基准为整个装置的基准◈★ღ， 将凸球1和凹球2安装完成后◈★ღ， 明确CCD相机3的轴线与安装其的载体轴线相互位置◈★ღ， 即如果CCD相机3安装在凹球2上◈★ღ， 明确◈★ღ。

　　19◈★ღ、 CCD相机3的轴线的轴线相互位置◈★ღ， 如果CCD相机3安装在凸球1上◈★ღ， 明确CCD相机3的 轴线的轴线相互位置◈★ღ， 确定最初状态下的相对位置关系◈★ღ， 为后续的相对位置比较提 供基准◈★ღ； 0046 第二步◈★ღ， 设置识别标记4◈★ღ， 在浮动的载体上设置与CCD相机3对应的设备标记◈★ღ， 若凹 球2固定◈★ღ， 在凸球1上设置识别标记4◈★ღ， 若凸球1固定◈★ღ， 在凹球2上设置识别标记4◈★ღ， 在CCD相机3 的识别范围内◈★ღ， 识别标记4的数量不小于4个◈★ღ； 0047 第三步◈★ღ， 通过四个识别标记4形成设别区域◈★ღ， 四个识别标记4在两个方向的角度A1◈★ღ、 A2◈★ღ、 A3.◈★ღ、 B1◈★ღ、 B2◈★ღ、 B3.,都不同◈★ღ， 通过b1和b2确定相◈★ღ。

　　20◈★ღ、对Z轴的偏角◈★ღ， 通过a1◈★ღ、 a2和 确定 X◈★ღ、 Y方向合成的偏角和角度◈★ღ； 0048 第四步◈★ღ， 通过第三步中的距离和位置确定浮动的载体相对固定载体的旋转角度◈★ღ， 即下面弧长公式中的◈★ღ， 在凹球2固定的情况下◈★ღ， 确定凸球1相对凹球2的旋转角度◈★ღ， 即相对 CCD相机3的旋转角度◈★ღ； 通过旋转角度和弧长关系确定识别区域的弧长S及弧长对应的半径 R ◈★ღ， 识别标记4之间的距离为弦长L◈★ღ， 0049 SL / (sin /2)◈★ღ； 0050 弧长等于180 分之n(圆心角)乘以 乘以R(半径)◈★ღ； 在本申请中海棠书屋里◈★ღ， 即S R /180◈★ღ， 其 中 是圆心角度数◈★ღ， R 是半径◈★ღ， S是圆心角弧长◈★ღ， 计算获得R ◈★ღ； 0051 第五◈★ღ。

　　21◈★ღ、步◈★ღ： 数据比对◈★ღ， 将第四步中的R 和浮动的载体半径去对比◈★ღ， 在本申请的实施例 中海棠书屋里◈★ღ， 用R 与凸球1的半径去对比◈★ღ， 确定凸球1移动的角度以及偏差情况◈★ღ， 本申请中主要测量角 位移◈★ღ， 通过本结构评断◈★ღ， 监测执行结构的到位情况◈★ღ； 即凸球1的到位情况◈★ღ， 并作为信号反馈◈★ღ， 确保被执行件◈★ღ， 即凸球1的行走到位◈★ღ； 测量现有的位置和角度◈★ღ， 实时监控◈★ღ， 确定角位移正确◈★ღ。 0052 本实用新型是一种简介的光学三轴测量方法和装置◈★ღ， 可以准确地◈★ღ、 实时◈★ღ、 高频即高 带宽地进行非接触测量◈★ღ， 本实用新型也可以用在很多精密测量和控制领域◈★ღ， 凡是需要精密 实时高频测量三轴角度的场合都可应用◈★ღ。 0053 以上对本实用新型的一个实◈★ღ。人工智能◈★ღ！数字化车间◈★ღ。jdbapp官方下载安装◈★ღ，JDB电子在线登录◈★ღ，jdb电子试玩平台◈★ღ！JDB在线注册◈★ღ，jdb电子官网入口App◈★ღ。JDB电子·中国官方网站◈★ღ，