[发明专利]一种正交回转轴装置

说明书

本发明公开了一种正交回转轴装置，包括水平轴系和垂直轴系，垂直轴系包括竖轴轴承座，竖轴轴承座上设有竖轴主轴，竖轴主轴以流体静压轴承作为支承实现相对于竖轴轴承座旋转，水平轴系包括横轴轴承座，竖轴主轴与横轴轴承座连接，横轴轴承座上设有横轴主轴，横轴主轴以流体静压轴承作为支承实现相对于横轴轴承座旋转，横轴主轴与负载安装板连接，横轴主轴和竖轴主轴的旋转轴线正交。本发明的优点：结构简单、可靠，实现正交回转轴系高测角精度；流体静压轴承实现各个主轴的旋转，保证了高回转精度；配置多个读数头，基于误差平均原理可提高测角精度；采用编码器放置于靠近正交回转轴线交点的位置，能够降低阿贝误差对角度测量精度的影响。

技术领域

本发明涉及精密测量领域，具体涉及一种正交回转轴装置。

背景技术

高精度正交回转轴系是测量仪器的重要运动执行机构，正交回转轴系轴线的交点往往作为精密测量仪器的测量基准点，如激光跟踪仪、经纬仪、全站仪和地面式激光扫描仪。因此，正交轴的制造和装配精度是影响测量仪器的关键，设计一种简单、可靠的正交回转轴系装置，能够保证仪器的精度，尤其是轴系的回转精度和轴间的垂直度，是亟待解决的问题。

目前，常用的正交回转轴系为基于标准滚动轴承、转台轴承的正交回转轴系，限于轴承的设计和制造水平往往可以达到P4级精度水平，而国内所制造的标准轴承与国外在寿命和可靠性上有较大差距，因此不能实现高精度的回转精度，通常在微米级，其整体测角水平较低。

目前常用的正交回转轴系间垂直度保证方法通过GJB 1801-1993中的标准进行正交回转轴系垂直度的检测，并利用人工修研的方法实现1″的轴间垂直度。该测量方法较为复杂，且人工修研垂直度的耗时长，不能满足快速、高精度正交回转轴系的生产要求。此外，正交回转轴系的设计通常基于铸铁、合金钢等实现，转台尺寸及重量均与国外有较大差距，不利于精密仪器的便携化发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，目的在于提供一种正交回转轴装置，解决现有缺少一种简单、可靠的正交回转轴装置的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种正交回转轴装置，包括水平轴系和垂直轴系，垂直轴系包括竖轴轴承座，竖轴轴承座上设有竖轴主轴，竖轴主轴在竖轴轴承座上旋转布置，水平轴系包括横轴轴承座，竖轴主轴与横轴轴承座连接，横轴轴承座上设有横轴主轴，横轴主轴在横轴轴承座上旋转布置，横轴主轴与负载安装板连接，横轴主轴和竖轴主轴的旋转轴线正交。

进一步的，所述的竖轴轴承座与竖轴主轴之间、横轴轴承座与横轴主轴之间中的至少一组通过流体静压轴承进行支承并旋转。

进一步的，所述的流体静压轴承为气浮轴承，该气浮轴承回转精度在50nm～100nm之间。

进一步的，所述的静压轴承包括固定在轴承座上的轴承定子，轴承定子内设有轴承转子，轴承转子的上下两端分别连接上止推板、下止推板，上止推板、轴承转子和下止推板之间形成工字型结构，上止推板、轴承转子和下止推板均与轴承定子之间形成间隙。

进一步的，所述的竖轴主轴与竖轴旋转驱动组件连接。

进一步的，所述的竖轴旋转驱动组件为竖轴旋转电机。

进一步的，所述的竖轴旋转电机包括竖轴电机定子和竖轴电机转子，竖轴电机定子与竖轴定子安装板连接，竖轴定子安装板与竖轴轴承座连接，竖轴电机转子位于竖轴电机定子内，竖轴电机转子与竖轴转子连接轴连接，竖轴转子连接轴与竖轴主轴连接。

进一步的，所述的横轴主轴与横轴旋转驱动组件连接。

进一步的，所述的横轴旋转驱动组件为横轴旋转电机。