一種高速高精臺式平面近場掃描架制造技術

本發明專利技術公開了一種高速高精臺式平面近場掃描架，包括光學平臺、二維掃描平面機構、測試探頭、伺服控制驅動一體化機箱；二維掃描平面機構為十字支撐結構，包括水平橫梁和垂向立柱，垂向立柱還包括一個探頭安裝平面，用于安裝所述測試探頭；二維掃描平面機構和測試探頭均設置在光學平臺上方；伺服控制驅動一體化機箱控制垂向立柱在掃描過程中在水平橫梁上面進行左右平移運動，測試探頭在掃描過程中在垂向立柱上進行上下升降運動。本發明專利技術的掃描架具有掃描速度快、平面度高、重復定位精度高等優點，同時整體結構緊湊，便于安裝運輸。本方面的近場掃描架應用前景廣泛，較傳統的掃描架在性能上有了明顯的改善。

High speed and high precision table type near field scanning frame

The invention discloses a high speed and high precision desktop planar near-field scanning frame, including optical platform, two-dimensional scanning plane mechanism, test probe, servo control integrated drive chassis; two-dimensional scanning plane mechanism for cross support structure, including the horizontal beam and the vertical column, the vertical column also includes a probe mounting surface for mounting the test probe; two-dimensional scanning plane mechanism and the probe are arranged on the platform above the optical drive; the integrated chassis control vertical column in the scanning process in a horizontal beam above translatory motion control servo test probe during scanning in the vertical column of up and down movement. The scanning frame of the invention has the advantages of fast scanning speed, high flatness, high repeatability, high positioning accuracy, compact structure and convenient installation and transportation at the same time. The near field scanning frame has a wide range of applications, and the performance of the traditional scanning frame has been improved obviously.

【技術實現步驟摘要】
一種高速高精臺式平面近場掃描架
本專利技術屬于天線近場測試應用領域，具體包括一種高速高精臺式平面近場掃描架。
技術介紹
隨著航空航天技術的迅猛發展，對于機載、彈載、星載天線的性能參數要求越來越高。作為高性能天線研制的重要測量設備，天線近場測量系統的精度高低直接決定了天線性能的好壞。天線近場測量精度,雖然取決于系統中諸多因素,有影響的誤差源有18項之多，但最根本地取決于近場掃描架的精度。同時由于相控陣技術的不斷向前發展，需要測試分析的天線單元數目愈來愈多，測試效率也成為制約天線研制的重要問題，近些年提高測試效率也成為近場掃描架研究關注的重點。目前，國內外近場掃描架所采用的傳動形式均為傳統的“旋轉電機+滾珠絲杠”進給形式。這種形式需要聯軸器、絲杠等中間傳遞環節，造成整體系統剛性不夠、彈性變形嚴重，又因為該“間接傳動”中絲杠精度很難提高、存在反向間隙等缺點，使得系統無法達到高速度、高精度的需求。近年來，直線電機結合直線光柵尺的形式逐步在自動化設備中采用開來，例如光刻機、數控機床等設備。直線電機具有結構簡單、安裝方便、無接觸、無磨損等優點。由于這些優點，不存在機械傳動限制，因此很容易達到極高和極低的速度。同時，直線光柵尺測量直線軸位置期間沒有任何其他機械傳動件，因此它不存在滾珠絲杠溫度特性導致的定位誤差、反向誤差、滾珠絲杠螺距誤差導致的運動特性誤差等誤差源。
技術實現思路
針對上述技術問題，本專利技術提出一種高速高精臺式平面近場掃描架，通過直線電機和直線光柵尺結合的方式，實現高精度掃描和高速掃描。為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種高速高精臺式平面近場掃描架，主要包括光學平臺、二維掃描平面機構、測試探頭、伺服控制驅動一體化機箱等。二維掃描平面機構為十字支撐結構，包括水平橫梁和垂向立柱，垂向立柱還包括一個探頭安裝平面，用于安裝測試探頭；二維掃描平面機構和測試探頭均設置在光學平臺上方；垂向立柱在掃描過程中在水平橫梁上面進行左右平移運動，測試探頭在掃描過程中在垂向立柱上進行上下升降運動；整體結構設計緊湊，掃描架需求空間小，便于運輸安裝。伺服控制驅動一體化機箱與外部設備有兩個通信接口，一個是用來觸發測試儀表的高速脈沖觸發信號PEG，另一個是用來和測試處理機通信的以太網口。上述的掃描架中，光學平臺上還包括支撐立柱，二維掃描平面機構位于支撐立柱上。伺服控制驅動一體化機箱位于光學平臺的底部橫梁上。上述的掃描架中，掃描架電控部分主要由伺服控制驅動一體化機箱、直線電機、直線光柵尺、零限位開關等組成。伺服控制驅動一體化機箱連接直線電機、直線光柵尺，直線電機、直線光柵尺相結合；水平橫梁和垂向立柱內均平行鋪設直線電機和直線光柵尺；零限位信號開關均采用無源表貼磁性開關，大幅度減少了電纜走線。上述的掃描架中，直線電機和直線光柵尺包括驅動垂向立柱的X軸直線電機和X軸增量式直線光柵尺、驅動測試探頭的Y軸直線電機和Y軸增量式直線光柵尺。上述的掃描架中，工作過程中，測試處理機發出水平橫梁、垂向立柱的指定工作模式，通過以太網口給伺服控制驅動一體化機箱通信，伺服控制驅動一體化機箱根據工作模式產生輸出信號驅動掃描架進行相應工作模式的運動。上述的掃描架中，伺服控制驅動一體化機箱包括驅動器；伺服驅動一體化機箱實時采集驅動器反饋的位置傳感器編碼器信號，同時高速脈沖觸發信號PEG在指定采樣點位置往測試處理機的數據采集系統發送規定格式的脈沖信號，觸發采集設備進行數據采集；伺服驅動一體化機箱同時采集掃描架上安裝的零限位開關反饋狀態，完成尋零及限位保護工作。上述的掃描架中，高速脈沖觸發信號PEG為強實時高速多路編碼脈沖觸發信號。本專利技術具有以下有益效果：本專利技術的基于“直線電機+直線光柵尺”的新型高速高精臺式平面近場掃描架提升了近場掃描架的掃描精度和掃描速度，通過直線電機傳動的無差特性及直線光柵尺納米級分辨率實現了近場掃描架的高精度控制，通過直線電機不存在機械傳動的限制實現了掃描架的高速掃描，使得近場掃描架的測試精度和測試效率大幅提升。本專利技術的掃描架平面度、重復定位精度均高于現有技術。本專利技術直線電機結合直線光柵尺的技術方案不存在聯軸器、絲杠等中間傳遞環節，掃描架為十字支撐結構，水平橫梁和垂向立柱組成了掃描架的二維掃描平面機構，整體結構簡潔、緊湊，便于安裝運輸。本專利技術的掃描架相比于傳統的掃描架在性能上有了明顯的改善，具用廣泛的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術實施例的掃描架組成結構圖。圖2為本專利技術實施例的掃描架電控部分組成及與外部連接關系圖。其中，1為高精度光學平臺、2為支撐立柱、3為水平橫梁、4為垂向立柱、5為測試探頭、6為伺服控制驅動一體化機箱。具體實施方式為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本專利技術作進一步的說明。本實施例的高速高精臺式平面近場掃描架主要由高精度光學平臺1、支撐立柱2、水平橫梁3(X軸)、垂向立柱4(Y軸)、測試探頭5(Z軸)、伺服控制驅動一體化機箱6等組成。各個部分對應的位置關系如圖1所示：從圖中可以發現，掃描架為十字支撐結構，水平橫梁3和垂向立柱4組成了掃描架的二維掃描平面機構。這個二維傳動機構位于左右兩側雙立柱上。直線電機和直線光柵尺平行鋪設于水平橫梁3和垂向立柱4內。測試探頭5位于垂向立柱4的探頭安裝平面上。上述硬件均位于高精度光學平臺1上。掃描架垂向立柱4在掃描過程中在水平橫梁3上面進行左右平移運動，測試探頭5在掃描過程中在垂向立柱4上進行上下升降運動。整體結構設計原則是緊湊，因此該掃描架需求空間小，便于運輸安裝。掃描架電控部分主要由伺服控制驅動一體化機箱6、直線電機、直線光柵尺、零限位開關等組成。其組成及與外部測試設備關系見圖2。該伺服控制驅動一體化機箱6與外部設備通信的接口僅為兩個，一個是用來觸發測試儀表的強實時高速多路編碼脈沖觸發信號，另一個是用來和上位處理計算機通信的以太網口。伺服控制驅動一體化機箱6連接X軸直線電機和X軸增量式直線光柵尺、Y軸直線電機和Y軸增量式直線光柵尺。整體電控部分設計緊湊，位于高精度光學平臺1底部橫梁上。工作過程中，測試處理機發出水平橫梁3(X軸)、垂直立柱(Y軸)的指定工作模式，通過以太網口給掃描架伺服控制驅動一體化機箱6，伺服控制驅動一體化機箱6根據工作模式產生輸出信號驅動掃描架進行相應工作模式的運動。伺服控制驅動一體化機箱6實時采集驅動器反饋的直線光柵尺(即位置傳感器編碼器)信號，同時強實時高速多路編碼脈沖觸發信號(PEG)在指定采樣點位置往測試處理機的數據采集系統發送規定格式的脈沖信號，觸發采集設備進行數據采集。伺服控制驅動一體化機箱6同時采集掃描架上安裝的零限位開關反饋狀態，完成尋零及限位保護工作。零限位信號開關均采用無源表貼磁性開關，大幅度減少了電纜走線。本實施例的高速高精臺式平面近場掃描架在某型號雷達近場標校中用于天線的近場高速高精測試。實驗效果良好。以上的實施例僅為說明本專利技術的技術思想，不能以此限定本專利技術的保護范圍，凡是按照本專利技術提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本專利技術保護范圍之內。本專利技術未涉及的技術均可通過現有的技術加以實現。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速高精臺式平面近場掃描架，其特征在于：包括光學平臺、二維掃描平面機構、測試探頭、伺服控制驅動一體化機箱；所述二維掃描平面機構為十字支撐結構，包括水平橫梁和垂向立柱，所述垂向立柱還包括一個探頭安裝平面，用于安裝所述測試探頭；所述二維掃描平面機構和所述測試探頭均設置在所述光學平臺上方；伺服控制驅動一體化機箱控制所述垂向立柱在掃描過程中在所述水平橫梁上面進行左右平移運動，所述測試探頭在掃描過程中在所述垂向立柱上進行上下升降運動；所述伺服控制驅動一體化機箱與外部設備有兩個通信接口，一個是用來觸發測試儀表的高速脈沖觸發信號PEG，另一個是用來和測試處理機通信的以太網口。

【技術特征摘要】
1.一種高速高精臺式平面近場掃描架，其特征在于：包括光學平臺、二維掃描平面機構、測試探頭、伺服控制驅動一體化機箱；所述二維掃描平面機構為十字支撐結構，包括水平橫梁和垂向立柱，所述垂向立柱還包括一個探頭安裝平面，用于安裝所述測試探頭；所述二維掃描平面機構和所述測試探頭均設置在所述光學平臺上方；伺服控制驅動一體化機箱控制所述垂向立柱在掃描過程中在所述水平橫梁上面進行左右平移運動，所述測試探頭在掃描過程中在所述垂向立柱上進行上下升降運動；所述伺服控制驅動一體化機箱與外部設備有兩個通信接口，一個是用來觸發測試儀表的高速脈沖觸發信號PEG，另一個是用來和測試處理機通信的以太網口。2.根據權利要求1所述的掃描架，其特征在于：所述光學平臺上還包括支撐立柱，所述二維掃描平面機構位于所述支撐立柱上。3.根據權利要求1所述的掃描架，其特征在于：所述伺服控制驅動一體化機箱位于所述光學平臺的底部橫梁上。4.根據權利要求1所述的掃描架，其特征在于：掃描架電控部分包括所述伺服控制驅動一體化機箱、直線電機、直線光柵尺、零限位開關；所述伺服控制驅動一體化機箱連接所述直線電機、所述直線光柵尺，所述直線電機、所述直線光柵尺相結合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳鑫，姜洋，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十四研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇,32