專利名稱：三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統。
背景技術：
天線近場測試在微波暗室中進行，其精度高、效率高、成本低，在天線測試中的應用越來越廣泛。天線近場測試系統主要包括待測天線與探頭系統、待測天線與探頭定位系統、測試數據采集與處理系統。其中，待測天線與探頭定位系統作為天線近場測試的關鍵平臺，它的定位方式及精度決定著天線測試結果的精度。待測天線與探頭定位系統的主要技術指標就是其定位精度探頭的定位平面度、重復定位精度以及天線與探頭之間相對位置精度。目前，國內研究天線近場測試平臺的單位主要是一些高校和研究所，如西安電子科技 大學、北京航空航天大學及中電14所，他們的產品定位平面度可達O. 08mm左右，通過激光跟蹤儀輔助和控制系統的優化最高可以達到O. 04mm。但大多采用塔基式結構，體積龐大、集成化程度不高、結構復雜、不便貼吸波材料以降低測試平臺散射對測試結果的影響，一般只適用于大型雷達天線的測試。而且他們的產品一般只是探頭定位系統(又可稱作掃描架或取樣架)，沒有將天線定位系統和探頭定位系統集成到一個平臺上，使用局限性較大，使用不太方便。
發明內容
本發明的目的在于解決現有技術的不足，提供一種采用閉環自動控制系統實現高精度定位、定位精度高的，整個平臺微波“零”散射、大大較低微波散射對近場測試精度的影響的，集成化程度高、體積小、重量輕，使用和維護方便的低成本三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，它包括安裝基座、Y軸定位組件和XZ平面定位系統，Y軸定位組件包括Y軸滾珠絲桿組件、Y軸滾珠線性滑軌、與Y軸滾珠線性滑軌相匹配的滑塊組a、Y軸調平連接拖板、Y軸標尺和天線安裝支座，Y軸滾珠絲桿組件包括Y軸滾珠絲桿、與Y軸滾珠絲桿相匹配的Y軸絲桿螺母和Y軸絲桿支座，Y軸絲桿螺母固定安裝在Y軸調平連接拖板上，Y軸滾珠絲桿的頂端穿過Y軸絲桿螺母與Y軸絲桿支座活動連接，Y軸絲桿支座固定安裝在安裝基座上；兩根Y軸滾珠線性滑軌分別固定安裝在安裝基座上，Y軸標尺平行于Y軸滾珠線性滑軌安裝在安裝基座上，天線安裝支座固定安裝在Y軸調平連接拖板的上平面，Y軸調平連接拖板的下平面安裝滑塊組a ；XZ平面定位系統由X軸自動定位組件和Z軸自動定位組件組成，X軸自動定位組件包括X軸滾珠絲桿組件、X軸滾珠線性滑軌、與X軸滾珠線性滑軌相匹配的滑塊組b、x軸調平連接拖板、X軸驅動伺服電機和X軸光柵尺，X軸滾珠絲桿組件包括X軸滾珠絲桿、與X軸滾珠絲桿相匹配的X軸絲桿螺母和X軸絲桿支座，X軸絲桿螺母固定安裝在X軸調平連接拖板上，X軸滾珠絲桿的一端通過聯軸器連接X軸驅動伺服電機，另一端穿過X軸絲桿螺母與X軸絲桿支座活動連接，X軸絲桿支座固定安裝在安裝基座上；兩根X軸滾珠線性滑軌分別固定安裝在安裝基座上，X軸光柵尺平行于X軸滾珠線性滑軌安裝在安裝基座上，X軸調平連接拖板的下平面安裝滑塊組b ;Z軸自動定位組件包括單軸機器人、測試傳感器安裝支架、Z軸光柵尺、Z軸重心調整背架和Z軸驅動伺服電機，Z軸自動定位組件通過Z軸重心調整背架固定安裝于X軸調平連接拖板的上平面，單軸機器人的一端通過聯軸器連接Z軸驅動伺服電機，單軸機器人固定安裝在Z軸重心調整背架上，測試傳感器安裝支架固定安裝在單軸機器人的滑塊上，Z軸光柵尺平行于單軸機器人安裝在Z軸重心調整背架上。Y軸滾珠絲桿的末端與操作手輪相連或通過聯軸器與伺服電機相連。安裝基座、Y軸定位組件、X軸自動定位組件和Z軸自動定位組件的外表面均貼附吸波材料。本發明的有益效果是 (1)利用集成化設計思想，采用鑄鐵平臺作為安裝基座，選用高集成化的高精度滾珠線性滑軌與高精度滾珠絲桿組成X、Y軸移動機構，用高集成化的單軸機器人作為Z軸移動機構，實現了 X、Y、Z三個軸方向上的移動定位；
(2)γ軸根據使用要求既可采用人工控制也可采用自動控制方式，本發明可根據使用要求采用人工控制方式，行走平行度達到O. 05mm ；
(3)X、Z軸采用閉環自動控制系統實現高精度定位，XZ定位平面度小于O.05mm，重復定位精度達到O. Olmm ；
(4)采用隱身外形設計技術，減小了平臺在微波方向的截面，同時整個平臺表面盡可能設計成規則平面以便于貼附吸波材料，從而實現了整個平臺的微波“零”散射，大大降低了微波散射對近場測試精度的影響；
(5)整個測試系統集成化程度高，精度高、散射小、體積小重量輕，使用維護方便，成本低，滿足50GHz以下小型天線的測試要求。
圖I為本發明結構示意 圖中，I-安裝基座，2-Y軸滾珠線性滑軌，3-Y軸調平連接拖板，4-操作手輪，5-Y軸標尺，6-天線安裝支座，7-Y軸滾珠絲桿，8-Y軸絲桿螺母，9-Y軸絲桿支座，IO-X軸滾珠線性滑軌，Il-X軸調平連接拖板，12-X軸驅動伺服電機，13-X軸光柵尺，14-X軸滾珠絲桿，15- X軸絲桿螺母，16-X軸絲桿支座，17-單軸機器人，18-測試傳感器安裝支架，19-Z軸光柵尺，20-Z軸重心調整背架，21-Z軸驅動伺服電機，22-滑塊。
具體實施例方式下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。如圖I所示，三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，它包括安裝基座I、Y軸定位組件和XZ平面定位系統，安裝基座I為“T”字型，整體鑄造成型，安裝基座I上表面安裝X、Y軸的精密滾珠線性滑軌，平面度要求很高，所以通過磨削和鏟刮等處理來保證其平面度的要求。安裝基座I、Y軸定位組件和XZ平面定位系統的外表面均貼附吸波材料。 Y軸定位組件包括Y軸滾珠絲桿組件、Y軸滾珠線性滑軌2、與Y軸滾珠線性滑軌2相匹配的滑塊組a、Y軸調平連接拖板3、Y軸標尺5和天線安裝支座6，Y軸滾珠絲桿組件包括Y軸滾珠絲桿7、與Y軸滾珠絲桿7相匹配的Y軸絲桿螺母8和Y軸絲桿支座9，Y軸絲桿螺母8通過螺栓固定安裝在Y軸調平連接拖板3上，Y軸滾珠絲桿7的頂端穿過Y軸絲桿螺母8與Y軸絲桿支座9活動連接，Y軸滾珠絲桿7的末端與操作手輪4相連或通過聯軸器與伺服電機相連，本方案采用連接操作手輪4的方式，采用人工旋轉操作手輪4的方式進行控制。Y軸絲桿支座9通過螺栓固定安裝在安裝基座I上；兩根Y軸滾珠線性滑軌2分別通過螺栓固定安裝在安裝基座I上，Y軸標尺5平行于Y軸滾珠線性滑軌2粘貼在安裝基座I上，天線安裝支座6通過螺栓固定安裝在Y軸調平連接拖板3的上平面，Y軸調平連接拖板3的下平面安裝滑塊組a。通過旋轉操作手輪4使Y軸滾珠絲桿7旋轉，驅動Y軸絲桿螺母8沿直線運動，從而帶動Y軸滾珠線性滑軌2、Y軸調平連接拖板3及天線安裝支座6整體沿Y軸方向運動。 XZ平面定位系統由X軸自動定位組件和Z軸自動定位組件組成，定位行程范圍為800mmX 800mm。X軸自動定位組件包括X軸滾珠絲桿組件、X軸滾珠線性滑軌10、與X軸滾珠線性滑軌10相匹配的滑塊組b、X軸調平連接拖板11、X軸驅動伺服電機12和X軸光柵尺13，X軸滾珠絲桿組件包括X軸滾珠絲桿14、與X軸滾珠絲桿14相匹配的X軸絲桿螺母15和X軸絲桿支座16，X軸絲桿螺母15通過螺栓固定安裝在X軸調平連接拖板11上，X軸滾珠絲桿14的一端通過聯軸器連接X軸驅動伺服電機12，另一端穿過X軸絲桿螺母15與X軸絲桿支座16活動連接，X軸絲桿支座16通過螺栓固定安裝在安裝基座I上；兩根X軸滾珠線性滑軌10分別通過螺栓固定安裝在安裝基座I上，X軸光柵尺13平行于X軸滾珠線性滑軌10粘貼在安裝基座I上，X軸調平連接拖板11的下平面安裝滑塊組b，滑塊組a和滑塊組b均由通過螺栓安裝在調平連接拖板下平面四個轉角處的四塊滑塊組成。Z軸自動定位組件包括單軸機器人17、測試傳感器安裝支架18、Z軸光柵尺19、Z軸重心調整背架20和Z軸驅動伺服電機21，Z軸自動定位組件通過Z軸重心調整背架20固定安裝于X軸調平連接拖板11的上平面，單軸機器人17的一端通過聯軸器連接Z軸驅動伺服電機21，單軸機器人17固定安裝在Z軸重心調整背架20上，測試傳感器安裝支架18固定安裝在單軸機器人17的滑塊22上，Z軸光柵尺19平行于單軸機器人17安裝在Z軸重心調整背架20上。控制系統由伺服電機、伺服驅動、PLC控制器、位置反饋光柵尺構成閉環控制系統，可達到O. Olmm的到位精度。控制系統與上位機之間能通過以太網串行通訊接口實現連接通訊。整個控制系統既可以用手操盒進行快速移動控制，也可以通過上位機軟件進行實時精確控制，方便測試采集坐標數據。控制系統與上位機之間連接通訊方便，可擴展性強，利于根據實際測試需要進行后續開發。XZ定位平面的平面度、天線安裝支座6沿Y軸的行走平行度以及整個平臺對電磁波的散射對天線近場測試結果的精度有著決定性的影響，通過采用上述高精度高集成的驅動、導向組件，閉環控制系統，合理的結構設計以及防散射措施，實現了 XZ定位平面度小于O. 05mm，重復定位精度小于O. 01mm，Y軸行走平行度小于O. 05mm的精度要求和面向電磁波方向“零”散射的要求，滿足50GHz以下的小型天線近場測試要求。
權利要求
1.三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，其特征在于它包括安裝基座(1)、γ軸定位組件和XZ平面定位系統,Y軸定位組件包括Y軸滾珠絲桿組件、Y軸滾珠線性滑軌(2 )、與Y軸滾珠線性滑軌(2 )相匹配的滑塊組a、Y軸調平連接拖板(3 )、Y軸標尺(5 )和天線安裝支座(6)，Y軸滾珠絲桿組件包括Y軸滾珠絲桿(7)、與Y軸滾珠絲桿(7)相匹配的Y軸絲桿螺母(8)和Y軸絲桿支座(9)，Y軸絲桿螺母(8)固定安裝在Y軸調平連接拖板(3)上，Y軸滾珠絲桿(7)的頂端穿過Y軸絲桿螺母(8)與Y軸絲桿支座(9)活動連接，Y軸絲桿支座(9 )固定安裝在安裝基座(I)上；兩根Y軸滾珠線性滑軌(2 )分別固定安裝在安裝基座(I)上，Y軸標尺(5)平行于Y軸滾珠線性滑軌(2)安裝在安裝基座(I)上，天線安裝支座(6)固定安裝在Y軸調平連接拖板(3)的上平面，Y軸調平連接拖板(3)的下平面安裝滑塊組a ； XZ平面定位系統由X軸自動定位組件和Z軸自動定位組件組成，X軸自動定位組件包括X軸滾珠絲桿組件、X軸滾珠線性滑軌(10)、與X軸滾珠線性滑軌(10)相匹配的滑塊組b、X軸調平連接拖板(11)、X軸驅動伺服電機(12)和X軸光柵尺(13)，X軸滾珠絲桿組件包括X軸滾珠絲桿(14)、與X軸滾珠絲桿(14)相匹配的X軸絲桿螺母(15)和X軸絲桿支座(16)，X軸絲桿螺母(15)固定安裝在X軸調平連接拖板(11)上，X軸滾珠絲桿(14)的一端通過聯軸器連接X軸驅動伺服電機(12)，另一端穿過X軸絲桿螺母(15)與X軸絲桿支座(16)活動連接，X軸絲桿支座(16)固定安裝在安裝基座(I)上；兩根X軸滾珠線性滑軌(10)分別固定安裝在安裝基座(I)上，X軸光柵尺(13)平行于X軸滾珠線性滑軌(10)安裝在安裝基座(I)上，X軸調平連接拖板(11)的下平面安裝滑塊組b ; Z軸自動定位組件包括單軸機器人(17)、測試傳感器安裝支架(18)、Z軸光柵尺(19)、Z軸重心調整背架(20)和Z軸驅動伺服電機(21)，Z軸自動定位組件通過Z軸重心調整背架(20)固定安裝于X軸調平連接拖板(11)的上平面，單軸機器人(17)的一端通過聯軸器連接Z軸驅動伺服電機(21)，單軸機器人(17)固定安裝在Z軸重心調整背架(20)上，測試傳感器安裝支架(18)固定安裝在單軸機器人(17)的滑塊(22)上，Z軸光柵尺(19)平行于單軸機器人(17)安裝在Z軸重心調整背架(20)上。
2.根據權利要求I所述的三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，其特征在于所述的Y軸滾珠絲桿(7)的末端與操作手輪(4)相連或通過聯軸器與伺服電機相連。
3.根據權利要求I所述的三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，其特征在于所述的安裝基座(I)、γ軸定位組件、X軸自動定位組件和Z軸自動定位組件的外表面均貼附吸波材料。
全文摘要
本發明公開了一種三維高精度全自動超高頻段雷達天線近場測試系統，它包括安裝基座(1)、Y軸定位組件和XZ平面定位系統，Y軸定位組件包括Y軸滾珠絲桿組件、Y軸滾珠線性滑軌(2)、Y軸調平連接拖板(3)、和天線安裝支座(6)；X軸自動定位組件包括X軸滾珠絲桿組件、X軸滾珠線性滑軌(10)、X軸調平連接拖板(11)、X軸驅動伺服電機(12)和X軸光柵尺(13)，Z軸自動定位組件包括單軸機器人(17)、測試傳感器安裝支架(18)、Z軸光柵尺(19)、Z軸重心調整背架(20)和Z軸驅動伺服電機(21)。本發明集成化程度高，精度高、散射小、體積小重量輕，使用維護方便，成本低，滿足小型天線的測試要求。
文檔編號G01R29/08GK102841265SQ20121032298
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者李明全, 高洋, 朱彥, 王云飛, 靳廣成, 張休玉 申請人:成都錦江電子系統工程有限公司