La Mesa giratoria inercial de tres ejes es un equipo clave para la investigación y desarrollo, prueba y calibración de dispositivos básicos como sistemas de navegación inercial (ins), giroscopios y unidades de medición inercial (imu). su rendimiento determina directamente la precisión y fiabilidad de las pruebas de dispositivos inerciales, y es ampliamente utilizado en aeroespacial, equipos militares, fabricación de precisión y otros campos de Alta gama. Entre los muchos parámetros de rendimiento de la Mesa giratoria inercial de tres ejes, la velocidad angular, la aceleración y el rango de ángulo de oscilación son los tres indicadores centrales, que coinciden directamente con las características de trabajo y las necesidades de prueba del dispositivo probado. al seleccionar el modelo, debemos abandonar el malentendido de que "cuanto mayor sea el parámetro, mejor", y combinar las especificaciones del objeto probado, el escenario de prueba y los estándares de la industria para emparejar científicamente. Este artículo partirá de la definición central, la lógica de selección, los factores de influencia y las sugerencias prácticas de los tres parámetros principales para proporcionar guías de selección profesionales y aterrizables para los profesionales de la industria, eliminar la hidrología redundante y centrarse en los puntos clave de selección central.

I. requisitos previos para la selección del modelo: aclarar las necesidades básicas，Referencia de selección de anclaje

La lógica central de la selección es la "coincidencia de necesidades", no el apilamiento de parámetros. Antes de explorar los tres parámetros básicos, es necesario aclarar dos premisas básicas para evitar desviaciones en la selección: primero, aclarar los parámetros técnicos básicos de la pieza medida, incluidos el rango de velocidad angular, el rango de aceleración y el rango de actitud de trabajo del giroscopio / IMU medido, que es la base central de la selección; El segundo es aclarar los escenarios de prueba y distinguir entre diferentes escenarios, como la calibración estática, la simulación dinámica y las pruebas de rendimiento límite. por ejemplo, la simulación semifísica en el campo aeroespacial requiere un mayor rendimiento dinámico, mientras que la calibración de la IMU industrial ordinaria se centra en la precisión y estabilidad. Al mismo tiempo, es necesario seguir las normas industriales pertinentes, como el estándar militar gjb 2884 - 97 "especificaciones generales para Mesas giratorias de simulación de movimiento de ángulo de tres ejes", etc., para garantizar que la selección cumpla con los requisitos de cumplimiento de la prueba.

En segundo lugar,Velocidad angular: coincide con la respuesta dinámica de la pieza probada，Precisión y rango de equilibrio

(1) definición básica y núcleo de selección

La velocidad angular se refiere al ángulo de rotación por unidad de tiempo en cada eje de la Mesa giratoria, que se divide en tres indicadores clave: rango de velocidad, precisión de velocidad y estabilidad de velocidad. el principio central de selección es "cubrir las necesidades de velocidad angular máxima de la pieza probada, teniendo en cuenta la precisión de la prueba y el costo del equipo". Las velocidades angulares de los marcos interior, medio y exterior de la Mesa giratoria de tres ejes suelen ser diferentes, el rango de velocidad del marco interior es generalmente el más grande y el marco exterior es el más pequeño, por lo que debe coincidir con las necesidades de prueba de acuerdo con la posición de instalación de la pieza probada.

(2) puntos clave de selección

1.   Selección del rango: es necesario cumplir con la "velocidad angular máxima de la pieza probada × factor de Seguridad (1,2 a 1,5)", que no sólo evita que el rango sea insuficiente para completar la prueba límite, sino que también evita que el rango sea demasiado grande para causar desperdicio de indicadores y aumento de costos. Por ejemplo, la velocidad angular máxima del giroscopio microelectrónico medido es de ± 200 ° / s, y el rango de velocidad angular del eje correspondiente de la Mesa giratoria debe seleccionarse de ± 240 ° / s ~ + 300 ° / s; si se utiliza para la prueba de navegación inercial del dron, la velocidad angular máxima de la pieza probada puede alcanzar los 800 ° / s, es necesario seleccionar una mesa giratoria con un rango no inferior a ± 1000 ° / S (número de sistemas de Seguridad 1,25). En la aplicación práctica, el rango de velocidad de la Mesa giratoria de simulación de tres ejes de alta precisión suele ser de 0001 ° / s a 400 ° / s en el marco interior, 0001 ° / s a 300 ° / s en el marco medio y 0001 ° / s a 200 ° / s en el marco exterior, que puede cubrir la mayoría de las necesidades de prueba en los campos aeroespacial e industrial.

2.   Precisión y estabilidad: la precisión de la velocidad afecta directamente la precisión de calibración de la pieza medida, generalmente representada por errores relativos, los requisitos de precisión de los diferentes intervalos de velocidad son diferentes, por ejemplo, la precisión a Omega ≤ 1 ° / s debe alcanzar 2 × 10 - 3 (método promedio de 1 °) y la precisión a Omega ≥ 10 ° / s debe alcanzar 2 × 10 (método promedio de 360 °). La estabilidad de la velocidad determina la estabilidad de la señal en la prueba dinámica y debe ajustarse de acuerdo con la sensibilidad de la pieza probada. por ejemplo, la prueba de giroscopio de fibra óptica de alta precisión debe seleccionar una mesa giratoria con estabilidad de velocidad ≤ 2 × 10 ⁵ para evitar que las fluctuaciones de velocidad introduzcan errores de prueba.

3.   Consideraciones especiales de escena: las pruebas de baja velocidad (como 0001 ° / s a 0,1 ° / s) deben prestar atención a la estabilidad de baja velocidad de la Mesa giratoria y evitar el "fenómeno de arrastre"; Las pruebas de alta velocidad (como ≥ 300 ° / s) deben prestar atención a la estabilidad del sistema de conducción y el rendimiento de disipación de calor de la Mesa giratoria, evitar vibraciones, calor y otros problemas durante el funcionamiento de alta velocidad, y afectar la precisión de las pruebas. Además, la resolución de la velocidad angular también debe coincidir con las necesidades de la pieza medida, lo que generalmente requiere que la resolución de la velocidad de la Mesa giratoria no sea inferior a 1 / 10 de la resolución de la velocidad angular de la pieza medida, como la resolución de la velocidad angular de la pieza medida es de 0001 ° / s, y la resolución de la velocidad de la Mesa giratoria debe alcanzar más de 00001 ° / S.

III. aceleración: adaptación a las necesidades de simulación dinámica，Teniendo en cuenta la velocidad de respuesta y la capacidad de carga

(1) definición básica y núcleo de selección

La aceleración angular se refiere a la tasa de variación de la velocidad angular de cada eje de la Mesa giratoria, en ° / S cuadrados, que refleja la capacidad de respuesta dinámica de la Mesa giratoria. el principio central de selección es "coincidir con el rango de Aceleración angular de la pieza medida, teniendo en cuenta la capacidad de carga y la velocidad de respuesta de la Mesa giratoria". La aceleración angular determina directamente si la Mesa giratoria puede simular la escena de cambio repentino de la actitud de la pieza medida en el trabajo real, como el despegue del avión, el giro, el frenado de emergencia, etc. su rendimiento está estrechamente relacionado con el motor de accionamiento, el mecanismo de transmisión y el sistema de control de la Mesa giratoria.

(2) puntos clave de selección

1.   Selección del rango: coherente con la lógica de selección del rango de velocidad angular, es necesario cumplir con "la Aceleración angular máxima de la pieza medida × factor de Seguridad (1,2 a 1,5)". Las necesidades de Aceleración angular de las diferentes piezas probadas son muy diferentes, por ejemplo, la Aceleración angular máxima de la IMU industrial ordinaria es de ± 500 ° / s 2, mientras que la Aceleración angular máxima del giroscopio en el campo aeroespacial puede alcanzar más de ± 2000 ° / s 2, y la Mesa giratoria correspondiente debe elegir un rango de Aceleración angular de ± 600 ° / S 2 ~ + 3000 ° / s 2. En los productos reales, la Aceleración angular máxima de la Mesa giratoria de simulación de tres ejes de alta precisión suele ser de ± 2500 ° / S 2 en el marco interior, ± 2000 ° / S 2 en el marco medio y ± 1500 ° / S 2 en el marco exterior, que se puede adaptar a las necesidades de prueba dinámica de los dispositivos de navegación inercial de alta gama.

2.   Velocidad de respuesta y lineal: la velocidad de respuesta de la Aceleración angular determina si la Mesa giratoria puede simular rápidamente un cambio repentino de actitud, que debe coincidir con el tiempo de respuesta dinámica de la pieza probada. cuanto más corto sea el tiempo de respuesta, más adecuado será para la prueba de simulación dinámica de alta velocidad. Al mismo tiempo, la linealización de la Aceleración angular debe cumplir con los requisitos de prueba, generalmente requiere una linealización ≤ 0,1% FS para evitar que los errores no lineales afecten la precisión de los datos de prueba. Además, es necesario prestar atención a la estabilidad de la aceleración y desaceleración de la Mesa giratoria para evitar choques durante la aceleración y desaceleración, dañar la pieza probada o introducir errores de prueba.

3.   Influencia de la carga y la estructura: el rendimiento de Aceleración angular de la Mesa giratoria se verá afectado por el peso de la carga y el tamaño de la carga. cuanto mayor sea la carga, menor será el límite superior de aceleración angular. Por lo tanto, al seleccionar el modelo, es necesario combinar el peso y el tamaño de instalación de la pieza medida para garantizar que la Mesa giratoria todavía pueda alcanzar el rango de Aceleración angular necesario bajo la carga nominal. Por ejemplo, el peso de la pieza medida (incluida la herramienta) es de 45 kg, se debe seleccionar una mesa giratoria con una carga nominal no inferior a 45 kg y que todavía puede alcanzar la Aceleración angular objetivo bajo esta carga, teniendo en cuenta la intersección de los tres ejes de la Mesa giratoria (generalmente se requiere dentro de la bola r0.5 mm) y la verticalidad del eje, evitando que la desviación de la instalación de la carga afecte el rendimiento de aceleración angular.

4. alcance del ángulo de oscilación: cubre la actitud de trabajo de la pieza medida，Escenarios de instalación y prueba de adaptación

(1) definición básica y núcleo de selección

El rango de ángulo de oscilación (rango de ángulo de rotación) se refiere al rango de ángulo máximo en el que cada eje de la Mesa giratoria puede girar, dividido en dos formas: rotación continua y ángulo limitado. el principio central de selección es "cubrir toda la postura de trabajo de la pieza probada, teniendo en cuenta el espacio de instalación y la conveniencia de la prueba". Los tres ejes de la Mesa giratoria de tres ejes (generalmente eje de rodadura, eje de inclinación y eje de rumbo) tienen diferentes rangos de oscilación, que deben seleccionarse de acuerdo con las necesidades de actitud de la pieza medida, teniendo en cuenta la interferencia del sistema de ejes para evitar conflictos de límite de actitud cuando se unen varios ejes.

(2) puntos clave de selección

1.   Selección del rango: es necesario cubrir completamente el rango de actitud de trabajo real de la pieza medida para evitar puntos ciegos de actitud. Por ejemplo, el rango de ángulo de inclinación del sistema de navegación inercial del dron es de ± 90 °, el rango de ángulo de rumbo es de ± 180 ° y el rango de ángulo de rodadura es de ± 360 °. la Mesa giratoria correspondiente debe seleccionar el rango de ángulo de oscilación en el que el eje de inclinación es de ± 90 °, el eje de rumbo es de ± 180 ° y el eje de rodadura gira continuamente 360 °. Si se utiliza para la calibración estática, el rango de oscilación se puede reducir adecuadamente de acuerdo con las necesidades de calibración para reducir el costo del equipo. En aplicaciones prácticas, algunas Mesas giratorias de tres ejes admiten rotaciones infinitas continuas de tres ejes y pueden adaptarse a escenarios que requieren simulación de actitud completa, como la prueba de simulación semifísica del vehículo.

2.   Interferencia del eje y espacio de instalación: al seleccionar el modelo, se debe prestar atención a la forma estructural de la Mesa giratoria (como la estructura vertical uoo) para evitar la interferencia angular cuando se unen varios ejes, lo que resulta en la incapacidad de alcanzar la actitud objetivo. Al mismo tiempo, es necesario combinar el tamaño de instalación de la pieza medida para garantizar que el espacio de instalación de la Mesa giratoria sea suficiente, por ejemplo, el tamaño de la pieza medida es de 400 mm x 400 mm x 400 mm, y es necesario seleccionar una mesa giratoria con un espacio de instalación de carga no inferior a este tamaño Para evitar limitar el rango de oscilación después de la instalación. Además, la precisión del ángulo de oscilación también debe coincidir con los requisitos de prueba, generalmente se requiere una precisión del ángulo de oscilación ≤ 0001 ° y una precisión de repetibilidad ≤ 00005 ° para garantizar un posicionamiento preciso de la actitud.

3.   Adaptación de escena especial: para escenas de prueba que requieren rotación continua a largo plazo (como la prueba de estabilidad a largo plazo del giroscopio), es necesario seleccionar una mesa giratoria que apoye la rotación continua de 360 ° y tenga la función de bloqueo automático para evitar el desplazamiento de actitud durante la rotación; Para escenarios de calibración de alta precisión, es necesario prestar atención a la precisión de rotación de la Mesa giratoria (generalmente se requiere ± 0001 ° ~ + 0002 °) para garantizar la precisión del posicionamiento del ángulo de oscilación, mientras que se puede seleccionar una mesa giratoria equipada con un codificador absoluto, sin necesidad de volver a cero después de cortar la energía, mejorando la eficiencia de la prueba.

V. selección colaborativa de tres parámetros principales: evitar malentendidos，Lograr una coincidencia óptima

La velocidad angular, la aceleración y el rango de oscilación no se seleccionan de forma independiente, y los tres deben coincidir juntos, combinando las características de la pieza probada, el escenario de prueba y el presupuesto de costos, para evitar los siguientes malentendidos comunes de selección:

1.   Malentendido uno: cuanto más alto sea el parámetro, mejor. Los parámetros excesivos pueden provocar un aumento sustancial del costo del equipo y pueden causar un desperdicio de rendimiento. Por ejemplo, las pruebas IMU industriales ordinarias no requieren la selección de Mesas giratorias con Aceleración angular ≥ 2000 ° / s cuadrados y velocidad angular ≥ 400 ° / s, y la selección de equipos que coincidan con los parámetros de la pieza probada puede satisfacer la demanda, reduciendo al mismo tiempo los costos de adquisición, operación y mantenimiento.

2.   Malentendido dos: ignorar el rendimiento sinérgico del eje. Algunas selecciones solo se centran en los parámetros de un solo eje, ignorando la sinergia de rendimiento en la vinculación de varios ejes, lo que resulta en problemas como la interferencia de actitud y la disminución de la precisión durante la prueba. Por ejemplo, la velocidad angular de un solo eje y la aceleración de la Mesa giratoria satisfacen las necesidades, pero cuando se vinculan varios ejes, la velocidad angular del marco exterior limita la aceleración del marco interior y no puede completar la simulación de actitud compleja.

3.   Malentendido 3: ignorar el medio ambiente y los requisitos estándar. En entornos de prueba especiales como Alta temperatura, baja temperatura y vacío, los tres parámetros principales de la Mesa giratoria se verán afectados, y al seleccionar el modelo, es necesario seleccionar una mesa giratoria especial adecuada para este entorno; Al mismo tiempo, es necesario seguir estrictamente las normas de la industria, como las pruebas militares que deben cumplir con las normas gjb 2884 - 97, gjb 1801 - 93, etc., para garantizar que el cumplimiento de los datos de prueba sea efectivo.

4.   Malentendido 4: ignorar el impacto de la interferencia cruzada. El grado de ortodoncia de tres ejes de la Mesa giratoria (sensibilidad del eje cruzado) afectará la precisión de prueba de los tres parámetros Principales. idealmente, los tres ejes deben ser completamente ortodoncia. al seleccionar realmente, se debe prestar atención al índice de sensibilidad del eje cruzado (generalmente se requiere ≤ 1%), evitando que el Movimiento de un eje interfiera con la medición de Parámetros de otros ejes.

6. Resumen de la selección y sugerencias prácticas

El núcleo de la selección de la Mesa giratoria inercial de tres ejes es "orientación a la demanda, coincidencia de parámetros y coordinación". la selección de los tres parámetros principales de velocidad angular, aceleración y rango de ángulo de oscilación debe centrarse en los indicadores centrales de la pieza probada y el escenario de prueba. las sugerencias prácticas específicas son las siguientes:

1.   Investigación preliminar: aclarar la velocidad angular, la aceleración y el rango de actitud de trabajo de la pieza medida, peinar los escenarios de prueba (estática / dinámica, convencional / límite, vinculación de un solo eje / multieje), determinar el factor de Seguridad y los requisitos de precisión, y consultar las normas industriales pertinentes para aclarar los requisitos de cumplimiento.

2.   Emparejamiento de parámetros: de acuerdo con el principio de "parámetros máximos de la pieza probada × 1,2 a 1,5", se determina inicialmente el rango de medición de los tres parámetros principales, y luego se combina con la precisión, la velocidad de respuesta, la capacidad de carga y otros detalles para seleccionar los modelos de mesa giratoria que cumplan los requisitos, centrándose en las diferencias de parámetros entre los marcos interior, medio y exterior, para garantizar que coincidan con la posición de instalación de la pieza probada.

3.   Verificación del rendimiento: antes de la selección, es necesario exigir al fabricante que proporcione un informe de prueba de parámetros para verificar la precisión de la velocidad, la lineal de aceleración angular, la precisión del ángulo de oscilación y otros indicadores de la Mesa giratoria, y si es necesario, realizar pruebas in situ para garantizar que los parámetros cumplan con los estándares; Al mismo tiempo, verifique el rendimiento del sistema de accionamiento, el sistema de control, el anillo deslizante conductor y otros componentes de la Mesa giratoria para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.

4.   Control de costos: bajo la premisa de satisfacer las necesidades de prueba, se da prioridad a la selección de equipos con coincidencia de parámetros y rendimiento estable para evitar el desperdicio de costos causado por la búsqueda ciega de parámetros altos; Al mismo tiempo, teniendo en cuenta los costos de operación y mantenimiento y los costos de calibración del equipo, se seleccionan fabricantes con post - venta perfectos y que cumplen con los estándares de la industria para garantizar el funcionamiento confiable a largo plazo del equipo.

En resumen, la selección de la Mesa giratoria inercial de tres ejes es un proyecto sistemático, y la coincidencia de la velocidad angular, la aceleración y el rango de oscilación determina directamente la eficiencia y precisión del trabajo de prueba. Solo basándose en las necesidades de las piezas probadas, siguiendo los estándares de la industria y teniendo en cuenta el rendimiento y el costo, se puede seleccionar el equipo más adecuado para proporcionar un soporte confiable para la investigación y el desarrollo, prueba y calibración de dispositivos inerciales.