具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

为测量卷筒式伸杆机构在高低温环境下的指向精度变化，本发明提出了“灯阵+经纬仪+参考卷筒”的热变形测试系统。

具体的，本发明测试弹性卷筒热变形系统用于对卷筒式伸杆机构中的弹性卷筒进行测试，将该弹性卷筒作为待测卷筒2。本发明系统包括：参考卷筒1、加热机构、测位机构、测控温机构。

所述参考卷筒1是与待测卷筒2完全相同的弹性卷筒，两者的材质、结构等均完全相同，两者的结构均如图1所示。在实验过程中，参考卷筒是始终保持展开状态，即伸长到最长的状态，而卷筒式伸杆机构中的待测卷筒可以展开也可以缩回。

如图6所示，所述参考卷筒1与卷筒式伸杆机构均设置在所述加热机构内，且所述参考卷筒1与卷筒式伸杆机构中的待测卷筒2对称设置。所述测位机构设置在加热机构的外部；所述测控温机构包括温度传感器和温度控制装置；所述温度传感器设置在所述参考卷筒的外壁上。

本发明的实施例如下：

【实施例一】

在所述参考卷筒上设置有多个温度传感器，优选的，所述温度传感器采用热电偶。如图2所示，本实施例中在参考卷筒上设置了8个温度传感器，从顶端向底端依次为在离顶端500mm处设置的第七热电偶和第八热电偶，在离顶端1200mm处设置的第五热电偶和第六热电偶，在离顶端1900mm处设置的第三热电偶和第四热电偶，在距离顶端2600mm处设置的第一热电偶和第二热电偶。

位于同一高度处的两个热电偶对称布置，即两者在圆周上相距180°，相邻两个高度上的热电偶在圆周上相距90°。实际使用时，可以根据实际需要增减设置在参考卷筒上安装的热电偶的位置和数量。热电偶采用现有常规热电偶即可，将热电偶直接粘贴在参考卷筒上。

【实施例二】

所述加热机构包括多组加热装置，如图4-1所示，每组加热装置包括：框架车403、灯阵框架402和灯阵401。所述灯阵框架402安装在所述框架车403上，并能够在框架车403上上下移动，调节高度，所述灯阵401安装在所述灯阵框架上。所述框架车403的底部安装有可锁死滚轮(采用市售产品即可)。

具体的，在所述框架车403的上部开有多个在纵向上排列的螺纹孔，在所述灯阵框架402上也开有多个在纵向上排列的螺纹孔，将螺栓依次穿过灯阵框架、框架车上的螺纹孔后与螺母连接，通过螺栓将灯阵框架固定在框架车上，通过不同高度的螺纹孔可以将灯阵框架固定在框架车上不同的高度处。

本实施例中，所述框架车403包括四根垂直于地面的下立柱，四根下立柱在水平面上的投影为长方形的四个顶点，在相邻两个下立柱之间从上至下设置有多根横梁，通过横梁将四根下立柱连接成长方体框架结构，在其中两个下立柱之间设置有两个与下立柱平行的安装柱，在每个安装柱上从上至下开有多个螺纹孔。所述框架车可以采用截面为40mmX40mm、管厚为5mm的方铝管焊接而成。在每个立柱的底端安装有可锁死滚轮，这样便于移动、调整红外灯的位置和定位。

本实施例中的灯阵框架为三棱柱框架结构，包括三根与地面垂直的上立柱，分别为第一立柱、第二立柱402和第三立柱，三根立柱在水平面上的投影为三角形的三个顶点，在相邻两根立柱之间通过多根短横梁进行连接。在其中在第一立柱和第二立柱上从上至下开有多个螺纹孔，这两个立柱之间的距离与框架车上的两根安装柱之间的距离相同，通过螺栓将这两根立柱安装到框架车上的两根安装柱上。灯阵安装在灯阵框架中的第三立柱上，第三立柱为灯阵提供安装支点，灯阵框架可以采用30mmX30mm管厚2.5mm的方铝管焊接而成。

优选的，灯阵框架402和框架车403通过2排M12的螺栓连接，可以实现上下调整，即可以调整灯阵框架的高度。

【实施例三】

所述灯阵401包括多个红外灯管4011和多个隔热灯罩4012，红外灯管4011与隔热灯罩4012一一对应，一个红外灯管4011与一个隔热灯罩4012的结构如图4-2所示。所述隔热灯罩4012安装在所述灯阵框架402中的第三立柱上，在所述隔热灯罩4012的前方安装有红外灯管4011，即所述隔热灯罩4012位于红外灯管4011与灯阵框架402之间，这样隔热灯罩4012设置在灯管的后面，保证了灯管只加热前方，而不会对后方的灯阵框架进行加热，也就保证了灯阵框架不会因为升温而变形。因为灯阵框架变形会导致灯阵的位置发生变化，进而导致加热位置发生变化，而加热位置发生变化会影响试验精度，因此本发明通过隔热灯罩保证了灯阵框架不变形，也就保证了试验精度。红外灯管、隔热灯罩均是现有产品，在此不再赘述。

【实施例四】

所述加热机构包括4组加热装置，分别为左侧加热装置、右侧加热装置、前侧加热装置、后侧加热装置，四组加热装置在圆周上均布，即每组加热装置的灯阵在地面上的投影的中心点位于同一个圆形上，将该圆形的中心作为加热机构的中心，且四个投影的中心点在圆周上均布，左侧加热装置的中心点与右侧加热装置的中心点的连线、前侧加热装置与后侧加热装置的中心点的连线相互垂直。该圆形内的区域为加热区域。

【实施例五】

所述参考卷筒和被测卷筒式伸杆机构设置在4组加热装置围成的圆形内，两者均垂直设置，即参考卷筒、待测卷筒的中心轴线均与地面垂直，且参考卷筒的中心轴线在地面上的投影与待测卷筒的中心轴线在地面上的投影的连线与左侧加热装置的中心点和右侧加热装置的中心点的连线成45度夹角，与前侧加热装置和后侧加热装置的中心点的连线也成45度夹角，且参考卷筒的中心轴线在地面上的投影与待测卷筒的中心轴线在地面上的投影到加热机构的中心的距离相同，两者的连线穿过加热机构的中心。通过这种设置，使得参考卷筒和待测卷筒处于相同的温度场内，且两者对称放置，这样参考卷筒上的热电偶的温度可以表征被测卷筒式伸杆机构相同位置的待测卷筒的温度。

图5是直接在卷筒式伸杆机构的待测卷筒上粘贴热电偶对待测卷筒进行直接测量的，因为粘贴有热电偶，所以这个待测卷筒只能是展开状态，不能收拢，无法测量变形。图6是本发明布置了参考卷筒和卷筒式伸杆机构的测试系统，卷筒式伸杆机构可以展开和收拢待测卷筒。在图6中，前后两个灯阵的连线与左右两个灯阵的连线垂直，两个连线的交点即为加热机构的中心，参考卷筒、弹性卷筒的中心轴线在水平面上投影的连线经过加热机构的中心，且两者到加热机构的中心的距离相等，这样减少了两个卷筒之间的相互遮挡影响，且保证了两者的温度相同。

【实施例六】

所述测位机构包括三台经纬仪，三台经纬仪均设置在所述加热机构的外部，优选的，第一台经纬仪位于卷筒式伸杆机构的Z轴上，第二台经纬仪位于卷筒式伸杆机构的Y轴上，两者成90°布置，XYZ轴的原点是测量镜的中心点，通过测量测量镜表面中心的十字丝获得，第三台经纬仪布置在第一台经纬仪和第二台经纬仪之间，与第一台经纬仪夹角成60°左右。第一台经纬仪、第二天经纬仪距离加热机构的中心约2m，第三台经纬仪距离加热机构的中心3-3.5m。

【实施例七】

如图3所示，为了测量热变形，在待测的卷筒式伸杆机构上安装有精测靶标点和测量镜302，测量镜302通过环氧胶粘在待测的卷筒式伸杆机构的底部，粘贴位置以方便经纬仪测量为准，测量镜302装在底部的是为了避免被灯阵加热，从而引入测量误差。测量镜可以采用现有的立方镜。

所述精测测靶标点布置在待测卷筒上，具体的，所述精测靶标点包括顶端靶标304和中间靶标303，所述顶端靶标采用球状的靶球，通过待测卷筒顶端的螺纹安装在待测卷筒的顶端，所述中间靶标303采用纸质靶标，采用双面胶粘在卷筒式伸杆机构的下辅助支撑圆柱面上，中间靶标303的位置不变，不随卷筒伸缩，中间靶标303的周边用3M胶带压紧固定。中间靶标303绕圆柱面均匀布置，布置5-6个即可。

第一台经纬仪、第二台经纬仪的高度受安装在卷筒式伸杆机构上的测量镜的限制，高度在1.2-1.5m左右，第三台经纬仪的高度不受限制，一般取2m左右。

第一台、第二台经纬仪联机建站，负责测量卷筒式伸杆机构上的测量镜，测出测量镜坐标系，第一台、第三台联机建站，负责测出中间靶标303及顶部靶标304，从而算出卷筒轴线，三台经纬仪联机，就可以算出测量镜坐标系下卷筒式伸杆机构的中间靶标303及顶部靶标304的位置，在不同温度下测量，就可以获得卷筒热变形数据。经纬仪采用市售产品即可。经纬仪测量到的是角物理量，通过两台以上经纬仪联机建站，标定已知长度的标尺，可以建立一个三维空间的三座标测量系统，可以测量系统内的点和线，从而进一步算出位置及角度关系。

【实施例八】

所述系统还包括温度控制装置，热电偶采集的数据发送给温度控制装置，所述温度控制装置采用闭环自动控制与人工手动限流相结合的方式对各个红外灯管进行控制，各工况下红外灯管的电流值根据对应热电偶采集的温度的波动情况实时进行调整，并具有存储、显示、打印和适时绘图功能，有报警、保护和抗干扰能力，温度控制装置采用现有设备，控制方法也是现有成熟技术，在此不再赘述。

【实施例九】

进一步的，所述系统包括两个独立平台，分别用于支撑参考卷筒和待测机构。两个所述平台设置在所述加热区域内，加热装置布置在两个平台的周围。两个所述平台安装在地面上，为了将卷筒式伸杆机构、参考卷筒安装在平台上，在每个平台上均设置有安装底座，参考卷筒固定在特制的参考卷筒安装底座上，该底座的结构如图4-3所示，为圆柱体结构，在圆柱体结构上开有中心通孔，该底座的下端与平台连接成一体。所述参考卷筒安装底座采用钢材料制成，在底座与参考卷筒之间增加玻璃钢垫进行绝缘，例如可以通过裁剪玻璃钢布，将玻璃钢布裹在卷筒和底座之间，形成二者的绝缘。

卷筒式伸杆机构固定在待测卷筒安装底座上，待测卷筒安装底座由型材焊接而成，其底端与平台连接，在待测卷筒安装底座上安装有铝板，为卷筒式伸杆机构提供安装接口，卷筒式伸杆机构可以通过法兰301安装在底座上，并保证待测卷筒的中心轴线与地面垂直即可。

【实施例十】

进一步的，为了防止气流导致参考卷筒、待测卷筒的振动，在所述加热机构的外围设置有围挡，围挡靠近加热机构布置，围挡位于经纬仪和加热机构之间。围挡布置时，露出中间靶标303、顶部靶标B与经纬仪的连线，方便经纬仪测量。使用围挡的目的是减小由于试验场地温度不均形成较大气流，从而减小对测试精度的影响。

考虑到加热区域与周围环境大气存在较大的温差，因此在整个系统的热边界具有不稳定性，温度控制有难度。系统设计时，在满足加热区域的温度场均匀的前提下，本发明中的加热装置围成的圆形要尽可能小，同时围挡封闭要保证四周空间具有良好的阻隔性，使加热区域与周围空间隔离，这样有利于温度控制，能够提高测试效率和精度。

本发明通过将多个加热装置布置在一个圆周上，以形成稳定的温度场，在温度场内，对称布置一套卷筒式伸杆机构和一根参考卷筒，在参考卷筒上布置热电偶，用参考卷筒上的热电偶采集的温度来替代卷筒式伸杆机构的温度。采用经纬仪联机建站的方式进行不接触的精度测量，在测量中不会引入对机构的扰动，具有测量方法成熟、测量精度高的优点。

利用上述系统对弹性卷筒热变形进行精测的方法包括：

(1)安装上述系统，具体如下：

(11)将待测的卷筒式伸杆机构保持在未展开状态，并将其调整成与平台垂直，以减小待测卷筒在展开过程中重力对展开精度的影响，将待测的卷筒式伸杆机构安装在平台上；将参考卷筒的下端插入到参考卷筒安装底座中，且使参考卷筒处于完全展开的状态。参考卷筒一直保持在展开状态。由于待测卷筒在测试过程中要展开和收拢，因此参考卷筒的长度和位置能够覆盖待测卷筒的测量范围即可。

(12)在参考卷筒上粘贴热电偶，以控制加热区域内的温度波动控制在1℃范围内在。本实施例中，在平台外围对称布置有4组加热装置，每组加热装置上设置有7-9个红外灯管，通过参考卷筒上的热电偶控制各个红外灯管的强弱，从而控制整个区域内的温度场，通过加热装置的间距和红外灯管的数量，能够将温度波动控制在1℃范围内。参考卷筒是展开的，通过参考卷筒上的热电偶可以提供从下到上整个温度场的温度，卷筒式伸杆机构的待测卷筒可以展出到不同高度，从而可以测量不同高度下的热变形。

(13)在待测的卷筒式伸杆机构上安装精测靶标点和测量镜；

(14)将多组加热装置环绕平台的外围布置，加热装置所在的圆形的半径根据加热能力确定，一般控制在比较合适；

(15)将三台经纬仪环绕布置在加热机构的外围，利用测位机构测出所述测量镜与靶标点的基础关系，这个基础关系就是指立方镜坐标系下靶标点的坐标值。

(15)在测位机构与加热机构之间布置好围挡；

(2)测量指向精度：

(21)用测位机构分别测量中间靶标303的中心点、顶端靶标304的中心点在所述测量镜坐标系(以测量镜的中心为原点的三轴坐标系)中的坐标。

中间靶标303包括在圆周上均布的多个纸质靶标，可以通过多个纸质靶标的中心的坐标获得该圆的圆心的坐标，将该圆心作为中间靶标303的中心点。顶端靶标304为靶球，位于卷筒的中心轴线上，靶球的中心即顶端靶标304的中心点。根据两个中心点的坐标可以算出中间靶标303的中心点与顶端靶标304的中心点的连线(即两个中心点的连线)在测量镜坐标系下的指向精度，然后通过测量镜坐标系与基准坐标系的换算，可以得到室温下待测卷筒在基准坐标系下(基准坐标系是指图3中的卷筒式伸杆机构底部的圆柱和三角板形成的坐标系，圆柱的轴线和三角板的上表面交点为原点，X向为圆柱的轴线方向向上。)的指向精度。

所述指向精度是指中间靶标303的中心点与顶端靶标304的中心点的连线与坐标系的X轴的夹角。当然也可以设置其它坐标系，只要将测量镜坐标系下的指向精度进行相应的坐标转换，将指向精度转换到新坐标系中即可。

(22)分别测试不同工况下的指向精度：

不同工况是指加热区域的不同温度，本实施例中，测量了三个工况下的指向精度，三个工况分别为：加热区域的温度分别为30℃、60℃、90℃，加热区域的温度是通过获取参考卷筒上所有热电偶的平均温度得到的，即将所有热电偶的测量值取平均作为加热区域的温度。也可以根据需要测量更多工况下的指向精度。

每个工况中，各个测温点的温度变化控制在0℃～4℃的范围内，在每个工况中将待测卷筒展开3次(当然也可以根据需要展开更多的次数。)，将待测卷筒从收拢状态变成展开状态算一次，每次测量指向精度，获得3个指向精度，测量方式与步骤(21)相同，取3个指向精度的平均值作为该工况下的指向精度。具体的，例如测量30度工况的指向精度，则使加热区域的温度保持在30度，将待测卷筒展开，测量第一次，然后将待测卷筒收拢，第二次展开，测量第二次，再次收拢，然后第三次展开，测量第三次。当从一个温度工况转变到下一个温度工况时，需要等待各个热电偶(本实施例中为8个热电偶)的温度均稳定在0-4度的变化范围内，然后再开始新的温度工况下的测量，这样能够保证温度的稳定。

在同一温度下，展开收拢三次，每次用经纬仪测出一组指向精度，这样在同一温度下有三个指向精度，将同一温度下的三个指向精度进行横向比较，可以获得测试的稳定性、重复性，将不同温度下的各个指向精度进行纵向比较，可以获得温度对指向精度的影响。

本发明解决了运动机构的测温问题，解决了真空系统内升降温过长的问题，；也解决了通过传统方法在产品表面直接粘贴热电偶而造成的污染问题；同时红外灯与框架之间设置隔热灯罩，避免对框架加热而产生热变形，提升了试验精度；并进一步提高了试验的可靠性，大大降低了试验成本。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。