慣性航法、航空機の姿勢シミュレーション、航空宇宙、ハイエンド機器製造の分野において、慣性デバイス（ジャイロスコープ、加速度計）およびそれらを含むシステム（IMU、慣性航法システム）は、動きと位置を感知する中核です。その性能は、システム全体の精度と信頼性を直接決定します。単軸慣性試験ターンテーブルは、これらの「神経中枢」を評価、校正、標準化するための不可欠な高精度ベンチマークデバイスです。この記事では、その中核的な動作原理と主要な性能指標を掘り下げ、最先端の試験分野における技術的意義を紹介します。

I. 中核的な動作原理：「理想的な」運動基準の構築

慣性試験ターンテーブルの本質は、試験対象の慣性デバイスに対して、既知の、高精度で、制御可能な単一自由度の回転運動環境を提供することです。その技術的実現は、精密機械、最新のサーボ制御、高精度センシングの統合の集大成です。

1. 精密機械本体：性能の物理的基盤

精密シャフトシステム：ハイエンドターンテーブルは一般的に、精密な軸方向および半径方向の位置決め、高剛性、高回転精度の要件を満たすために、対になったアンギュラコンタクトボールベアリングを使用します。これは、超低速安定性と超高位置精度を実現するための物理的な基盤です。 ダイレクトドライブ技術：この技術は、従来のギアやウォームギアの伝達コンポーネントを排除し、高トルク、多極モーターを使用してプラットフォームを直接駆動します。その利点には、バックラッシュゼロ、低トルクリップル、高ダイナミック応答が含まれ、伝達誤差と柔軟性の非線形効果を完全に排除します。

高剛性・低変形構造：プラットフォームとベースは、熱膨張係数の低い材料と対称的な補強設計で作られており、さまざまな負荷や温度下での幾何学的変形を最小限に抑え、シャフトシステムの安定性を維持します。

2. 高精度角度測定システム：システムの「目」

中核コンポーネントは、数万、さらには数十万本のラインを持つ超高精度円形格子エンコーダです。精密なモアレフリンジと電子サブディビジョン技術により、サブ秒角、さらにはミリ秒角の分解能を実現します。ターンテーブルの絶対位置をリアルタイムで継続的に測定し、完全閉ループ制御のフィードバックソースを形成します。その精度は、システムの測位基準を直接決定します。

3. 高性能サーボ制御システム：システムの「脳」と「神経」

これは、高速デジタル信号プロセッサ（DSP/FPGA）に基づくリアルタイム閉ループ制御システムです。ホストコンピュータからの運動コマンド（位置、速度、正弦波スイングなど）を受信し、格子フィードバックからの実際の値と比較し、高度な制御アルゴリズム（適応PID、フィードフォワード補償、外乱オブザーバ、ノッチフィルタリングなど）を使用してリアルタイムで制御量を計算し、出力します。

フィードフォワード補償：システムの既知の慣性と摩擦を事前に補償し、動的追従精度を向上させます。

ノッチフィルタ：機械的な共振ピークを正確に抑制し、高帯域幅下でのシステムの安定性を確保します。

制御信号は高性能サーボドライバによって増幅され、正確に

トルクモーターを駆動し、 「コマンド-制御-駆動-実行-フィードバック-補正」の正確な閉ループを形成し、超低速から高速までスムーズで正確な運動を実現します。 II. 主要な性能指標分析：試験能力の境界を定義する

単軸慣性試験ターンテーブルの品質を評価するには、静的、動的、環境適応性など、複数の側面からの検討が必要です。以下の指標は、エンジニアの選択における中核的な基準であり、メーカーの技術的な上限も表しています。

1. 静的精度指標：「静的」基準で測定。

位置決め精度：指令位置と実際の停止位置の最大偏差（単位：秒角″）。シャフトシステムの誤差、格子誤差、制御定常誤差を総合的に反映し、ターンテーブルの「絶対的な定規」精度です。

位置分解能：制御システムが認識または実行できる最小の角度増分。運動の滑らかさの下限を決定し、通常は位置決め精度よりも高くなります（例：位置決め精度

2″の場合、分解能は0.36″になります）。シャフト回転誤差：これには、半径方向/軸方向の振れが含まれ、空間における回転軸の非理想的な動きを指します。高精度ターンテーブルは、このパラメータを±1″で実現でき、テーブル表面の安定性を確保するために不可欠です。

2. 動的性能指標：「動き」の特性をテスト。

角速度範囲と安定性：これらは最も重要で、技術的に難しい指標です。

範囲

：地球の自転速度（0.001°/s）から高速操縦速度（±10000 °/s）までの極端な範囲をカバーする必要があります。速度安定性：定速運転中、瞬間速度の平均速度に対する変動は、一般的に相対値として表されます（例：1×10⁻⁶）。ジャイロスコープ校正試験における注入角速度の「純度」を直接決定し、トルク変動と摩擦外乱を抑制するターンテーブルサーボシステムの究極の指標です。角加速度とシステム帯域幅：最大角加速度：モーターのピークトルクとシステムの総慣性によって決定され、シミュレートされた高ダイナミックな操縦性に影響します。

サーボ帯域幅：ターンテーブルが正弦波運動コマンドを正確に再現できる周波数（単位：Hz）の上限。高帯域幅は、航空機の高周波姿勢ジッタをより現実的にシミュレートできることを意味し、デバイスの動的応答特性をテストするための前提条件です。

3. 負荷と汎用性指標

負荷容量と慣性マッチング：最大負荷容量だけに焦点を当てるだけでは不十分です。負荷慣性とターンテーブルローター慣性のマッチング度が重要です。適切なマッチングは、動的性能が低下しないようにするための鍵です。

同期と通信インターフェース：PPS（パルスパーセカンド）ハードウェア同期と高帯域幅リアルタイム産業用イーサネット（EtherCATなど）をサポートし、ターンテーブルの動きと外部データ収集システムのタイムスタンプ間の正確な同期を確保します。これは、統合航法や多軸試験などの複雑な実験を実施するための基盤です。

概要：技術選択と価値実現

慣性試験ターンテーブルの選択は、単一の指標で最高の値を追求するだけでなく、試験対象のデバイス（光ファイバージャイロスコープ、MEMS IMU、レーザージャイロスコープなど）と試験タスク（ゼロバイアス校正、スケールファクタ試験、動的環境シミュレーション）の特性に基づいて正確なマッチングを行うことです。

レーザージャイロスコープ/高精度光ファイバージャイロスコープの試験には、超低速での安定性と非常に低い角振動の極端な追求が必要です。

戦術グレードのMEMS IMUまたはシーカーを試験する場合、高帯域幅、高加速度、および複雑な運動軌道を再現する能力がより重要です。

慣性技術産業チェーンの上流における主要な計測および試験装置として、慣性試験ターンテーブルの性能は、下流デバイスの精度上限の確立と検証能力に直接影響します。それは単なる冷たい機器ではなく、慣性技術の進歩を促進し、国のハイエンド機器の精度を確保する「職人」であり「門番」でもあります。

九江瑞雅精密技術有限公司

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