CN103884470A - 一种液压式多分量力组合校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于力值校准装置，具体涉及一种液压式多分量力组合校准装置，它包括控制系统、伺服油源设备以及自下而上依次设置的底座、框架式动横梁、上横梁和横梁升降驱动系统，所述横梁升降驱动系统与所述框架式动横梁和所述上横梁传动连接；所述框架式动横梁上部设置有中央固定设置有Z向力主油缸，前、后两侧对称设置有X向力和-X向力主油缸，左、右两侧对称安装Y向力和-Y向力主油缸；所述Z向力主油缸固定设置于所述上横梁中，所述底座上表面中央设置有测试台。本发明的有益效果在于：操作简便，测量范围大，测量精度高。

Description

一种液压式多分量力组合校准装置
技术领域
本发明涉及一种液压式多分量力组合校准装置，属于大型机械测量仪器设备领域。
背景技术
目前，多分力传感器能同时检测到三维空间的全力信息已广泛应用于产品测试、自动化工业生产线、机器人和机器打磨抛光控制系统等。例如，车轮多分力检测、机器人外科手术、风洞、水槽中飞机和船舶各种流体力学问题的试验研究，以及神经学研究等。而现有的技术中，对于大型多分力传感器的检测和校准还没有专门的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对大型多分力传感器进行自动检测和校准的液压式多分量力组合校准装置，以弥补现有技术的不足。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种液压式多分量力组合校准装置，包括：控制系统、伺服油源设备以及自下而上依次设置的底座（1）、测试台（8）、框架式动横梁（2）、上横梁（3）和横梁升降驱动系统。
所述底座（1）上表面中央设置有测试台（8），测试台（8）用于安装被校准设备（18）。所述横梁升降驱动系统与框架式动横梁（2）和上横梁（3）传动连接，横梁升降驱动系统用于控制框架式动横梁（2）和上横梁（3）的上升与下降。
设定水平向右方向为Y方向，竖直向上方向为Z方向，水平向内方向为X方向。
所述框架式动横梁（2）的前、后两侧对称安装X向力主油缸和-X向力主油缸（11），X向力主油缸和-X向力主油缸（11）同轴，X向力主油缸的作用是向被校准设备（18）施加-X方向压力，-X向力主油缸（11）的作用是向被校准设备（18）施加X方向压力；框架式动横梁（2）的左、右两侧对称安装Y向力主油缸（13）和-Y向力主油缸（14），Y向力主油缸（13）和-Y向力主油缸（14）同轴，Y向力主油缸（13）的作用是向被校准设备（18）施加-Y方向压力，-Y向力主油缸（14）的作用是向被校准设备（18）施加Y方向压力；所述上横梁（3）中心安装Z向力主油缸（9），Z向力主油缸（9）的作用是向被校准设备（18）施加-Z方向压力。
所述各油缸均与伺服油源设备连接，伺服油源设备与控制系统连接。油缸与伺服油源设备组成液压加载系统，控制系统用于控制液压加载系统加载力值。
优选的，所述横梁升降驱动系统包括摆线针轮减速机（5）、链条轮（20）、链条（17）和4根横梁升降丝杠（4）。摆线针轮减速机（5）、4个链条轮（20）和链条（17）设置于上横梁（3）上方；摆线针轮减速机（5）与链条（17）连接；链条（17）在水平面上首尾相连呈环形；4个链条轮（20）位于链条（17）的环形内部，并与链条（17）连接；4根横梁升降丝杠（4）上端分别与1个链条轮（20）固定连接，下端与底座（1）可旋转连接；框架式动横梁（2）和上横梁（3）上均设置有与横梁升降丝杠（4）配合的螺孔，横梁升降丝杠（4）通过螺钉与框架式动横梁（2）和上横梁（3）连接。摆线针轮减速机（5）工作时，带动链条（17）在水平面上做环形运动，链条（17）带动4个链条轮（20）转动，链条轮（20）带动横梁升降丝杠（4）旋转。框架式动横梁（2）和上横梁（3）随着横梁升降丝杠（4）的转动，做向上或向下的运动。
优选的，所述Z向力主油缸（9）周边均匀设置有4个Z向力副油缸（10），所述4个Z向力副油缸（10）均设置于所述上横梁（3）上。
优选的，所述X向力主油缸两侧各设置有1个X向力副油缸，所述X向力副油缸均设置于所述框架式动横梁（2）上。所述-X向力主油缸（11）两侧各设置有1个-X向力副油缸（12），所述-X向力副油缸（12）均设置于所述框架式动横梁（2）上。
优选的，所述各油缸的活塞杆头均设置有高精度标准传感器（16），用于实时测量加载力值。
优选的，所述各油缸上均设置有激光位移传感器（15），用于确保使用主油缸加载时，加载点在框架式动横梁（2）中心点位置，使用副油缸加载时，测量加载点与框架式动横梁（2）中心点的距离，从而计算产生的力矩。
尤为优选的，所述底座（1）上还固定设置有4个导向立柱（6），所述导向立柱（6）上有滑轨（19），滑轨（19）与框架式动横梁（2）连接，滑轨（19）的作用是配合框架式动横梁（2）的上下滑动。
尤为优选的，所述液压式多分量力组合校准装置还包括四周刚性支架（7），四周刚性支架（7）设置于所述底座（1）上。
其工作过程是：
步骤1：将被校准设备（18）安装在测试台（8）上，并通过各油缸上的激光位移传感器（15）调整被校准设备（18）的安装，保证被校准设备（18）安装在框架式动横梁（2）中心点的位置；
步骤2：控制系统通过控制各个方向的液压加载系统加载力值来模拟多分力传感器的受力情况。
步骤3：每个油缸活塞头部的高精度标准传感器（16）反馈测量力值大小，并将结果反馈到控制系统；每个油缸上的激光位移传感器（15）测量加载点与框架式动横梁（2）中心点的距离，再读出被校准设备（18）的显示力值和力矩，并将结果反馈到控制系统；
步骤4：重复步骤1至步骤3，控制系统全自动控制并计算来完成进行检测和校准。
有益效果
本发明提出的一种液压式多分量力组合校准装置与现有技术相比，具有操作简便，测量范围大，测量精度高等优点。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中液压式多分量力组合校准装置的结构示意图；
其中，1-底座、2-框架式动横梁、3-上横梁、4-横梁升降丝杠、5-摆线针轮减速机、6-导向立柱、7-四周刚性支架、8-测试台、9-Z向力主油缸、10-Z向力副油缸、11-X向力主油缸、12-X向力副油缸、13-Y向力主油缸、14--Y向力主油缸、15-激光位移传感器、16-高精度标准传感器、17-链条、18-被校准设备、19-滑轨、20-链条轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
本实施例中的液压式多分量力组合校准装置，包括：控制系统、伺服油源设备以及自下而上依次设置的底座1、测试台8、框架式动横梁2、上横梁3和横梁升降驱动系统。图1是液压式多分量力组合校准装置过Z向力主油缸和Y向力主油缸轴线的剖面示意图，其中，控制系统、伺服油源设备以及伺服油源设备与各油缸的连接线未在图1中画出。
底座1上表面中央设置有测试台8，测试台8用于安装被校准设备18。横梁升降驱动系统与框架式动横梁2和上横梁3传动连接，横梁升降驱动系统用于控制框架式动横梁2和上横梁3的上升与下降。
设定水平向右方向为Y方向，竖直向上方向为Z方向，水平向内方向为X方向。
框架式动横梁2的前、后两侧对称安装X向力主油缸（由于被遮挡，图1中未标出）和-X向力主油缸11，X向力主油缸和-X向力主油缸11同轴，X向力主油缸的作用是向被校准设备18施加-X方向压力，-X向力主油缸11的作用是向被校准设备18施加X方向压力；框架式动横梁2的左、右两侧对称安装Y向力主油缸13和-Y向力主油缸14，Y向力主油缸13和-Y向力主油缸14同轴，Y向力主油缸13的作用是向被校准设备18施加-Y方向压力，-Y向力主油缸14的作用是向被校准设备18施加Y方向压力；所述上横梁3中心安装Z向力主油缸9，Z向力主油缸9的作用是向被校准设备18施加-Z方向压力。
各油缸均与伺服油源设备连接，伺服油源设备与控制系统连接。油缸与伺服油源设备组成液压加载系统，控制系统用于控制液压加载系统加载力值。
横梁升降驱动系统包括摆线针轮减速机5、链条轮20、链条17和4根横梁升降丝杠4。摆线针轮减速机5、4个链条轮20和链条17设置于上横梁3上方；摆线针轮减速机5与链条17连接；链条17在水平面上首尾相连呈环形；4个链条轮20位于链条17的环形内部，并与链条17连接；4根横梁升降丝杠4上端分别与1个链条轮20固定连接，下端与底座1可旋转连接；框架式动横梁2和上横梁3上均设置有与横梁升降丝杠4配合的螺孔，横梁升降丝杠4通过螺钉与框架式动横梁2和上横梁3连接。摆线针轮减速机5工作时，带动链条17在水平面上做环形运动，链条17带动4个链条轮20转动，链条轮20带动横梁升降丝杠4旋转。框架式动横梁2和上横梁3随着横梁升降丝杠4的转动，做向上或向下的运动。
Z向力主油缸9周边均匀设置有4个Z向力副油缸10，4个Z向力副油缸10均设置于上横梁3上。由于图1为剖面示意图，其中一个Z向力副油缸被截掉，一个Z向力副油缸被Z向力主油缸9遮挡，因此只能看到2个Z向力副油缸。
X向力主油缸两侧各设置有1个X向力副油缸（由于被遮挡，图1中未标出），X向力副油缸均设置于所述框架式动横梁2上。-X向力主油缸11两侧各设置有1个-X向力副油缸12，-X向力副油缸12均设置于所述框架式动横梁2上。
上述各油缸的活塞杆头均设置有高精度标准传感器16，用于实时测量加载力值。
上述各油缸上均设置有激光位移传感器15，用于确保使用主油缸加载时，加载点在框架式动横梁2中心点位置，使用副油缸加载时，测量加载点与框架式动横梁2中心点的距离，从而计算产生的力矩。
底座1上还固定设置有4个导向立柱6，导向立柱6上有滑轨19，滑轨19与框架式动横梁2连接，滑轨19的作用是配合框架式动横梁2的上下滑动。
液压式多分量力组合校准装置还包括四周刚性支架7，四周刚性支架7设置于所述底座1上。
伺服油源设备由七套独立的工作的伺服油源组成，每套伺服油源上有一个阀板，其中6个套伺服油源的阀板上有两个电磁阀；另外一套油源的阀板上只有一个电磁阀，每个电磁阀控制一个油缸。七套伺服油源可以单独或同时工作，即，可以单独对被测多分力传感器施加某一方向的力，或者同时施加多个方向的力。
其工作过程是：
步骤1：将被校准设备18安装在测试台8上，并通过各油缸上的激光位移传感器15调整被校准设备18的安装，保证被校准设备18安装在框架式动横梁2中心点的位置；
步骤2：控制系统通过控制各个方向的液压加载系统加载力值来模拟多分力传感器的受力情况。
步骤3：每个油缸活塞头部的高精度标准传感器16反馈测量力值大小，并将结果反馈到控制系统；每个油缸上的激光位移传感器15测量加载点与框架式动横梁2中心点的距离，再读出被校准设备18的显示力值和力矩，并将结果反馈到控制系统；
步骤4：重复步骤1至步骤3，控制系统全自动控制并计算来完成进行检测和校准。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：其包括：控制系统、伺服油源设备以及自下而上依次设置的底座（1）、测试台（8）、框架式动横梁（2）、上横梁（3）和横梁升降驱动系统；
所述底座（1）上表面中央设置有测试台（8），测试台（8）用于安装被校准设备（18）；所述横梁升降驱动系统与框架式动横梁（2）和上横梁（3）传动连接，横梁升降驱动系统用于控制框架式动横梁（2）和上横梁（3）的上升与下降；
设定水平向右方向为Y方向，竖直向上方向为Z方向，水平向内方向为X方向；
所述框架式动横梁（2）的前、后两侧对称安装X向力主油缸和-X向力主油缸（11），X向力主油缸和-X向力主油缸（11）同轴，X向力主油缸的作用是向被校准设备（18）施加-X方向压力，-X向力主油缸（11）的作用是向被校准设备（18）施加X方向压力；框架式动横梁（2）的左、右两侧对称安装Y向力主油缸（13）和-Y向力主油缸（14），Y向力主油缸（13）和-Y向力主油缸（14）同轴，Y向力主油缸（13）的作用是向被校准设备（18）施加-Y方向压力，-Y向力主油缸（14）的作用是向被校准设备（18）施加Y方向压力；所述上横梁（3）中心安装Z向力主油缸（9），Z向力主油缸（9）的作用是向被校准设备（18）施加-Z方向压力；
所述各油缸均与伺服油源设备连接，伺服油源设备与控制系统连接；油缸与伺服油源设备组成液压加载系统，控制系统用于控制液压加载系统加载力值。
2.如权利要求1所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
优选的，所述横梁升降驱动系统包括摆线针轮减速机（5）、链条轮（20）、链条（17）和4根横梁升降丝杠（4）；摆线针轮减速机（5）、4个链条轮（20）和链条（17）设置于上横梁（3）上方；摆线针轮减速机（5）与链条（17）连接；链条（17）在水平面上首尾相连呈环形；4个链条轮（20）位于链条（17）的环形内部，并与链条（17）连接；4根横梁升降丝杠（4）上端分别与1个链条轮（20）固定连接，下端与底座（1）可旋转连接；框架式动横梁（2）和上横梁（3）上均设置有与横梁升降丝杠（4）配合的螺孔，横梁升降丝杠（4）通过螺钉与框架式动横梁（2）和上横梁（3）连接；摆线针轮减速机（5）工作时，带动链条（17）在水平面上做环形运动，链条（17）带动4个链条轮（20）转动，链条轮（20）带动横梁升降丝杠（4）旋转；框架式动横梁（2）和上横梁（3）随着横梁升降丝杠（4）的转动，做向上或向下的运动。
3.如权利要求1或2所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
优选的，所述Z向力主油缸（9）周边均匀设置有4个Z向力副油缸（10），所述4个Z向力副油缸（10）均设置于所述上横梁（3）上。
4.如权利要求1至3之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
优选的，所述X向力主油缸两侧各设置有1个X向力副油缸，所述X向力副油缸均设置于所述框架式动横梁（2）上；所述-X向力主油缸（11）两侧各设置有1个-X向力副油缸（12），所述-X向力副油缸（12）均设置于所述框架式动横梁（2）上。
5.如权利要求1至4之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
优选的，所述各油缸的活塞杆头均设置有高精度标准传感器（16），用于实时测量加载力值。
6.如权利要求1至5之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
优选的，所述各油缸上均设置有激光位移传感器（15），用于确保使用主油缸加载时，加载点在框架式动横梁（2）中心点位置，使用副油缸加载时，测量加载点与框架式动横梁（2）中心点的距离，从而计算产生的力矩。
7.如权利要求1至6之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
尤为优选的，所述底座（1）上还固定设置有4个导向立柱（6），所述导向立柱（6）上有滑轨（19），滑轨（19）与框架式动横梁（2）连接，滑轨（19）的作用是配合框架式动横梁（2）的上下滑动。
8.如权利要求1至7之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：
尤为优选的，所述液压式多分量力组合校准装置还包括四周刚性支架（7），四周刚性支架（7）设置于所述底座（1）上。
9.如权利要求1至8之一所述的一种液压式多分量力组合校准装置，其特征在于：其工作过程是：
步骤1：将被校准设备（18）安装在测试台（8）上，并通过各油缸上的激光位移传感器（15）调整被校准设备（18）的安装，保证被校准设备（18）安装在框架式动横梁（2）中心点的位置；
步骤2：控制系统通过控制各个方向的液压加载系统加载力值来模拟多分力传感器的受力情况；
步骤3：每个油缸活塞头部的高精度标准传感器（16）反馈测量力值大小，并将结果反馈到控制系统；每个油缸上的激光位移传感器（15）测量加载点与框架式动横梁（2）中心点的距离，再读出被校准设备（18）的显示力值和力矩，并将结果反馈到控制系统；
步骤4：重复步骤1至步骤3，控制系统全自动控制并计算来完成进行检测和校准。
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