CN106370366B - 一种基于压电平移台进给的角刚度测试台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电平移台进给的角刚度测试台,由装夹机构、加载机构、扭矩测量单元和测量调节机构组成；被测件根据其外形尺寸采用装夹机构定位夹紧，组装、拆卸快捷。扭矩测量单元的扭矩传感器通过红宝石探针对被测件等距施压时产生的扭矩进行测量。加载机构的压电平移台用于对红宝石探针进行单位进给，保证探针对被测件表面进行等距施压，且可对实际运动距离进行反馈。通过压电平移台单位进给采集多组扭矩传感器数据，并得到被测件角刚度值；通过电动旋转台旋转测量被测件不同方向角刚度值。测量调节机构用于将红宝石探针与被测件上的指定压点接触，为压电平移台的单位进给做准备。测试台测量原理简单，便于检测维修。

Description

一种基于压电平移台进给的角刚度测试台

技术领域

本发明涉及角刚度测量技术领域，具体地说,涉及一种基于压电平移台进给的角刚度测试台。

背景技术

角刚度作为一个重要的设计参数对微弹性零件的运动稳定性有着重要的影响。微弹性零件的设计、选材、热处理、制造工艺、检测都是围绕着该性能指标进行。角刚度系数的检测作为微弹性零件研制的最后一个环节，用以确定其是否达到设计指标。随着机械与自动化技术和计算机技术的紧密结合，以及各种测量传感器能够实现越来越高的精度要求，如何方便、快捷、准确地测量微弹性零件的角刚度成为一个迫切需要解决的问题。

发明专利CN104614196A公开了“一种压电陶瓷叠堆执行器刚度测量装置”。被测压电陶瓷叠堆执行器固定在弹性框架内，在驱动电压作用下可以推动弹性框架的顶端上下运动，从而接触位于顶端的位移传感器。通过位移传感器对弹性框架顶端位移进行测量，根据其刚度和位移量即可计算出压电陶瓷叠堆执行器的刚度。该测量装置针对压电陶瓷叠堆执行器刚度进行测量，压电陶瓷叠堆执行器既作为被测件，也作为驱动件对弹性框架产生微小位移，不适用于一般微弹性零件刚度测量。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于压电平移台进给的角刚度测试台。测量台利用压电平移台作为驱动元件，以红宝石探针的高精度扭矩传感器对被测件进行等距施压，通过测量被测件施压不同位置处扭矩传感器的扭矩值，得到被测件的角刚度；测量台具有测量精度高，测量时间短，操作简便的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括装夹机构、加载机构、扭矩测量单元、测量调节机构、防振平台、被测件，其特征在于所述防振平台为各部件提供支撑；所述装夹机构包括定位夹具、夹具转接板，定位夹具与夹具转接板固连安装在电动旋转台上，被测件装夹在定位夹具上，且被测件轴线与定位夹具轴线重合；所述加载机构包括压电平移台、平移台转接板，压电平移台与平移台转接板固连位于手动平移台上面，压电平移台与手动平移台运动方向相互垂直，压电平移台作为驱动元件，实现定位运动；所述扭矩测量单元由扭矩传感器、传感器转接板、紧定螺钉、压杆、红宝石探针组成，扭矩传感器与传感器转接板固连安装在压电平移台上，扭矩传感器测量轴与压杆一端内孔过渡配合，两个紧定螺钉沿压杆圆柱面径向相互垂直旋紧，压杆轴线与扭矩传感器测量轴轴线重合，两个红宝石探针对称水平安装在压杆另一端部，且与压杆轴线垂直，红宝石探针通过扭矩传感器与压电平移台位置固定，通过对压电平移台运动控制，实现红宝石探针在被测件上表面指定压点位置竖直方向单位进给；所述测量调节机构包括手动平移台、手动平移台转接板、电动平移台、电动升降台、旋转台转接板、电动旋转台，手动平移台与手动平移台转接板固连安装在电动平移台上，电动旋转台与旋转台转接板固连安装在电动升降台上面，电动平移台位于电动升降台一侧,电动平移台与电动升降台通过螺栓安装在防振平台上，防振平台用来减小测量中外界的振动。

定位夹具与电动旋转台、电动升降台同轴安装。

有益效果

本发明提出的一种基于压电平移台进给的角刚度测试台，测试台利用压电平移台作为驱动元件，将装有红宝石探针的扭矩传感器对被测件进行等距施压，通过测量被测件施压不同位置处扭矩传感器的扭矩值，得到被测件的角刚度。

本发明基于压电平移台进给的角刚度测试台，由装夹机构、加载机构、扭矩测量单元、测量调节机构组成；测试台应用于角刚度值较小的微弹性零件测量，被测件的安装根据被测件外形尺寸采用装夹机构定位夹紧，拆装便捷。扭矩测量单元由扭矩传感器、压杆和红宝石探针组成，扭矩传感器通过红宝石探针对被测件等距施压时产生的扭矩进行测量。加载机构的压电平移台作为驱动元件，用于对红宝石探针进行单位进给，保证探针对被测件表面进行等距施压。压电平移台具有精度高、分辨率高、重复度高的特点，并且可对实际运动距离进行反馈。测量调整机构用于将红宝石探针与被测件上的指定压点接触，为压电平移台的单位进给做准备。

本发明基于压电平移台进给的角刚度测试台，自动化程度高，测量原理简单，操作简便，组装、拆分快捷，便于测试台的检测维修。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于压电平移台进给的角刚度测试台作进一步详细说明。

图1为本发明基于压电平移台进给的角刚度测试台示意图。

图2为本发明基于压电平移台进给的角刚度测试台结构图。

图3为本发明的扭矩传感器测量件结构示意图。

图4为本发明基于压电平移台进给的角刚度测试台轴测图。

图中:

1.扭矩传感器 2.压杆 3.压电平移台 4.电动升降台 5.电动旋转台 6.定位夹具7.被测件 8.红宝石探头 9.传感器转接板 10.平移台转接板 11.手动平移台 12.手动平移台转接板 13.电动平移台 14.防振平台 15.旋转台转接板 16.夹具转接板 17.紧定螺钉

具体实施方式

本实施例是一种基于压电平移台进给的角刚度测试台。

参阅图1～图4，本实例基于压电平移台进给的角刚度测试台由装夹机构、加载机构、扭矩测量单元、测量调节机构和防振平台、被测件7组成；防振平台14为各部件提供支撑；防振平台14用来减小测量过程中外界振动给各部件带来的影响。其中，装夹机构包括定位夹具6、夹具转接板16,定位夹具6与夹具转接板16固连安装在电动旋转台5上，安装时须保证定位夹具6轴线与电动旋转台5中心重合。被测件7装夹在定位夹具6上，完成被测件7周向定位，保证被测件7轴线与定位夹具6轴线重合。加载机构包括压电平移台3、平移台转接板10，压电平移台3与平移台转接板10固连安装在手动平移台11上面，压电平移台3运动方向与手动平移台11运动方向垂直；压电平移台3作为驱动元件，实现定位运动。红宝石探针8通过扭矩传感器1与压电平移台3位置固定，通过对压电平移台3运动控制，实现红宝石探针8在被测件7上表面指定压点位置竖直方向单位进给；压电平移台3自带位移传感器，实现位移输出的闭环控制。扭矩测量单元由扭矩传感器1、传感器转接板9、紧定螺钉17、压杆2和红宝石探针8组成；扭矩传感器1通过传感器转接板9安装在压电平移台3上；扭矩传感器1测量轴与压杆2内孔为过渡配合，并通过旋紧两个紧定螺钉17，完成压杆2和扭矩传感器1的安装，两个紧定螺钉17沿压杆圆柱面径向旋入相互垂直，保证压杆2轴线和扭矩传感器1测量轴轴线重合；两个红宝石探针8通过螺纹配合安装在压杆2两侧，两个红宝石探针8对称水平安装，并且与压杆2轴线垂直。扭矩传感器1为小量程扭矩测量元器件，安装过程中，应避免扭矩传感器1测量轴受径向弯矩；扭矩传感器1在使用过程中，应减少扭矩传感器1测量轴的偏摆，以减小红宝石探针8力矩变化对测量结果的影响；红宝石探针8应尽可能扩大长度，以放大扭矩传感器1数值，避免扭矩传感器1数值漂移对数据读取的影响。测量调节机构包括手动平移台11、手动平移台转接板12、电动平移台13、电动升降台4、旋转台转接板15、电动旋转台5；手动平移台11通过手动平移台转接板12安装在电动平移台13上；电动旋转台5通过旋转台转接板15安装在电动升降台4上；电动平移台13和电动升降台4通过螺栓安装在防振平台14上，防振平台14用来减小测量过程中外界振动带来的影响。调节夹具转接板16的高度，使电动升降台4位于最低点时，压杆2的最低点高于被测件7上表面，保证电动平移台13运动过程中，压杆2不会与被测件7发生碰撞。压电平移台3利用压电陶瓷作为驱动元件，实现精密定位运动，具有较高的重复定位精度和动态定位性能。红宝石探针8通过扭矩传感器1与压电平移台3位置固定，通过对压电平移台3的精密运动控制，实现红宝石探针8在被测件7上表面指定压点位置竖直方向单位进给。

本实例的工作过程

步骤一、标准体安装及测量调整。手动平移台11、电动平移台13和电动升降台4运动到机械零点位置，使扭矩传感器1远离定位夹具。将标准体安装在定位夹具6上。手动平移台11运动到指定位置，使红宝石探针8轴线与定位夹具6轴线在同一平面处。电动平移台13运动到指定位置，使红宝石探针8球头中心在被测件7压点竖直上方。电动升降台4等距逼近运动，直到扭矩传感器1读数发生变化，此时被测件7与红宝石探针8接触。

步骤二、标准体加载测量。压电位移台3进行单位进给运动，使红宝石探针8对被测件7进行等距施压。压电位移台3每进给一次运动，停滞一段时间，待扭矩传感器1数据稳定后，记录此时扭矩传感器1数据T_n，其中，n为压电位移台3进给次数。压电位移台3完成该位置的进给运动后，压电平移台3退回初始位置，此时电动升降台4和电动平移台13依次运动到零点位置，使红宝石探针8和被测件7分离。

步骤三、标准体标定计算。角刚度定义为K＝M/θ。由压电平移台3第n次进给时扭矩传感器1数据T_n得，被测件7扭矩M_n＝T_ngL/R。此处L为红宝石探针8球头中心到扭矩传感器1测量轴轴线距离，R为红宝石探针8压点到被测件7轴线的距离。由压电平移台3单位进给量x得，由压电平移台3第n次进给时被测件7偏摆角度θ_n＝arctan(xgn/R)。

由n组点(θ_n,M_n)最小二乘拟合，计算得到斜率K_标测。已知标准体角刚度K_标，求解标定系数a＝K_标/K_标测。

步骤四、被测件7安装及测量调整。手动平移台11、电动平移台13和电动升降台4运动到机械零点位置，使扭矩传感器1远离定位夹具6。将被测件7安装在定位夹具6上。电动平移台13运动到指定位置，使红宝石探针8球头中心在被测件7压点竖直上方。电动升降台4进行等距逼近运动，直到扭矩传感器1读数发生变化，此时被测件7与红宝石探针8接触。

步骤五、被测件7加载测试。压电位移台3进行单位进给运动，使红宝石探针8对被测件7进行等距施压，记录此时扭矩传感器1数据T_n。压电位移台3完成该位置的进给运动后，压电平移台3退回初始位置，此时电动升降台4和电动平移台13依次运动到零点位置，使红宝石探针8和被测件7分离。

步骤六、被测件7角刚度计算。由压电平移台3第n次进给时扭矩传感器1数据T_n，计算得到被测件7角刚度K。经标定系数修正得到被测件7角刚度K_修正＝K ga。

Claims (2)

1.一种基于压电平移台进给的角刚度测试台，包括装夹机构、加载机构、扭矩测量单元、测量调节机构、防振平台、被测件，其特征在于:所述防振平台为各部件提供支撑；

所述装夹机构包括定位夹具、夹具转接板，定位夹具与夹具转接板固连安装在电动旋转台上，被测件装夹在定位夹具上，且被测件轴线与定位夹具轴线重合；

所述加载机构包括压电平移台、平移台转接板，压电平移台与平移台转接板固连位于手动平移台上面，压电平移台与手动平移台运动方向相互垂直，压电平移台作为驱动元件，实现定位运动；

所述扭矩测量单元由扭矩传感器、传感器转接板、紧定螺钉、压杆、红宝石探针组成，扭矩传感器与传感器转接板固连安装在压电平移台上，扭矩传感器测量轴与压杆一端内孔过渡配合，两个紧定螺钉沿压杆圆柱面径向相互垂直旋紧，压杆轴线与扭矩传感器测量轴轴线重合，两个红宝石探针对称水平安装在压杆另一端部，且与压杆轴线垂直，红宝石探针通过扭矩传感器与压电平移台位置固定，通过对压电平移台运动控制，实现红宝石探针在被测件上表面指定下压点位置垂直方向单位进给；

所述测量调节机构包括手动平移台、手动平移台转接板、电动平移台、电动升降台、旋转台转接板、电动旋转台，手动平移台与手动平移台转接板固连安装在电动平移台上，电动旋转台与旋转台转接板固连安装在电动升降台上面，电动平移台位于电动升降台一侧,电动平移台与电动升降台通过螺栓安装在防振平台上，防振平台用来减小测量中外界的振动。

2.根据权利要求1所述的基于压电平移台进给的角刚度测试台，其特征在于:定位夹具与电动旋转台、电动升降台同轴安装。