CN111044217A - 一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机 - Google Patents

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付少华
陈力
马建龙
黄志槐
王海涛
刘滨
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Abstract

本发明公开了一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机，包括检测单元、反向器、机架沿竖直方向同轴布置的多个砝码；机架中间设有支撑平台；支撑平台上固定有多个支撑杆；支撑杆上设有安装平台；反向器包括上端的加载板、上端与加载板相连且下端与连接板相连的多个导向杆、固定在连接板下端的测试杆；导向杆穿过安装平台；测试杆穿过支撑平台；支撑杆沿轴向上设有多个支撑座；多个砝码均同轴套在测试杆外部；每个砝码左右两侧下端对称的分别设有两个机构进行支撑；两个加载机构均固定在机架上；两个加载机构均与控制器相连；控制器控制两个加载机构的同步运动；支撑平台上设有检测单元。本发明可实现校核砝码的同步加载，提高测试精度。

Description

一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机
技术领域
本发明属于力标准机计量领域，特别是一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机。
背景技术
目前静重式力标准机的砝码加卸载基本上采用油缸、气缸、电机驱动机构等以速度控制的方式实施。存在以下问题：
1、在砝码加载时，当砝码被加载到被测对象时，砝码运动速度降为零，从而产生一个除砝码重力外的冲击力，影响检测准确度。
2、当采用多个砝码驱动机构对同一砝码加卸载控制时，由于多个砝码驱动机构速度误差等原因引起砝码倾斜，影响检测准确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机，以实现校核砝码的同步加载，提高测试精度。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机，包括机架、检测单元、反向器、沿竖直方向同轴布置的多个砝码；
所述机架中间设有支撑平台；所述支撑平台上固定有多个支撑杆；支撑杆上设有安装平台；所述反向器包括上端的加载板、下端的连接板、连接在加载板和连接板之间的多个导向杆和固定在连接板下端的测试杆；所述导向杆穿过安装平台，用于对反向器的竖直运动进行导向；所述测试杆穿过支撑平台；所述测试干沿轴向上均匀设有多个支撑座，分别用于支撑多个砝码；多个砝码均同轴套在测试杆外部；每个砝码左右两侧下端对称的分别设有第一加载机构、第二加载机构进行支撑；所述第一加载机构、第二加载机构均固定在机架上，用于驱动砝码上下直线运动，将砝码加载在支撑座上；所述第一加载机构、第二加载机构均与控制器相连；所述控制器获得第一加载机构、第二加载机构的位移信号并控制两个加载机构的同步运动；所述支撑平台上设有检测单元，被测对象设置在检测单元与加载板之间的空腔；所述检测单元用于检测反向器上的砝码加载信号，当检测单元检测到砝码的重力完全加载到被检对象上时，控制器控制第一加载机构、第二加载机构停止运动。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明的静重式力标准机，在目标砝码未加载时，以加载机构的位移信号为准，可通过同步位移控制实现砝码的快速移动，可以避免加载过程中的砝码倾斜，同时提高了检测效率；在实现了砝码快速、平稳加载，提高检测精度和检测效率。
(2)在开始产生载荷的瞬间，以检测单元的力值信号控制加载机构对砝码同步力值加载，可以避免砝码加载对被测对象的冲击，提高检测精度。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为加载机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机，包括机架、检测单元2、反向器、沿竖直方向同轴布置的多个砝码4；
所述机架中间设有支撑平台71；所述支撑平台71上固定有多个支撑杆72；支撑杆72上设有安装平台73；所述反向器包括上端的加载板31、下端的连接板32、连接在加载板31和连接板32之间的多个导向杆33和固定在连接板32下端的测试杆34；所述导向杆33穿过安装平台73，用于对反向器的竖直运动进行导向；所述测试杆34穿过支撑平台71；所述测试杆34沿轴向上均匀设有多个支撑座35，分别用于支撑多个砝码4；多个砝码4均同轴套在测试杆34外部；每个砝码4左右两侧下端对称的分别设有第一加载机构5-1、第二加载机构5-2进行支撑；所述第一加载机构5-1、第二加载机构5-2均固定在机架上，用于驱动砝码4上下直线运动，将砝码4加载在支撑座35上；所述第一加载机构5-1、第二加载机构5-2均与控制器6相连；所述控制器获得第一加载机构5-1、第二加载机构5-2的位移信号并控制两个加载机构的同步运动；所述支撑平台71上设有检测单元，被测对象1设置在检测单元与加载板31之间的空腔；所述检测单元2用于检测反向器上的砝码加载信号，当检测单元2检测到砝码4的重力完全加载到被检对象1上时，控制器6控制第一加载机构5-1、第二加载机构5-2停止运动。
进一步的，结合图2，所述第一加载机构5-1、第二加载机构5-2结构相同，均包括伺服电机5-12、减速机5-13、直线加载机构、设置在伺服电机5-12上的旋转编码器5-11；所述伺服电机5-12、减速机5-13均固定在机架上；所述伺服电机5-12通过减速机5-13带动直线加载机构的蜗杆5-141、蜗轮5-142转动，蜗轮5-142内螺纹带动丝杆5-143直线移动，从而推动砝码4上下移动。
进一步的，所述控制器包括参数设定单元、位移量计算单元、位移差值计算单元；所述位移量计算单元用于根据旋转编码器5-11转动角度、减速机5-13的减速比以及丝杆5-143的螺距计算得到两个加载机构的升降位移；所述位移差值计算单元用于以第一加载机构5-1为主加载机构，第二加载机构5-2为副加载机构，计算副加载机构与主加载机构之间的位移偏差；所述参数设定单元用于设定两个加载机构升降位移的偏差允差值L；当副加载机构与主加载机构的位置偏差超过允差值L时，自动调整主副加载机构的速度，保证主副加载机构的同步运行。
进一步的，所述检测单元2为压力传感器；加载前，将被测对象1放置在检测单元2上，反向器加载到被测对象1上；此时检测单元2获得一个力值并保持不变；控制器6指令第一加载机构5-1、第二加载机构5-2以两个控制器的位移信号为准，实施同步位移控制使砝码快速移动；
当两个加载机构将砝码4移动到与反向器下部支撑座35接触时，检测单元2有力值增加信号输出，控制器6指令两个加载机构以检测单元2的信号为准，实施同步升降控制，直到检测单元2上的力值不再变化，表明砝码的重力完全加载到被检对象1上，控制器6控制第一加载机构5-1、第二加载机构5-2停止运动。
作为一种实施方式，所述控制器6为上位机，上位机通过信号线分别与检测单元2及砝码加载机构的伺服电机控制端相连接。
作为另外一种实施方式，所述控制器6为处理器；所述处理器还连接有触摸屏；所述触摸屏设有操作界面，可控制多个砝码的加载顺序：包括多个砝码的同步加载和从下向上或从上向下的逐个加载。
工作时，将被测对象1安装在检测单元2上，反向器能过适当的机构加载到被测对象1上，在目标砝码未加载到被测对象1时，控制器6指令砝码下端的第一加载机构5-1、第二加载机构5-2以两个加载机构的位移信号为准，实施同步位移控制使砝码快速移动，此时检测单元2力值不变。当两个加载机构将砝码4移动到与反向器下部支撑座35接触时，检测单元2有力值增加信号输出时，上位机6指令砝码下端的两个加载机构以检测单元2的信号为准，实施同步力值控制，直到砝码的重力完全加载到被检对象上，控制器6控制第一加载机构5-1、第二加载机构5-2停止运动。本发明的静重式力标准机可控制多个砝码的同步加载和逐个加载以实现对被测对象1(如标注力仪、测力传感器等)的校核测试。当反向器放置在被测对象1上时，进行校零，通过比较标注砝码的加载重量与被测对象1检测到的加载重量进行比较，即可获得被测对象1的检测精度。

Claims (6)

1.一种采用力值和位移联合控制的静重式力标准机，其特征在于，包括机架、检测单元(2)、反向器、沿竖直方向同轴布置的多个砝码(4)；
所述机架中间设有支撑平台(71)；所述支撑平台(71)上固定有多个支撑杆(72)；支撑杆(72)上设有安装平台(73)；所述反向器包括上端的加载板(31)、下端的连接板(32)、连接在加载板(31)和连接板(32)之间的多个导向杆(33)和固定在连接板(32)下端的测试杆(34)；所述导向杆(33)穿过安装平台(73)，用于对反向器的竖直运动进行导向；所述测试杆(34)穿过支撑平台(71)；所述测试杆(34)沿轴向上均匀设有多个支撑座(35)，分别用于支撑多个砝码(4)；多个砝码(4)均同轴套在测试杆(34)外部；每个砝码(4)左右两侧下端对称的分别设有第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)进行支撑；所述第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)均固定在机架上，用于驱动砝码(4)上下直线运动，将砝码(4)加载在支撑座(35)上；所述第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)均与控制器(6)相连；所述控制器获得第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)的位移信号并控制两个加载机构的同步运动；所述支撑平台(71)上设有检测单元，被测对象设置在检测单元与加载板(31)之间的空腔；所述检测单元(2)用于检测反向器上的砝码加载信号，当检测单元(2)检测到砝码(4)的重力完全加载到被检对象上时，控制器(6)控制第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)停止运动。
2.根据权利要求1所述的静重式力标准机，其特征在于，所述第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)结构相同，均包括伺服电机(5-12)、减速机(5-13)、直线加载机构、设置在伺服电机(5-12)上的旋转编码器(5-11)；所述伺服电机(5-12)、减速机(5-13)均固定在机架上；所述伺服电机(5-12)通过减速机(5-13)带动直线加载机构的蜗杆(5-141)、蜗轮(5-142)转动，蜗轮(5-142)内螺纹带动丝杆(5-143)直线移动，从而推动砝码(4)上下移动。
3.根据权利要求2所述的静重式力标准机，其特征在于，所述控制器包括参数设定单元、位移量计算单元、位移差值计算单元；所述位移量计算单元用于根据旋转编码器(5-11)转动角度、减速机(5-13)的减速比以及丝杆(5-143)的螺距计算得到两个加载机构的升降位移；所述位移差值计算单元用于以第一加载机构(5-1)为主加载机构，第二加载机构(5-2)为副加载机构，计算副加载机构与主加载机构之间的位移偏差；所述参数设定单元用于设定两个加载机构升降位移的偏差允差值L；当副加载机构与主加载机构的位置偏差超过允差值L时，自动调整主副加载机构的速度，保证主副加载机构的同步运行。
4.根据权利要求1所述的静重式力标准机，其特征在于，所述检测单元(2)为压力传感器；当被测对象放置在检测单元(2)上，反向器加载到被测对象上，此时检测单元(2)获得一个力值并保持不变，控制器(6)指令第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)以两个控制器的位移信号为准，实施同步位移控制使砝码快速移动；
当两个加载机构将砝码(4)移动到与反向器下部支撑座(35)接触时，检测单元(2)有力值增加信号输出，控制器(6)指令两个加载机构以检测单元(2)的信号为准，实施同步升降控制，直到检测单元(2)上的力值不再变化，表明砝码的重力完全加载到被检对象(1)上，控制器(6)控制第一加载机构(5-1)、第二加载机构(5-2)停止运动。
5.根据权利要求1所述的静重式力标准机，其特征在于，所述控制器(6)为上位机。
6.根据权利要求1所述的静重式力标准机，其特征在于，所述控制器(6)为带有触摸屏的处理器；所述触摸屏设有操作界面，可控制多个砝码的加载顺序：包括多个砝码的同步加载和逐个加载。
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