CN112326238A - 一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，属于大型机械测量仪器设备技术领域。本发明包括下底板、链轮链条系统、驱动电机、滚珠丝杠、立柱、移动平台、液压涨套、Y加载横梁、X+加载横梁、X‑加载横梁、Y加载缸、X‑加载缸、X+副Y‑加载缸、X+加载缸、X+副Y+加载缸、上顶板、Z加载缸、Z副Y加载缸、Z副X加载缸。在校准被测传感器时固定在移动平台上，移动平台移动上下移动调整传感器Z向位置。本发明能够克服多分量力校准装置加载系统缺点，对被测传感器连续加载校准，对被测传感器拉向校准，实现对被测传感器的所有分量进行单独及组合测试，对加载缸的数目需求更少，具有控制精度高、成本低、安装空间小等优点。

Description

一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构

技术领域

本发明涉及一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，属于大型机械测量仪器设备技术领域。

背景技术

多分量力传感器广泛的应用于航空航天、兵器工业、加工制造业等各领域。目前，多分量力传感器的校准方法主要包含以下两种：一、根据被测多分量力传感器的型号加工特定的加载工装，在传统单分量力校准装置上开展实验，以实现对该传感器各分量的分别校准；二、建立专门的多分量力组合校准装置，配合专用加载工装，实现对被测传感器的各分量分别校准实验及组合加载校准实验。由于多分量力传感器各分量输出之间存在耦合误差，在多分量力传感器的实际使用中需要同时感知各分量力大小并输出相应信号，采用第一种校准方法仅能实现单分量力加载并校准，因此采用该校准方法得到的多分量力传感器灵敏度与实际使用中的传感器灵敏度存在较大的误差。

为了得到多分量力传感器精确的灵敏度，提高多分量力传感器的校准精度，保证多分量力传感器量值准确，其中最有效的方法为采用第二种多分量力传感器校准方法，开发专用的多分量力组合校准装置。

加载机构是多分量力组合校准装置实现多分量力组合加载的核心，它通过同时对被测多分量力传感器施加不同方向的载荷实现对多分量力传感器的组合校准。

用于多分量力组合校准装置的加载机构，其传统结构为使用砝码或液压油缸对被测传感器组合施加正压力，实现多分量力的组合加载。这种结构存在只能施加压向载荷，加载不连续，小量程下加载力值控制精度低等问题。

为实现多分量力组合加载校准，目前已经提出了一些解决方案。中国发明专利(CN101776506A)，提出了提出了一种大型多维力标定加载台，该加载台采用液压油缸作为力发生装置，通过对力发生装置进行不同位置的安装实现多分量力传感器不同方向的加载。但是，该加载台只能实现部分方向力值的组合加载，不能实现六个力值及扭矩分量的组合加载，存在相应局限性。中国发明专利(CN103926038A)，提出了一种位姿可控的多维力传感器标定装置，该标定装置可实现对位姿的调整及动平台机构，配合钢丝、砝码实现对被测传感器的组合加载。但是，该加载装置使用砝码作为力值发生装置，仅能对被测传感器实现固定点位的加载，不能实现连续加载。同时，采用钢丝、砝码作为力发生装置会对该位姿可控的多维力传感器标定装置引入耦合误差，降低装置的加载精度。中国发明专利(CN103884470A)提出了一种液压式多分量力组合校准装置，该装置采用液压油缸作为动力源，可以实现对被测传感器多个分量的连续组合加载校准。但是，由于使用液压油缸作为动力源，该装置只能对被测传感器施加压向力，不能实现被测传感器拉向校准。液压油缸作为动力源存在加载小力值时力值控制精度低，波动大等问题。该设备为实现多分量力组合加载校准需要使用13条加载缸，成本及所需安装空间均较高。同时，该多分量力组合加载校准装置受结构设计局限性的影响，无法对被测传感器施加单纯扭矩分量，在施加扭矩分量的同时必将引入力值分量。无法对被测传感器的所有分量实现单独及组合考察。

发明内容

本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构的目的是：改进传统多分量力校准装置的加载机构部分，在克服传统多分量力校准装置加载系统缺点的同时，还具有力值控制精度高，能够实现对被测传感器连续加载校准，实现对被测传感器进行拉向校准，实现对被测传感器的所有分量进行单独及组合测试，对加载缸的数目需求更少，具有成本及所需安装空间均低于传统多分量力组合加载校准装置等优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，自下而上依次设置有下底板、立柱、移动平台动力系统、移动平台、X/Y向加载横梁系统、上顶板。

所述下底板为板状结构。下底板上布置有立柱，立柱穿过下底板并固定在下底板上。立柱的中段穿过X/Y向加载横梁系统，并与X/Y向加载横梁系统固定。立柱的顶端穿过上顶板，并与上顶板相固定。

作为优选，下底板上布置有四根立柱。

下底板上布置有移动平台动力系统，其中包括驱动电机、链轮链条系统、滚珠丝杠。滚珠丝杠的下端固定在下底板上。上端固定在X/Y向加载横梁系统上，驱动电机、链轮链条系统布置在下底板上，随着驱动电机、链轮链条系统的动作，滚珠丝杠发生旋转动作。

所述移动平台为板状结构，作用为安装并固定被测传感器，用于上下移动调整被测传感器在Z向的位置，布置在下底板与X/Y向加载横梁系统中间。移动平台穿过滚珠丝杠，随滚珠丝杠的旋转在下底板与X/Y向加载横梁系统之间沿Z向发生移动。移动平台穿过立柱，移动平台移动时，立柱承担导向作用。移动平台与立柱之间设置有液压涨套，实现在加载过程中对移动平台的支撑与固定。

所述X/Y向加载横梁系统由三个独立的加载横梁组合而成，为加载缸提供定位和支撑，实现对被测传感器的加载。分别为X+加载横梁，X-加载横梁，以及Y加载横梁组成。三个独立的加载横梁相互组合，并固定在立柱上，位于移动平台和上顶板之间。

X+加载横梁为横梁结构，在X+加载横梁上设置有三个孔位，安装有三个电动加载缸，分别为X+加载缸，X+副Y+加载缸，X+副Y-加载缸。X+加载缸作用为向被测传感器提供X+向载荷，固定在X+加载横梁的中间孔位。X+副Y+加载缸通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁的右侧孔位。X+副Y-加载缸通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁的左侧孔位。

X-加载横梁为横梁结构，在X-加载横梁上设置导向槽，安装有一个电动加载缸，X-加载缸，所述X-加载缸能够在X-加载横梁上沿导向槽移动，实现X-向力值加载，通过偏心加载实现Mz的单独及组合的灵活加载。

Y加载横梁为横梁结构，在Y加载横梁的中心设置孔位，Y加载缸固定在孔位内，实现Y向力值的加载。

所述上顶板为板状结构，作用为提高整机刚度并开有孔位对Z向加载系统提供定位与支撑，立柱穿过上顶板与上顶板相固定。上顶板安装有Z加载缸，作用为向被测传感器提供Z向载荷。上顶板安装有Z副X加载缸，作用为通过偏心加载向被测传感器提供My向载荷。上顶板安装有Z副Y加载缸，作用为通过偏心加载向被测传感器提供Mx向载荷。

本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构的工作方法为：在工作时，首先将被测传感器固定在移动平台上，移动平台上下移动调整被测传感器Z向位置。根据被测传感器检定需要，改变不同的加载工装，对被测传感器连续施加拉向或压向力值。各加载缸单独或组合施加载荷，实现对被测传感器全部六个分量的单独或组合加载校准。

作为优选，每一个加载缸上都布置有参考传感器，以实现对施加载荷的控制。

作为优选，在空间中布置8条加载缸，实现对被测传感器全部六个方向的单独或组合加载校准，可以对被测仪器全部各分量的性能开展评价；

作为优选，选用电动缸作为力发生装置，通过拉向加载工装可以对被测传感器施加拉向载荷，能够更全面的评价被测传感器测量精度。

作为优选，通过移动移动平台实现对被测传感器的Z向定位，配合液压涨套，保证装置整机架构刚度，降低装置各加载缸间的耦合误差。

作为优选，通过电动缸加载，提高中小力值下的加载力值控制精度。

作为优选，各加载缸均能够实现单独控制并实现拉压双向加载，同时X-加载缸可沿Y轴方向移动，实现对于Mz的灵活加载，因此仅需要8组加载缸即可实现对于被测传感器全部各分量的单独及组合加载实验，降低成本，节约安装空间。

有益效果：

1.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，在校准被测传感器时首先固定在移动平台上，移动平台移动上下移动调整传感器Z向位置；根据被测传感器检定需求，改变不同的加载工装，对被测传感器施加拉向或压向力值；能够实现对被测传感器全部六个方向的单独或组合加载校准，对被测仪器全部各分量的性能开展评价。

2.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，各加载缸通过组合施加载荷，对被测传感器连续施加拉向或压向力载荷，实现对被测传感器的组合加载校准，更全面的评价被测传感器测量精度。

3.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，通过移动移动平台实现对传感器的Z向定位，配合液压涨套，保证装置整机架构刚度，降低装置各加载缸间的耦合误差。

4.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，通过电动缸加载，能够提高中小力值下的加载力值控制精度。

5.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，每一个加载缸上都布置有参考传感器，以实现对施加载荷的控制。

6.本发明公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，各加载缸均能够实现单独控制并实现拉压双向加载，同时X-加载缸可沿Y轴方向移动，实现对于Mz的灵活加载，因此仅需要8组加载缸即能够实现对于被测传感器全部各分量的单独及组合加载实验，降低成本，节约安装空间。

附图说明

图1a为一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构主视图。

图1b为一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构左视图。

图1c为一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构俯视图。

其中1-下底板、2-链轮链条系统、3-驱动电机、4-滚珠丝杠、5-立柱、6-移动平台、7-液压涨套、8-Y加载横梁、9-X+加载横梁、10-X-加载横梁、11-Y加载缸、12-X-加载缸、13-X+副Y-加载缸、14-X+加载缸、15-X+副Y+加载缸、16-上顶板、17-Z加载缸、18-Z副Y加载缸、19-Z副X加载缸。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

如图1a、1b、1c所示，本实施例公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，包括下底板1、链轮链条系统2、驱动电机3、滚珠丝杠4、立柱5、移动平台6、液压涨套7、Y加载横梁8、X+加载横梁9、X-加载横梁10、Y加载缸11、X-加载缸12、X+副Y-加载缸13、X+加载缸14、X+副Y+加载缸15、上顶板16、Z加载缸17、Z副Y加载缸18、Z副X加载缸19。

所述下底板1为板状结构。下底板1上布置有四根立柱4，立柱4穿过下底板1并固定在下底板1上。立柱4的中段穿过X/Y向加载横梁系统，并与X/Y向加载横梁系统固定。立柱的顶端穿过上顶板16，并与上顶板相固定。

下底板上布置有移动平台动力系统，其中包括驱动电机3、链轮链条系统2、滚珠丝杠4。滚珠丝杠4的下端固定在下底板1上。上端固定在X/Y向加载横梁系统上，驱动电机3、链轮链条系统2布置在下底板1上，随着驱动电机3、链轮链条系统2的动作，滚珠丝杠4发生旋转动作。

所述移动平台6为板状结构，作用为安装并固定被测传感器，可以上下移动调整被测传感器在Z向的位置，布置在下底板1与X/Y向加载横梁系统中间。移动平台6穿过滚珠丝杠4，随滚珠丝杠4的旋转可在下底板1与X/Y向加载横梁系统之间沿Z向发生移动。移动平台6穿过立柱4，移动平台6移动时，立柱4承担导向作用。移动平台6与立柱4之间设置有液压涨套7，在加载过程中锁紧。

所述X/Y向加载横梁系统由三个独立的加载横梁组合而成，为加载缸提供定位和支撑实现对被测传感器的加载。分别为X+加载横梁9，X-加载横梁10，以及Y加载横梁8组成。三个独立的加载横梁相互组合，固定在立柱上，位于移动平台及上顶板之间。

X+加载横梁9为横梁结构，在X+加载横梁9上设置有三个孔位，安装有三个电动加载缸，分别为X+加载缸14，X+副Y+加载缸15，X+副Y-加载缸13。X+加载缸14作用为向被测传感器提供X+向载荷，固定在X+加载横梁9的中间孔位。X+副Y+加载缸15通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁9的右侧孔位。X+副Y-加载缸13通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁9的左侧孔位。

X-加载横梁10为横梁结构，在X-加载横梁10上设置导向槽，安装有一个电动加载缸，X-加载缸12，该加载缸可以在X-加载横梁10上沿导向槽移动，实现X-向力值加载以及通过偏心加载实现Mz的灵活加载。

Y加载横梁8为横梁结构，在Y加载横梁的中心设置孔位，Y加载缸11固定在孔位内，实现Y向力值的加载。

所述上顶板16为板状结构，作用为提高整机刚度并开有孔位对Z向加载系统提供定位与支撑，立柱4穿过上顶板16与上顶板16相固定。上顶板安装有Z加载缸17，作用为向被测传感器提供Z向载荷。上顶板安装有Z副X加载缸19，作用为通过偏心加载向被测传感器提供My向载荷。上顶板安装有Z副Y加载缸18，作用为通过偏心加载向被测传感器提供Mx向载荷。

每一个加载缸上都布置有参考传感器，以实现对施加载荷的精确控制。

本实施例公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，在校准被测传感器时首先固定在移动平台6上，移动平台6上下移动调整传感器Z向位置后通过液压涨套7与立柱4锁紧。根据被测传感器检定需要，可以改变不同的加载工装，对被测传感器施加拉向或压向力值。各加载缸可以组合施加载荷，实现对被测传感器的全部各分量组合加载校准。

如图1a、1b、1c所示，本实例公开的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构。在工作中，将被测传感器放置在移动平台6上，下底板1上的驱动电机3通过链条链轮系统2带动滚珠丝杠4旋转，从而驱动移动平台6实现以立柱5作为导轨上下移动，实现被测传感器Z向定位。定位后，液压涨套7锁紧移动平台6以及立柱5，增加整机结构刚度，降低在组合加载过程中的校准装置耦合误差影响。在校准过程中，根据实际加载需求，选择不同的加载工装及加载缸组合，实现对被测传感器的不同加载方向、拉压向组合加载校准。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：包括下底板(1)、链轮链条系统(2)、驱动电机(3)、滚珠丝杠(4)、立柱(5)、移动平台(6)、液压涨套(7)、Y加载横梁(8)、X+加载横梁(9)、X-加载横梁(10)、Y加载缸(11)、X-加载缸(12)、X+副Y-加载缸(13)、X+加载缸(14)、X+副Y+加载缸(15)、上顶板(16)、Z加载缸(17)、Z副Y加载缸(18)、Z副X加载缸(19)组成；

所述下底板(1)为板状结构；下底板(1)上布置有立柱(4)，立柱(4)穿过下底板(1)并固定在下底板(1)上；立柱(4)的中段穿过X/Y向加载横梁系统，并与X/Y向加载横梁系统固定；立柱的顶端穿过上顶板(16)，并与上顶板相固定；

下底板(1)上布置有移动平台动力系统，其中包括驱动电机(3)、链轮链条系统(2)、滚珠丝杠(4)；滚珠丝杠(4)的下端固定在下底板(1)上；上端固定在X/Y向加载横梁系统上，驱动电机(3)、链轮链条系统(2)布置在下底板(1)上，随着驱动电机(3)、链轮链条系统(2)的动作，滚珠丝杠(4)发生旋转动作；

所述移动平台(6)为板状结构，作用为安装并固定被测传感器，能够上下移动调整被测传感器在Z向的位置，布置在下底板(1)与X/Y向加载横梁系统中间；移动平台(6)穿过滚珠丝杠(4)，随滚珠丝杠(4)的旋转可在下底板(1)与X/Y向加载横梁系统之间沿Z向发生移动；移动平台(6)穿过立柱(4)，移动平台(6)移动时，立柱(4)承担导向作用；移动平台(6)与立柱(4)之间设置有液压涨套(7)，在加载过程中锁紧；

所述X/Y向加载横梁系统由三个独立的加载横梁组合而成，为加载缸提供定位和支撑，实现对被测传感器的加载；分别为X+加载横梁(9)，X-加载横梁(10)，以及Y加载横梁(8)组成；三个独立的加载横梁相互组合，固定在立柱上，位于移动平台和上顶板之间；

X+加载横梁(9)为横梁结构，在X+加载横梁(9)上设置有三个孔位，安装有三个电动加载缸，分别为X+加载缸(14)，X+副Y+加载缸(15)，X+副Y-加载缸(13)；X+加载缸(14)作用为向被测传感器提供X+向载荷，固定在X+加载横梁(9)的中间孔位；X+副Y+加载缸(15)通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁(9)的右侧孔位；X+副Y-加载缸(13)通过偏心加载向被测传感器提供Mz向载荷，固定在X+加载横梁(9)的左侧孔位；

X-加载横梁(10)为横梁结构，在X-加载横梁(10)上设置导向槽，安装有一个电动加载缸，X-加载缸(12)，该加载缸可以在X-加载横梁(10)上沿导向槽移动，实现X-向力值加载以及通过偏心加载实现Mz的灵活加载；

Y加载横梁(8)为横梁结构，在Y加载横梁的中心设置孔位，Y加载缸(11)固定在孔位内，实现Y向力值的加载；

所述上顶板(16)为板状结构，作用为提高整机刚度并开有孔位对Z向加载系统提供定位与支撑，立柱(4)穿过上顶板(16)与上顶板(16)相固定；上顶板安装有Z加载缸(17)，作用为向被测传感器提供Z向载荷；上顶板安装有Z副X加载缸(19)，作用为通过偏心加载向被测传感器提供My向载荷；上顶板安装有Z副Y加载缸(18)，作用为通过偏心加载向被测传感器提供Mx向载荷。

2.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：每一个加载缸上都布置有参考传感器，以实现对施加载荷的精准控制。

3.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：在校准被测传感器时首先固定在移动平台(6)上，移动平台(6)上下移动调整传感器Z向位置后通过液压涨套(7)与立柱(4)锁紧；根据被测传感器检定需要，改变不同的加载工装，对被测传感器施加拉向或压向力值；各加载缸可以单独或组合施加载荷，实现对被测传感器全部分量的单独或组合加载校准。

4.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：在空间中布置8条加载缸，实现对被测传感器全部六个方向的单独或组合加载校准，对被测仪器全部各分量的性能开展评价。

5.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：选用电动缸作为力发生装置，通过拉向加载工装可以对被测传感器施加拉向载荷，能够更全面的评价被测传感器测量精度。

6.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：通过移动移动平台(6)实现对被测传感器的Z向定位，配合液压涨套(7)，保证装置整机架构刚度，降低装置各加载缸间的耦合误差。

7.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：通过电动缸加载，提高中小力值下的加载力值控制精度。

8.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：各加载缸均能够实现单独控制并实现拉压双向加载，同时X-加载缸可沿Y轴方向移动，实现对于Mz的灵活加载，因此仅需要8组加载缸即可实现对于被测传感器全部各分量的单独及组合加载实验，降低成本，节约安装空间。

9.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：在工作中，将被测传感器放置在移动平台(6)上，下底板(1)上的驱动电机(3)通过链条链轮系统(2)带动滚珠丝杠(4)旋转，从而驱动移动平台(6)实现以立柱(5)作为导轨上下移动，实现被测传感器Z向定位；定位后，液压涨套(7)锁紧移动平台(6)以及立柱(5)，增加整机结构刚度，降低在组合加载过程中的校准装置耦合误差影响；在校准过程中，根据实际加载需求，选择不同的加载工装及加载缸组合，实现对被测传感器的不同加载方向、拉压向组合加载校准。

10.如权利要求1所述的一种基于电动缸的多分量力组合校准装置加载机构，其特征在于：下底板(1)上布置有四根立柱(4)。

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