CN113834592B - 一种夹持装置及力检测装置的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹持装置及力检测装置的标定方法，以解决现有的夹子无法准确获得夹持力并进行调节的问题。本发明公开了一种夹持装置，包括：两个夹持臂组件，每个夹持臂组件设有铰接部和夹持部，两个所述夹持臂组件的铰接部通过第一铰接轴铰接在一起，调节组件，在两个所述夹持臂组件上具有两个作用位置，所述调节组件在两个作用位置可产生作用力，使两个所述夹持臂组件转动并将两个所述夹持臂组件的两个所述夹持部压紧在夹持对象的两侧；力检测装置，两个所述夹持臂组件二者或任意一者设有力检测装置。本发明通过力检测组件对两个夹持臂组件夹持力进行检测并直接显示读数，可以根据贴装时的实际所需力大小调节，方便调节并控制夹持力的大小。

Description

一种夹持装置及力检测装置的标定方法

技术领域

本发明涉及夹具领域，尤其涉及一种夹持装置及力检测装置的标定方法。

背景技术

对于一些贴装工艺而言，需要在高温环境对粘贴部件施加一定压力保证粘接剂的固化强度，恒定压力的保持需要一种力夹持装置实现。而现有的夹子、保持架等一般是通过弹簧直接加力，无法准确获得实际夹紧力，也无法对夹紧力进行调节，对于不规则的粘贴部件表面更难以保持夹紧力的均匀。

如专利号为CN205136247U的中国实用新型专利公开了一种常见的夹子形式，通过扭簧施加夹紧力，末端增加海绵层解决光滑表面夹持易脱落的缺陷；专利号为CN204585238U的中国实用新型专利公开了一种夹持装置，通过楔块滚子+弹簧结构产生强度足够的夹紧力，避免物体脱落；专利号为CN103926731A的中国发明专利公开了一种夹持装置及其夹持方法，通过控制驱动器直接拉动夹持件实现夹持，通过传感器感应夹持力的大小进行控制，从而防止液晶面板的破片或滑落。

上述专利的实施方案均无法准确获得夹持力大小，且夹紧力调节不够准确，只是使夹紧力最大化防止工件滑落。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种夹持装置，用以解决现有的夹子无法准确获得夹持力并进行调节的问题。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

本发明第一方面公开了一种夹持装置，包括：两个夹持臂组件，每个夹持臂组件设有铰接部和夹持部，两个所述夹持臂组件的铰接部通过第一铰接轴铰接在一起，调节组件，在两个所述夹持臂组件上具有两个作用位置，所述调节组件在两个作用位置能产生作用力，使两个所述夹持臂组件转动并将两个所述夹持臂组件的两个所述夹持部压紧在夹持对象的两侧；

所述调节组件包括：

连接件，所述连接件固定或转动设置在所述第一铰接轴上；

螺杆，所述螺杆固定在所述连接件上，且所述螺杆的轴线与所述第一铰接轴的轴线垂直并位于同一平面上，所述螺杆和所述夹持部位于所述第一铰接轴的两侧；

压块，所述压块套设在螺杆上，两个所述夹持臂组件上各自的夹持臂在所述第一铰接轴两侧具有第一斜面，两个所述第一斜面相对所述第一铰接轴对称设置，两个所述第一斜面分别与所述压块抵靠在一起；

螺母，所述螺母与所述螺杆螺接在一起，并将所述压块压在两个所述第一斜面上；

力检测装置，两个所述夹持臂组件二者或任意一者设有力检测装置，用于检测并显示所述夹持臂组件对夹持对象的夹持力。

进一步，每个夹持臂组件包括：夹持臂，所述夹持臂设有所述铰接部和夹持体铰接部；夹持体，所述夹持体作为所述夹持部并具有夹持面，所述夹持体通过第二铰接轴与所述夹持体铰接部铰接，且所述第一铰接轴和所述第二铰接轴相互平行。

进一步，所述夹持面固定设有弹性垫。

进一步，所述两个夹持臂均为弯臂结构，且两个夹持臂组件各自的所述第二铰接轴到所述第一铰接轴的距离相等。

进一步，所述压块在每个所述第一斜面相对一侧设有第二斜面，两个所述第二斜面相对所述第一铰接轴对称设置。

进一步，所述调节组件包括：

连接件，所述连接件固定或转动设置在所述第一铰接轴上；

螺杆，所述螺杆转动连接在所述连接件上，且所述螺杆的轴线与所述第一铰接轴的轴线垂直并位于同一平面上，所述螺杆和所述夹持部位于所述第一铰接轴的两侧；

螺母，所述螺母与所述螺杆螺接在一起；

两个连杆，两个连杆对称设置在所述第一铰接轴的两侧，其各自的一端分别与所述螺母铰接，其各自的另一端一一对应与所述夹持臂铰接。

进一步，两个夹持臂组件各自的所述第二铰接轴到所述第一铰接轴的距离相等，且两个连杆的长度相等。

进一步，所述力检测装置包括：

数显控制器，设置在所述夹持臂上，用于显示所述夹持力的大小；

由应变计组成的惠斯通电桥，所述应变计固定在所述夹持臂，所述惠斯通电桥的输出端与所述数显控制器的信号输入端电连接，所述惠斯通电桥的输出端与所述数显控制器的信号输入端电连接。

进一步，所述夹持臂上设有凹槽，所述应变计贴合地固定在所述夹持臂的凹槽底部。

本发明第二方面公开了第一方面所述力检测装置的标定方法，所述标定方法包括：

对具有力检测装置的单个夹持臂的铰接部固定，在所述夹持部施加与所述夹持部切线方向相同的力F，并改变力F的大小，得到F-u曲线，其中，u为惠斯通电桥的输出电压；F-u曲线关系式满足：F(u)＝k·u；

改变所述力F方向和大小，得出不同力F和不同方向下不同的θ-u曲线，其中，θ为力F与夹持部夹持方向的夹角，并根据不同的θ-u曲线得出角度系数c与力F之间的关系曲线，最终确定在不同力和不同方向下加载力f(u)与所述惠斯通电桥输出电压u之间的关系，f(u)与u满足：f(u)＝k cos(c(F)·u)·u，将f(u)与u之间的算法输入到所述数显控制器中，k为线性系数，c(F)为角度系数c与力F的关系函数。

进一步，所述力F与所述切线方向的夹角θ满足：-60°≤θ≤60°。

有益效果：本发明通过力检测组件对两个夹持臂组件的夹持力进行检测并直接显示读数，可以根据贴装时的实际所需力大小进行调节，调节组件用于将两个夹持臂组件夹持在贴装工件上，并调节夹持力大小在力检测组件上显示具体读数，方便调节并控制夹持力的大小。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例1中调节组件采用第一种结构与机械臂组件连接的示意图；

图2示出了本发明实施例1的中调节组件采用第二种结构与机械臂组件连接的示意图；

图3示出了本发明实施例1中一个机械臂的示意图；

图4示出了本发明实施例1中另一个机械臂的示意图；

图5示出了本发明实施例1中调节组件采用上述第一种结构，调节组件中连接件与螺杆连接的示意图；

图6示出了本发明实施例1中调节组件采用上述第一种结构，调节组件中压块的示意图；

图7示出了本发明实施例1中夹持体的示意图；

图8示出了本发明实施例1中调节组件采用第一种结构的受力分析图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

为进一步阐述本发明中的技术方案，现结合图1-图8，提供了如下具体实施例。

实施例1

在本实施例中提供了一种夹持装置，包括：两个夹持臂组件10，每个夹持臂组件设有铰接部a和夹持部b，两个所述夹持臂组件10的铰接部a通过第一铰接轴20铰接在一起，调节组件30，在两个所述夹持臂组件10上具有两个作用位置，所述调节组件30在两个作用位置可产生作用力，使两个所述夹持臂组件10转动并将两个所述夹持臂组件10的两个所述夹持部b压紧在夹持对象的两侧；力检测装置，两个所述夹持臂组件二者或任意一者设有力检测装置，用于检测并显示所述夹持臂组件10对所述夹持对象的夹持力。

具体的，每个夹持臂组件10包括：夹持臂11，所述夹持臂11设有所述铰接部a和所述夹持体铰接部c；夹持体12，所述夹持体12作为所述夹持部b并具有夹持面，所述夹持体12通过第二铰接轴50与所述夹持体12的铰接部a铰接，且所述第一铰接轴20和所述第二铰接轴50相互平行。

本实施例中在所述夹持体铰接部c可以替换成夹持部b，即夹持臂11上形成有夹持部b，所述夹持部b的形状可根据待夹持对象的形状进行合理变换设置。本实施例中在所述夹持部b优选用上述夹持体12，可适应待夹持对象表面的形状将物体固定住，同时保证夹持力的方向垂直于夹持对象表面。

为进一步增大夹持体12与被夹持对象之间的摩擦，所述夹持面固定设有弹性垫60，所述弹性垫材质可以为橡胶或硅胶等。

在本实施例的第一优选实施例中，如图1所示，所述调节组件30包括：连接件31，所述连接件31固定或转动设置在所述第一铰接轴20上；螺杆32，所述螺杆32固定在所述连接件上，且所述螺杆32的轴线与所述第一铰接轴20的轴线垂直并位于同一平面上，所述螺杆32和所述夹持部b位于所述第一铰接轴20的两侧；压块33，所述压块33套设在螺杆32上，两个所述夹持臂组件10上各自的夹持臂11在所述第一铰接轴20两侧具有第一斜面111，两个所述第一斜面111相对所述第一铰接轴20对称设置，两个所述第一斜面111分别与所述压块33抵靠在一起；螺母34，所述螺母与所述螺杆32螺接在一起，并将所述压块33压在两个所述第一斜面111上。所述螺杆32和所述夹持部b位于所述第一铰接轴20的两侧保证调整螺母34时，压块33两侧与第一斜面111接触形成的动力臂相等。可选的，如图1所示，所述夹持臂11具有夹持部弯折段11a、长臂段11b、肩部11c和短臂段11d，且四者从图中自下至上依次连接，在图1中所述夹持臂11的形状为倒钩形，有利于夹持较厚的物体，在顶部靠近所述第一铰接轴20的位置形成避让空间。所述短臂段为圆弧形，且连个夹持臂11的短臂段端部相对设置形成所述铰接部；所述肩部呈圆弧形与所述长臂段和所述短臂段形成台阶，且所述肩部相对所述长臂段和所述短臂段向外凸伸以便于力检测装置安装，两个所述短臂段形成倒“八”字形凹槽，所述压块33位于所述凹槽内并与短臂段的斜面111接触，当所述螺母34调节压块33的位置时，使两个夹持臂11受挤压，向图中所述第一铰接轴20的下方转动，进而使两个两个夹持臂11的短臂段靠近待夹持物体。一个所述夹持臂11与所述夹持部相对的一端形成两个凸起a1，两个凸起形成有豁口a2，另一个所述夹持臂上与所述夹持部相对的端部插接入所述豁口内，且所述第一铰接轴20垂直于与所述凹槽的侧壁穿过两个所述凸起和另一个所述夹持臂上与所述夹持部相对的端部，实现两个夹持臂11的转动，以使受力均匀，避免第一铰接轴20产生弯矩。所述连接件31包括横筋311和两个板312，两个板呈间隙设置并通过横筋固定连接，两个板具有大头端和小头端，其中靠近所述大头端一侧设有通孔，用于固定或转动安装在所述第一铰接轴20上，所述横筋与所述螺杆32固定连接且二者垂直设置，所述横筋与所述螺杆32可以为焊接，板大头端和小头端的设置，可以增加两个夹持臂11的张角范围。可选的，所述夹持体12与所述夹持面相对的一侧设有两个铰接座耳121，一个铰接座耳121上设有螺纹孔，另一个铰接座耳121上设有通孔，所述第二铰接轴50的端部设有外螺纹，所述短臂段的端部设有通孔，所述短臂段的端部插接在所述两个铰接座耳121之间，所述第二铰接轴50穿过铰接座耳121的通孔和螺纹孔以及所述短臂段的通孔并与所述螺纹孔螺接，实现夹持体12与所述夹持臂11的铰接，两个所述夹持面相对设置。本实施例第二铰接轴50也可以焊接在在铰接座耳121上进行固定，所述第二铰接轴50与所述铰接座耳121的连接形式不限于上述结构，也可以采用其它的方式固定，如铆接等，在此不一一例举。所述压块33上与所述螺母34相贴的一面设有凸台，用于螺母34将所述压块33压紧。

为便于调整两个夹持臂11的张角和夹持力大小，本实施例中所述螺母34可选为蝶形螺母。

为进一步保证两个夹持臂11的夹持力均匀且相等，两个夹持臂组件10各自的所述第二铰接轴50到所述第一铰接轴20的距离相等，使两个夹持臂11的阻力臂相等。

进一步，所述压块33在每个所述第一斜面111相对一侧设有第二斜面331，两个所述第二斜面331相对所述第一铰接轴20对称设置，通过设置所述第二斜面331，可以适应两个夹持臂11在夹持不同物体时的张开角度，增加夹持臂11的张角范围。本实施例中所述压块33可以为“十字”形，在压块33两个方向的凸伸侧均设有斜面331，且凸伸的长度不同，可以更进一步增加夹持臂11的使用范围。

在本实施例的第二优选实施例中，所述调节组件30包括：连接件31，所述连接件31固定或转动设置在所述第一铰接轴20上；螺杆32，所述螺杆32转动连接在所述连接件31上，且所述螺杆32的轴线与所述第一铰接轴20的轴线垂直并位于同一平面上，所述螺杆32和所述夹持部b位于所述第一铰接轴20的两侧；螺母34，所述螺母34与所述螺杆32螺接在一起；两个连杆35，两个连杆35对称设置在所述第一铰接轴20的两侧，其各自的一端分别与所述螺母34铰接，其各自的另一端一一对应与所述夹持臂11铰接。在该实施方式中，两个连杆35和两个夹持臂11形成四连杆机构，通过转动调节螺杆32使螺母34上下移动，进而改变两个夹持臂11的张角。为进一步保证两个夹持臂11的夹持力均匀且相等，两个夹持臂组件10各自的所述第二铰接轴50到所述第一铰接轴20的距离相等，且两个连杆35的长度相等。

为便于螺杆32调节，在所述螺杆32的端部固定安装后手柄或手轮。

所述力检测装置包括：数显控制器41，设置在所述夹持臂11上，用于显示所述夹持力的大小；由应变计42组成的惠斯通电桥，所述应变计42固定在所述夹持臂11，所述惠斯通电桥的输出端与所述数显控制器41的信号输入端电连接。可选的，所述数显控制器41设置在所述肩部11c上。所述应变计42在半有源惠斯通电桥中数量为2个，在全有源惠斯通电桥中数量为4个。

可选的，所述数显控制器41嵌入在所述肩部11c内。

为了更好的测量所述夹持臂11上的应变，所述夹持臂11上设有凹槽112，所述应变计42贴合地固定在所述夹持臂的凹槽112底部；具体的，所述凹槽112设置在所述长臂段，所述凹槽112可以为长槽，所述长槽的长度方向与所述长臂段长度方向相同，使矩形弹性梁的正应力转换为切应力，便于内置布置应变计。夹持臂11在受力时产生应力集中，在凹槽112内产生的应变更加明显，便于测量。

本实施例以调节组件30为第二实施方式中的结构进行受力分析，在使用时，由于螺纹副具有自锁作用，松开后就会锁死，对压块的压紧力就会大幅加大，其加大幅度满足：

ΔF＝ΔMπ/λ

△F为压紧力增量；△M为旋紧力大小；λ为螺纹螺距。

然后力通过压块传递到两个夹持臂组件上，根据杠杆原理，两个夹持臂组件以第一铰接轴20为支点发生旋转，但末端(夹持面)被贴片部件限制，因此夹持臂组件将不产生旋转位移形成受力平衡，贴片部件从而受到压紧力，且压紧力必为水平方向

如图所示，螺母旋拧时对压块和夹持臂组件的铰接点同时产生了等大反向的力F和力F’；对力F而言，在夹持臂组件上产生了F_N1和F_N2的分力；即上半部分的力已经实现力平衡：

但对于单个夹持臂而言，力F_N1相对于铰接点产生了一个力矩，由于整个系统静置受力平衡，则相对于铰接点必定存在另一个与其等大反向的力矩，由于仅余末端与工件接触，则末端具有产生平衡力的唯一可能，且该力方向一定为水平方向，否则会在轴向产生额外不平衡力。即对于单个夹持臂系统：

同理，另一夹持臂末端(夹持部)产生的水平力大小为N2；

因为调节组件中的连接件31同样可以绕铰接点转动，在压紧时具有自调整作用，同时结构对称，因此Fn1＝Fn2，N1＝N2。

夹持力的末端(夹持部)已经实现水平加载，但加载的力为点载荷，对于贴装部件而言一般是面载荷均匀分布，可保障加力的均匀性，因此力均化组件(5)的作用之一是使点载荷均化为面载荷，通过质硬平整的夹持体12实现，其均化后的压力为：

p＝N/A单位为Mpa

其中N为水平点载荷力，A为夹持体12上夹持面的面积。

由于粘贴部件的形状或大小未必是均匀恒定的，而夹持臂仅能绕第一铰接轴20旋转，末端(夹持部)轨迹是圆弧曲线，因此夹持体的另外一个作用是均化夹持臂的轨迹影响，通过夹持体12与夹持部铰接，使弹性垫60紧贴在贴装部件，从而实现法向压力的持续施加。所述弹性垫60起缓冲作用，避免对贴装部件产生损伤。

需要特别说明的是，本实施例中夹持臂11的长度可以不同，夹持对象时两侧的夹持力也不同，可以应用于特殊贴装要求的场合使用。

实施例2

本实施例提供了实施例1中所述力检测装置的标定方法，所述标定方法包括：

对具有力检测装置的单个夹持臂的铰接部固定，在所述夹持部施加与所述夹持部切线方向相同的力F，并改变力F的大小，得到F-u曲线，其中，u为惠斯通电桥的输出电压；F-u曲线关系式满足：F(u)＝k·u；

改变所述力F方向和大小，得出不同力F和不同方向下不同的θ-u曲线，其中，θ为力F与夹持部夹持方向的夹角，并根据不同的θ-u曲线得出角度系数c与力F之间的关系曲线，最终确定在不同力和不同方向下加载力f(u)与所述惠斯通电桥输出电压u之间的关系，f(u)与u满足：f(u)＝kcos(c(F)·u)·u，将f(u)与u之间的算法输入到所述数显控制器中，k为线性系数，c(F)为角度系数c与力F的关系函数。

本实施例中所述的夹持部切线方向指的是在实施例1中夹持臂绕所述第一铰接轴20转到夹持对象时，夹持部受力的切线方向。

进一步，所述力F与所述切线方向的夹角θ满足：-60°≤θ≤60°。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种夹持装置，其特征在于，包括：

两个夹持臂组件，每个夹持臂组件设有铰接部和夹持部，两个所述夹持臂组件的铰接部通过第一铰接轴铰接在一起，

力检测装置，两个所述夹持臂组件二者或任意一者设有力检测装置，用于检测并显示所述夹持臂组件对夹持对象的夹持力；

所述夹持臂的形状为倒钩形，所述夹持臂具有夹持部弯折段、长臂段、肩部和短臂段，且夹持部弯折段、长臂段、肩部和短臂段自下至上依次连接，两个所述短臂段形成倒八字形凹槽在顶部靠近所述第一铰接轴的位置形成避让空间；所述短臂段为圆弧形，且两个夹持臂的短臂段端部相对设置形成所述铰接部；所述肩部呈圆弧形与所述长臂段和所述短臂段形成台阶，且所述肩部相对所述长臂段和所述短臂段向外凸伸以便于力检测装置安装；

调节组件，在两个所述夹持臂组件上具有两个作用位置，所述调节组件在两个作用位置能产生作用力，使两个所述夹持臂组件转动并将两个所述夹持臂组件的两个所述夹持部压紧在夹持对象的两侧；所述调节组件包括：连接件，所述连接件固定或转动设置在所述第一铰接轴上；螺杆，所述螺杆转动连接在所述连接件上，且所述螺杆的轴线与所述第一铰接轴的轴线垂直并位于同一平面上，所述螺杆和所述夹持部位于所述第一铰接轴的两侧；螺母，所述螺母与所述螺杆螺接在一起；两个连杆，两个连杆对称设置在所述第一铰接轴的两侧，连杆各自的一端分别与所述螺母铰接，连杆各自的另一端一一对应与所述夹持臂的短臂段铰接；两个连杆和两个夹持臂形成四连杆机构，通过转动调节螺杆使螺母上下移动，进而改变两个夹持臂的张角。

2.如权利要求1所述的一种夹持装置，其特征在于，每个夹持臂组件包括：

夹持臂，所述夹持臂设有所述铰接部和夹持体铰接部；

夹持体，所述夹持体作为所述夹持部并具有夹持面，所述夹持体通过第二铰接轴与所述夹持体铰接部铰接，且所述第一铰接轴和所述第二铰接轴相互平行。

3.如权利要求2所述的一种夹持装置，其特征在于，所述夹持面固定设有弹性垫。

4.如权利要求2-3任一项所述的一种夹持装置，其特征在于，两个夹持臂组件各自的所述第二铰接轴到所述第一铰接轴的距离相等，且两个连杆的长度相等。

5.如权利要求4所述的一种夹持装置，其特征在于，所述力检测装置包括：

数显控制器，设置在所述夹持臂上，用于显示所述夹持力的大小；

由应变计组成的惠斯通电桥，所述应变计固定在所述夹持臂，所述惠斯通电桥的输出端与所述数显控制器的信号输入端电连接。

6.如权利要求5所述的一种夹持装置，其特征在于，所述夹持臂上设有凹槽，所述应变计贴合在所述夹持臂的凹槽底部。

7.一种权利要求5-6任一项所述的一种夹持装置中力检测装置的标定方法，其特征在于，包括：

对具有力检测装置的单个夹持臂的铰接部固定，在所述夹持部施加与所述夹持部切线方向相同的力F，并改变力F的大小，得到F-u曲线，其中，u为惠斯通电桥的输出电压；F-u曲线关系式满足： ；

改变所述力F方向和大小，得出不同力F和不同方向下不同的θ-u曲线，其中，θ为力F与夹持部夹持方向的夹角，并根据不同的θ-u曲线得出角度系数c与力F之间的关系曲线，最终确定在不同力和不同方向下加载力f（u）与所述惠斯通电桥输出电压u之间的关系，f（u）与u满足：，k为线性系数；

将f（u）与u之间的算法输入到所述数显控制器中。

8.如权利要求7所述的标定方法，其特征在于，所述力F与所述切线方向的夹角θ满足：-60°≤θ≤60°。

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