CN114136563A - 指压刚度自动测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指压刚度自动测试装置,包括机械臂,所述机械臂连接有测量头,所述测量头上分别安装有施力机构、位移测量机构、测距仪和摄像装置,还包括机械臂控制器和处理器,所述机械臂控制器用于接收处理器的指令,控制机械臂带动测量头平移和旋转;本发明还公开了一种基于指压刚度自动测试装置的测试方法,包括获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系,通过获取各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标得到在机械臂坐标系下的三维坐标以及法线坐标,控制机械臂沿法线方向对待测点施力,根据施力大小和变形量得到待测点的指压刚度。本发明可以提高测试精确度和测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及车辆测试技术领域,具体地指一种指压刚度自动测试装置及测试方法。
背景技术
目前国内外在指压刚度的试验中,都是采用丝杆通过人工手动加载,或者通过伺服电机进行自动加载。这两种方式存在一定的局限性。首先,丝杠加载方式的加载速度不恒定,导致样件的变形不均匀且不线性,不能正确的反应样件的形变;且人工加载方式在找垂直方向的时候完全是凭人眼观测,这个对受力的方向会有一定的偏差,也会影响试验结果的准确性。其次,用伺服电机进行自动加载的方式,加载装置的体积比较大,不便于调整垂直方向,会导致试验的效率降低;再次,不论是采用丝杠加载还是伺服电机加载的方式,都只能一个点一个点的进行加载,这些局限导致试验的可重复性和测量精度大大降低,而且操作不便、效率不高,一致性不好。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足,提供一种指压刚度自动测试装置及测试方法,可以提高测试精确度和测试效率。
为实现上述目的,本发明提供一种指压刚度自动测试装置,包括机械臂,所述机械臂连接有测量头,所述测量头上分别安装有施力机构、位移测量机构、测距仪和摄像装置,还包括机械臂控制器和处理器,所述机械臂控制器用于接收处理器的指令,控制机械臂带动测量头平移和旋转,所述处理器用于获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系,通过获取各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标得到在机械臂坐标系下的三维坐标以及法线坐标,控制机械臂沿法线方向对待测点施力,根据施力大小和变形量得到待测点的指压刚度。
进一步地,所述测量头包括第一测量平面,所述第一测量面上安装有三个测距仪和摄像装置,三个所述测距仪呈等边三角形布置。
进一步地,所述测量头还包括第二测量平面,所述第二测量平面上安装有施力机构,所述施力机构上固定有力传感器,所述位移测量机构包括固定在施力机构上的刚性连接片,所述刚性连接片还连接有位移传感器,所述位移传感器滑动连接在测量头上。
本发明还提供一种基于上述所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,包括:在测试件的待测区域平面上标记多个待测点,首先获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,得到待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标;以机械臂坐标系的原点为原点,以待测区域平面为XOY平面建立待测件坐标系,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系;然后使摄像装置平行于待测区域平面移动分别识别各个待测点,并得到各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标;根据各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标以及坐标转换关系得到各个待测点在机械臂坐标系下的三维坐标,根据各个待测点在机械臂坐标系下的三维坐标获取各个待测点的法线方向,根据各个待测点的三维坐标和法线方向控制施力机构沿法线方向对待测点施力,获取各个待测点的变形量,得到各个待测点的指压刚度。
进一步地,获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标的方法包括,控制施力机构分别接触待测区域平面任意三个不在同一直线上的三个点,获取所述三个点在机械臂坐标系下的三维坐标,根据所述三个点的三维坐标得到待测区域平面的坐标。
进一步地,各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标的获取方法包括,将摄像装置的自动对焦识别功能设置为颜色差异识别,使摄像装置的摄像平面与待测区域平面平行并自动识别待测点,得到各个待测点在待测件坐标系XOY平面上的坐标。
进一步地,控制摄像平面与待测区域平面的距离位于焦距范围内。
进一步地,控制摄像装置识别待测点之前,将待测区域标记为矩形,控制施力机构沿待测区域边界线的外侧行走一圈,得到矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值,当摄像装置识别待测点时,控制摄像装置的X轴和Y轴坐标不超过矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值。
进一步地,待测点的法线方向的确定方法包括,调节第一测量平面的位置和角度,直到三个测距仪到同一待测点的距离相等,获取此时第一测量平面在机械臂坐标系统下的坐标,根据法线与第一测量平面的垂直关系得到待测点的法线方向。
进一步地,待测点的变形量的获取方法包括,当力传感器的读数大于0时获取位移传感器的起始读数,当施加到规定大小的力时再次获取位移传感器的终止读数,根据位移传感器的终止读数和起始读数之差得到各个待测点的变形量。
本发明的有益效果:本发明将待测区域先近似为平面,通过获取待测区域平面坐标来建立待测件坐标系,这样便于摄像装置平行于待测区域平面来识别待测点并获取待测点在待测件坐标系下的XOY平面坐标,再通过坐标转换即可得到待测点的三维坐标,通过三个测距仪距待测点距离相等时第一测量平面与法线垂直的关系得到待测点法线,这样装置可以自动根据待测点三维坐标和法线方向进行施力过程和变形量测量过程,从而精确快速地得到每个测量点的指压刚度,提高了测试效率。
附图说明
图1为本发明测试装置的主视图。
图2为本发明测试装置的侧视图。
图3为本发明测试装置的通讯系统结构示意图。
图中各部件标号如下:处理器100、机械臂控制器200、机械臂300、测量头400、第一测量面410、测距仪411、摄像装置412、定位导杆413、第二测量平面420、施力机构421、力传感器422、刚性连接片423、位移传感器424、滑轨425。
具体实施方式
下面具体实施方式用于对本发明的权利要求技术方案作进一步的详细说明,便于本领域的技术人员更清楚地了解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下面具体的实施例。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1~3所示一种指压刚度自动测试装置,包括机械臂300,机机械臂300的端部通过万向转向节连接有测量头400,机械臂300可以在任意方向上进行平移和旋转,测量头400包括互相垂直设置的第一测量平面410和第二测量平面420,第一测量面410上安装有三个测距仪411和摄像装置412,三个测距仪411呈等边三角形布置,等边三角形的中心可拆卸地连接有定位导杆413,定位导杆与第一测量平面垂直,用于在安装三个测距仪时起定位作用,保证三个测距仪对称均匀布置,摄像装置412的摄像平面、三个测距仪所在平面均与第一测量平面重合。
第二测量平面420上安装有施力机构421和位移测量机构,施力机构421包括施力液压缸和指压头,指压头上固定有力传感器422,位移测量机构包括固定在指压头上的刚性连接片423,刚性连接片423还连接有位移传感器424,位移传感器424与固定在测量头400上的滑轨425滑动配合,位移传感器424的移动方向与指压头的移动方向平行。由于直接测量待测点的变形量比较困难,而指压头处位置狭小无法安装位移传感器,因此通过刚性连接片将待测点的变形量转化为位移传感器的位移量。
本发明测量装置还包括机械臂控制器200和处理器100,机械臂控制器200用于接收处理器100的控制指令,控制机械臂300带动测量头400进行平移和旋转,处理器100用于获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系,通过获取各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标得到在机械臂坐标系下的三维坐标以及法线坐标,控制机械臂300沿法线方向对待测点施力,根据施力大小和变形量得到待测点的指压刚度。
本发明中,施力机构的指压头、摄像装置、测距仪以及第一测量平面在机械臂坐标系下的坐标是由处理器根据测试装置的结构特征、位移量和姿态自动获取的,因此可以认为是已知量。
上述指压刚度自动测试装置的测试方法如下:
1、在测试件的用颜料线标记矩形的待测区域,在矩形的待测区域平面上用颜料笔标记多个待测点,控制施力机构421分别接触待测区域平面任意三个不在同一直线上的三个点,通过获取施力机构的指压头的三维坐标来获取三个点在机械臂坐标系下的三维坐标,根据三个点的三维坐标得到待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标。
2、开启测试装置的示教模式,即控制施力机构421沿待测区域边界线的外侧行走一圈,确保待测区域边界线完全落入施力机构行走的范围,得到矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值。
3、以机械臂坐标系的原点为原点,以待测区域平面为XOY平面,并在XOY平面上设定正交分布的X轴和Y轴,建立待测件坐标系,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系。
4、将摄像装置412的自动对焦识别功能设置为颜色差异识别,使摄像装置412的摄像平面平行于待测区域平面移动,移动过程中控制摄像装置在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标不超过矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值,且摄像平面与待测区域平面的距离位于焦距范围内。由于待测点的标记颜色显性突出于待测件的背景色,因此摄像装置在平移过程中分别识别到各个待测点,并得到各个待测点在待测件坐标系下的XOY平面坐标,由于各个待测点均位于XOY平面上,因此它们的Z轴坐标为0,因此可以确定各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标,根据各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标以及坐标转换关系得到各个待测点在机械臂坐标系下的三维坐标。
5、调节第一测量平面410的位置和角度,直到三个测距仪411到同一待测点的距离相等,获取此时第一测量平面410在机械臂坐标系统下的坐标,根据法线与第一测量平面410的垂直关系得到待测点的法线方向。
6、根据各个待测点的三维坐标和法线方向控制施力机构421沿法线方向对待测点施加规定大小的力,当力传感器的读数大于0时获取位移传感器的起始读数,当施加到规定大小的力时再次获取位移传感器的终止读数,根据位移传感器的终止读数和起始读数之差得到各个待测点的变形量,根据施力的大小除以变形量得到各个待测点的指压刚度。
Claims (10)
1.一种指压刚度自动测试装置,其特征在于:包括机械臂(300),所述机械臂连接有测量头(400),所述测量头(400)上分别安装有施力机构(421)、位移测量机构、测距仪(411)和摄像装置(412),还包括机械臂控制器(200)和处理器(100),所述处理器分别与施力机构(421)、位移测量机构、测距仪(411)、摄像装置(412)和机械臂控制器(200)通讯连接,所述机械臂控制器(200)用于接收处理器(100)的指令,控制机械臂(300)带动测量头(400)平移和旋转,所述处理器(100)用于获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,建立待测件坐标系,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系,通过获取各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标得到在机械臂坐标系下的三维坐标以及法线坐标,控制机械臂(300)沿法线方向对待测点施力,根据施力大小和变形量得到待测点的指压刚度。
2.根据权利要求1所述的指压刚度自动测试装置,其特征在于:所述测量头(400)包括第一测量平面(410),所述第一测量面(410)上安装有三个测距仪(411)和摄像装置(412),三个所述测距仪(411)呈等边三角形布置。
3.根据权利要求2所述的指压刚度自动测试装置,其特征在于:所述测量头(400)还包括第二测量平面(420),所述第二测量平面(420)上安装有施力机构(421),所述施力机构(421)上固定有力传感器(422),所述位移测量机构包括固定在施力机构上的刚性连接片(423),所述刚性连接片(423)还连接有位移传感器(424),所述位移传感器(424)滑动连接在测量头(400)上。
4.一种基于权利要求2~3所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:在测试件的待测区域平面上标记多个待测点,首先获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标,得到待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标;以机械臂坐标系的原点为原点,以待测区域平面为XOY平面建立待测件坐标系,得到机械臂坐标系与待测件坐标系的坐标转换关系;然后使摄像装置(412)平行于待测区域平面移动分别识别各个待测点,并得到各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标;根据各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标以及坐标转换关系得到各个待测点在机械臂坐标系下的三维坐标,根据各个待测点在机械臂坐标系下的三维坐标获取各个待测点的法线方向,根据各个待测点的三维坐标和法线方向控制施力机构(421)沿法线方向对待测点施力,获取各个待测点的变形量,得到各个待测点的指压刚度。
5.根据权利要求4所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:获取待测区域平面在机械臂坐标系下的坐标的方法包括,控制施力机构(421)分别接触待测区域平面任意三个不在同一直线上的三个点,获取所述三个点在机械臂坐标系下的三维坐标,根据所述三个点的三维坐标得到待测区域平面的坐标。
6.根据权利要求4所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:各个待测点在待测件坐标系下的三维坐标的获取方法包括,将摄像装置(412)的自动对焦识别功能设置为颜色差异识别,使摄像装置(412)的摄像平面与待测区域平面平行并自动识别待测点,得到各个待测点在待测件坐标系XOY平面上的坐标。
7.根据权利要求6所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:控制摄像平面与待测区域平面的距离位于焦距范围内。
8.根据权利要求4所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:控制摄像装置(412)识别待测点之前,将待测区域标记为矩形,控制施力机构(421)沿待测区域边界线的外侧行走一圈,得到矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值,当摄像装置(412)识别待测点时,控制摄像装置的X轴和Y轴坐标不超过矩形待测区域在机械臂坐标系下的X轴和Y轴坐标的极值。
9.根据权利要求4所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:待测点的法线方向的确定方法包括,调节第一测量平面(410)的位置和角度,直到三个测距仪(411)到同一待测点的距离相等,获取此时第一测量平面(410)在机械臂坐标系统下的坐标,根据法线与第一测量平面(410)的垂直关系得到待测点的法线方向。
10.根据权利要求4所述的指压刚度自动测试装置的测试方法,其特征在于:待测点的变形量的获取方法包括,当力传感器(422)的读数大于0时获取位移传感器(424)的起始读数,当施加到规定大小的力时再次获取位移传感器(424)的终止读数,根据位移传感器(424)的终止读数和起始读数之差得到各个待测点的变形量。
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