CN105181241A - 一种可调工作台式力加载装置及其标定方法 - Google Patents

一种可调工作台式力加载装置及其标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调工作台式力加载装置及其标定方法，包括支撑台，阶梯工作台架，螺旋杆，支撑立柱，可调动工作台机构，水平加载机构，铅垂加载机构，同步带，铅垂滑动架，蜗轮蜗杆机构，摇杆，升降螺母，刻度尺，由于采用的是可调动工作台机构，使得加载工作板能实现垂直方向和水平方向的移动，为标定复杂外形或不同尺寸的被标定件提供了方便，由于铅垂加载机构只能垂直方向移动，水平加载机构固定不动，减少了因移动方向过多造成加载机构的复杂性，提高了加载大量程载荷时加载机构的强度；采用L型标定板在加载工作板的不同固定方式，使得加载工作板的面积利用率得到极大提高，实现独立加载和复合加载。

Description

一种可调工作台式力加载装置及其标定方法
技术领域
本发明属于机械测量仪器设备技术领域，特别涉及一种可调工作台式力加载装置及其标定方法。
背景技术
传感器特性决定其在工作过程中测量的准确性，通过对传感器主要指标进行校准以调节其达到最佳性能，对于传感器研究有着重要意义。在工业领域中对于传感器检测力值的要求越来越多，如在机械人中作为重要的感知部件，需能同时检测三维空间全力信息，传统的力加载装置所得标定数据已无法满足应用要求，因而如何设计高精度的标定装置，实现多维力传感器的标定就成为关键问题。
中国专利公开号CN101109670A公开了一种三向力传感器标定装置，虽然实现对三向力传感器进行检定与校准，但是仍存在局限性，X向、Y向和Z向加载机构上标定力传感器作用点固定正交与一点，但是在实际使用中要求加载机构能实现多方向的移动来满足测量的要求，同时单一的布局方式也限制了被标定传感器的尺寸，对不同尺寸的传感器进行标定时就需要在此装置的基础上移动或是增加复杂的附加装置来实现。
中国专利公开号CN101750186A公开了一种可调式测力仪标定加载装置，能够解决部分专利公开号CN101109670A中所出现的问题，X向、Y向和Z向加载机构均可实现多方向移动，但是由于加载机构内部调节移动部件设计的局限性，当X向、Y向和Z向加载力过大时，有可能造成其内部支撑部件发生变形；该装置零件过多，在测量大量程载荷时，要求的各零件连接处的强度很大，加工成本也较高；标定工作台的面积过大，实际利用率较小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可调工作台式力加载装置及其标定方法，技术性能好，结构简单，易于安装和维修，测量范围广，方法简单快捷。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可调工作台式力加载装置，包括支撑台(1)，阶梯工作台架(2)，螺旋杆(3、3’)，支撑立柱(4、4’)，可调动工作台机构(5)，水平加载机构(6)，铅垂加载机构(7)，同步带(8)，铅垂滑动架(9)，蜗轮蜗杆机构(10)，摇杆(11)，升降螺母(12、12’)，刻度尺(13)。其中：阶梯工作台架(2)有上中下三层，阶梯工作台架(2)下层固定在支撑台(1)上，支撑立柱(4、4’)垂直固定在阶梯工作台架(2)下层的对角线上，可调动工作台机构(2)放置在阶梯工作台架(2)的中下两层，水平加载机构(6)固定在阶梯工作台架(2)上层的中间位置，支撑立柱(4、4’)顶端开有一定深度的内螺纹孔，螺旋杆(3、3’)和支撑立柱(4、4’)螺纹啮合，同步带(8)套在螺旋杆(3、3’)的上端，蜗轮蜗杆机构(10)固定在螺旋杆(3’)上并通过阶梯工作台架(2)侧面与摇杆(11)相连，升降螺母(12、12’)和铅垂滑动架(9)安装在螺旋杆(3、3’)上，铅垂加载机构(7)固定在铅垂滑动架(9)，水平加载机构(6)和铅垂加载机构(7)轴线正交与支撑台(1)中心。
一种可调工作台式力加载装置标定方法，其特征在于：为实现对不同尺寸传感器的独立加载和复合加载，在调节铅垂加载机构高度时，通过摇杆(11)带动蜗轮蜗杆机构(10)旋转，进而带动螺旋杆(3’)在支撑立柱(4’)内只转动不移动，通过同步带(8)带动另一螺旋杆(3)同步转动，使得铅垂滑动架(9)能够在螺旋杆(3、3’)上下移动，当调节到适合高度时，升降螺母(12、12’)固定铅垂滑动架(9)，在调节加载工作板(17)位置时，若仅固定移动块(18)，U型滑动架(15)在阶梯工作台架(2)的下层水平移动，使得加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下左右移动，若仅固定移动块(18’)，加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下移动，当调节到合适位置时，固定移动块(18、18’)和固定块(22)，进而固定住可调动工作台机构(5)，刻度尺(13)记录加载工作板(17)位置变化的距离，通过L型标定板(19)在加载工作板(17)上的不同固定方式，实现独立加载和复合加载。
可调动工作台机构包括三角移动架(14、14’)、U型滑动架(15)、齿轮齿条机构(16)、加载工作板(17)、移动块(18、18’)、L型标定板(19)、手轮(20)、压杆(21)、固定块(22)。其中，三角移动架(14、14’)对称布置在阶梯工作台架(2)的中层，加载工作板(17)开有均布的螺纹孔，加载工作板(17)的两侧分别和三角移动架(14、14’)的斜面连接，U型滑动架(15)放置在阶梯工作台架(2)下层，齿轮齿条机构(16)安装在U型滑动架(15)上并通过阶梯工作台架(2)中层与加载工作板(17)固定，阶梯工作台架(2)与三角移动架(14、14’)和U型滑动架(15)的接触面上均开有T型槽，移动块(18)和固定块(22)通过T型槽与阶梯工作台架(2)和三角移动架(14、14’)相连，移动块(18’)通过T型槽与阶梯工作台架(2)和U型滑动架(15)相连，L型标定板(19)两表面开有均布螺纹孔，L型标定板(19)固定在加载工作板(17)上，压杆(21)通过被标定传感器(23)与L型标定板(19)固定。
本发明与现有的力传感器标定装置相比，具有的显著效果是：由于采用的是可调动工作台机构，使得加载工作板能实现垂直方向和水平方向的移动，为标定复杂外形或不同尺寸的被标定件提供了方便；由于铅垂加载机构只能垂直方向移动，水平加载机构固定不动，减少了因移动方向过多造成加载机构的复杂性，提高了加载大量程载荷时加载机构的强度；采用L型标定板在加载工作板的不同固定方式，使得加载工作板的面积利用率得到极大提高，实现独立加载和复合加载。
附图说明
图1是本发明结构的三维图。
其中：图中1—支撑台，2—阶梯工作台架，3，3’—螺旋杆，4，4’—支撑立柱，5—可调动工作台机构，6—水平加载机构，7—铅垂加载机构，8—同步带，9—铅垂滑动架，10—蜗轮蜗杆机构，11—摇杆，12，12’—升降螺母，13—刻度尺。
图2是本发明中可调动工作台机构的三维图。
图3是本发明L型标定板固定在加载工作板的方式示意图。
其中：图中14，14’—三角移动架，15—U型滑动架，16—齿轮齿条机构，17—加载工作板，18，18’—移动块，19—L型标定板，20—手轮，21—压杆，22—固定块，23—被标定传感器。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
如图1-2所示，阶梯工作台架(2)为上中下三层，阶梯工作台架(2)下层固定在支撑台(1)上，支撑立柱(4、4’)与阶梯工作台架(2)下层采用轴肩螺母紧固的方式，确保立柱与标定工作台的垂直度，三角移动架(14、14’)对称布置在阶梯工作台架(2)的中层，加载工作板(17)的两侧可实现在三角移动架(14、14’)斜面上的滑动，U型滑动架(15)通过燕尾槽实现在阶梯工作台架(2)下层中的水平移动，齿轮齿条机构(16)安装在U型滑动架(15)上并通过阶梯工作台架(2)中层与加载工作板(17)固定，阶梯工作台架(2)与三角移动架(14、14’)和U型滑动架(15)的接触面上均开有T型槽，移动块(18、18’)通过T型槽与阶梯工作台架(2)、三角移动架(14、14’)和U型滑动架(15)相连，L型标定板(19)固定在加载工作板(17)上，压杆(21)通过被标定传感器(23)与L型标定板(19)固定，水平加载机构(6)固定在阶梯工作台架(2)上层的中间位置，铅垂滑动架(9)安装在螺旋杆(3、3’)上并处于升降螺母(12、12’)之间，水平加载机构(6)和铅垂加载机构(7)轴线正交与支撑台(1)中心。
本发明的标定方法如下：
本发明所述的标定装置的主要功能是利用可调式工作台机构实现对传感器的标定。
压杆(21)将被标定传感器(23)紧压在L型标定板(19)上，L型标定板(19)固定在加载工作板(17)的方式如图3所示。
1)设水平加载机构的加载方向为X向，铅垂加载机构的加载方向为Z向，在图3(a)中X向标定，固定移动块(18)，通过手轮(20)转动带动齿轮齿条机构(16)移动，使得加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下移动，使水平加载机构(6)的加载端轴线正对被标定传感器(23)高度的1/2处并固定可调动工作台机构(5)，调节水平加载机构(6)进行逐步加载，记录被标定传感器(23)各方向的电信号输出，在图3(a)中Z向标定，调节可调动工作台机构步骤如X标定相同，使铅垂加载机构(7)与被标定传感器(23)的中心位置之间的距离在有效行程范围内，调节铅垂加载机构(7)进行加载，记录被标定传感器(23)各方向的电信号输出，如果被标定传感器(23)的尺寸很大，可通过调节铅垂滑动架(7)在螺旋杆(3、3’)的位置来辅助实现。
2)设水平加载机构的加载方向为Z向，铅垂加载机构的加载方向为Y向，在图3(b)中Z向力和Y向弯矩复合标定，固定移动块(18’)，U型滑动架(15)在阶梯工作台架(2)的下层水平移动，通过手轮(20)转动带动齿轮齿条机构(16)移动，使得加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下左右移动，然后松开移动块(18’)而固定移动块(18)，使得加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下移动，调整至加载端与被标定传感器(23)之间的距离在水平加载机构(6)运动的有效行程范围内，固定可调动工作台机构(5)并读出实际左右移动的距离，调节水平加载机构(6)进行逐步加载，记录被标定传感器(23)各方向的电信号输出，在图3(b)中Y向力和Z向弯矩复合标定，调节可调动工作台机构步骤如Z向力和Y向弯矩复合标定相同，使铅垂加载机构(7)与被标定传感器(23)的中心位置之间的距离在有效行程范围内，调节垂直加载机构(7)加载，记录被标定传感器(23)的各方向的电信号输出，在图3(b)中Z向力、Y向力、Z向弯矩、Y向弯矩和X向扭矩标定，同时铅垂加载机构(7)和水平加载机构(6)进行加载，分别记录被标定传感器(23)各方向的电信号输出。

Claims (3)

1.一种可调工作台式力加载装置，其特征在于：包括支撑台(1)，阶梯工作台架(2)，螺旋杆(3、3’)，支撑立柱(4、4’)，可调动工作台机构(5)，水平加载机构(6)，铅垂加载机构(7)，同步带(8)，铅垂滑动架(9)，蜗轮蜗杆机构(10)，摇杆(11)，升降螺母(12、12’)，刻度尺(13)，其中：阶梯工作台架(2)有上中下三层，阶梯工作台架(2)下层固定在支撑台(1)上，支撑立柱(4、4’)垂直固定在阶梯工作台架(2)下层的对角线上，可调动工作台机构(2)放置在阶梯工作台架(2)的中下两层，水平加载机构(6)固定在阶梯工作台架(2)上层的中间位置，支撑立柱(4、4’)顶端开有一定深度的内螺纹孔，螺旋杆(3、3’)和支撑立柱(4、4’)螺纹啮合，同步带(8)套在螺旋杆(3、3’)的上端，蜗轮蜗杆机构(10)固定在螺旋杆(3’)上并通过阶梯工作台架(2)侧面与摇杆(11)相连，升降螺母(12、12’)和铅垂滑动架(9)安装在螺旋杆(3、3’)上，铅垂加载机构(7)固定在铅垂滑动架(9)，水平加载机构(6)和铅垂加载机构(7)轴线正交与支撑台(1)中心。
2.一种可调工作台式力加载装置标定方法，其特征在于：为实现对不同尺寸传感器的独立加载和复合加载，在调节铅垂加载机构(7)高度时，通过摇杆(11)带动蜗轮蜗杆机构(10)旋转，进而带动螺旋杆(3’)在支撑立柱(4’)内只转动不移动，通过同步带(8)带动另一螺旋杆(3)同步转动，使得铅垂滑动架(9)能够在螺旋杆(3、3’)上下移动，当调节到适合高度时，升降螺母(12、12’)固定铅垂滑动架(9)，在调节加载工作板(17)位置时，若仅固定移动块(18’)，U型滑动架(15)在阶梯工作台架(2)的下层水平移动，使得加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下左右移动，若仅固定移动块(18)，加载工作板(17)在三角移动架(14、14’)间上下移动，当调节到合适位置时，固定移动块(18、18’)和固定块(22)，进而固定住可调动工作台机构(5)，刻度尺(13)记录加载工作板(17)位置变化的距离，通过L型标定板(19)在加载工作板(17)上的不同固定方式，实现独立加载和复合加载。
3.根据权利要求1所述的可调动工作台机构，其特征在于：包括三角移动架(14、14’)、U型滑动架(15)、齿轮齿条机构(16)、加载工作板(17)、移动块(18、18’)、L型标定板(19)、手轮(20)、压杆(21)、固定块(22)。其中，三角移动架(14、14’)对称布置在阶梯工作台架(2)的中层，加载工作板(17)开有均布的螺纹孔，加载工作板(17)的两侧分别和三角移动架(14、14’)的斜面连接，U型滑动架(15)放置在阶梯工作台架(2)下层，齿轮齿条机构(16)安装在U型滑动架(15)上并通过阶梯工作台架(2)中层与加载工作板(17)固定，阶梯工作台架(2)与三角移动架(14、14’)和U型滑动架(15)的接触面上均开有T型槽，移动块(18)和固定块(22)通过T型槽与阶梯工作台架(2)和三角移动架(14、14’)相连，移动块(18’)通过T型槽与阶梯工作台架(2)和U型滑动架(15)相连，L型标定板(19)两表面开有均布螺纹孔，L型标定板(19)固定在加载工作板(17)上，压杆(21)通过被标定传感器(23)与L型标定板(19)固定。
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