CN111579152A - 一种六维力传感器动态标定装置及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六维力传感器动态标定装置及其标定方法，包括标定台、脉冲力加载装置以及用于固定待测力传感器的固定装置，所述脉冲力加载装置设于所述标定台台面下方，在标定台台面上设有多组定位孔用于以不同方位安装所述固定装置。所述标定台中间设有通孔，所述脉冲力加载装置包括固定安装于标定台底面的套筒、同轴设于套筒内的弹簧拉杆以及套接在弹簧拉杆上的弹簧，所述弹簧的两端分别以弹簧拉杆的上端部以及安装于套筒底端的端盖为弹簧座；当待测力传感器安装在固定装置上时，其敏感方向轴线处于弹簧拉杆的轴线上且该轴线处在标定台通孔中。本发明通过小球撞击方式加载，具有加载力值稳定可控、精度高、重复性好等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种六维力传感器动态标定装置及其标定方法，属于传感器动态性能测试领域。
背景技术：
目前大多数六维力传感器标定装置只是静态标定，涉及动态标定的较少，动态标定方法主要有阶跃法、正弦扫频法和脉冲法。
中国专利公开号CN 110411656 A公开了一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，是一种基于阶跃法、产生负阶跃载荷的动态标定设备。该装置采用PLC控制伺服电机正反转来实现负阶跃力的施加，所需组件较多、操作复杂、成本很高，且伺服电机转动会产生振动，影响六维力传感器本身的响应，使测试结果出现偏差。该专利采用阶跃法标定六维力传感器，区别于本专利的脉冲法标定六维力传感器。
中国专利公开号CN 1442682 A公开了一种多维力传感器动态实验台及其方法，是一种基于扫频法、可产生频率连续变化且幅度可调的动态正弦力的动态标定设备。该设备核心部件是电磁铁，通过给电磁铁通入频率和幅度可控的电流信号产生动态力，该设备组成较为复杂，当同时对其中一组(两个)电磁铁通交变电流时，由于***本身误差影响可能会造成两个电磁铁的电流信号在时域上不同步，这样会造成加载的力矩成分混乱，影响标定结果。该专利采用扫频法标定六维力传感器，区别于本专利的脉冲法标定六维力传感器。
现阶段脉冲法的脉冲力发生装置采用力锤，使用力锤敲击六维力传感器，但是力锤难以控制力大小、方向和作用点，敲击时容易产生连击现象，并且敲击的脉冲力大小、脉冲时间长度很难控制且因人而异，重复性和准确性较差。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种六维力传感器动态标定装置及其标定方法，通过小球撞击方式加载，具有加载力值稳定可控、精度高、重复性好等优点。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种六维力传感器动态标定装置，包括标定台、脉冲力加载装置以及用于固定待测力传感器的固定装置，所述脉冲力加载装置设于所述标定台台面下方，在标定台台面上设有多组定位孔用于以不同方位安装所述固定装置。
作为优选，进一步地，所述标定台中间设有通孔，所述脉冲力加载装置包括固定安装于标定台底面的套筒、同轴设于套筒内的弹簧拉杆以及套接在弹簧拉杆上的弹簧，所述弹簧的两端分别以弹簧拉杆的上端部以及安装于套筒底端的端盖为弹簧座；当待测力传感器安装在固定装置上时，其敏感方向轴线处于弹簧拉杆的轴线上且该轴线处在标定台通孔中。
作为优选，进一步地，所述固定装置包括能以不同方位固定在标定台台面的安装 座以及能固定安装在所述安装座上的基座，所述所述基座用以固定安装待测力传感器，或；
所述基座为待测力传感器的基座，安装座设有中心通孔。
作为优选，进一步地，所述安装座在标定台台面上有多种安装状态：
或水平安装在标定台台面上，此时安装座底面作为支撑面与标定台台面构成平行关系；或竖直安装在标定台台面上，此时安装座侧面作为支撑面与标定台台面构成平行关系，安装座底面与标定台台面构成垂直关系。
作为优选，进一步地，所述标定台安装有至少三根可调节支撑腿用以调节标定台台面的水平状态。
一种采用上述标定装置进行六维力传感器的动态标定方法，其包括以下步骤：
S1、力标定，首先通过可调节支腿将标定台调整至水平状态；
S1-1、将安装座水平安装在标定台上，待测六维力传感器安装在基座上，基座固定在安装座上，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器的z轴与脉冲力加载装置的轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个z向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fz向动态标定；
S1-2、将安装座沿水平轴翻转90度，使六维力传感器x轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个x向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fx向动态标定；
S1-3、将安装座沿水平轴转动90度，使六维力传感器y轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个y向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fy向动态标定；
S2、力矩标定；
S2-1、以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mx力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个Mx力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mx向动态标定；
S2-2、以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个My力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个My力矩作用，记录六维力传感器响应，完成My向动态标定；
S2-3、以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器x轴平移一个距离，沿z平移一个距离，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定；
或者以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器y轴平移一个距离，沿z平移一个距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明的脉冲力加载装置，采用弹簧作为力储能元件和产生加载力，可精确控制力的大小，加载力值稳定连续可调,且精度高、重复性好，解决了传统脉冲法施力大小、施力点和施力方向很难确定的问题。
待测力传感器固定装置在标定台上有多种安装方式和方向，能灵活地改变加载力的方向及作用点，极大提高了测试的重复性和准确性，因此本发明能够很好的测试出六维力传感器动态性能。
本发明小球弹射方向是由下往上，撞击后立刻下落，不会造成二次连击，解决了传统脉冲力锤敲击时容易发生连击的问题。该装置采用小球撞击六维力传感器产生一个脉冲激励，由于采用小球撞击的方式，小球撞击后会以极短的时间反弹，使得脉冲时间长度极短，极大拓宽了激振带宽,采用固定力源的方式，极大提高了测试的重复性。
本发明采用小球撞击被测六维力传感器产生脉冲力，加载力可以满足较宽的力量程范围内，不会产生过载造成对力传感器的损坏，解决了传统脉冲力锤难以加载小力值等问题。
本发明组成零件较少，且无电动机等运动部件，装置本身不会对力传感器的振动产生影响，使得测试结果更加准确，不会失真。
附图说明：
图1为本发明装置的立体结构示意图；
图2为本发明装置正视图；
图3为本发明装置脉冲力加载装置剖视图；
图4为本发明装置动态标定Fx、Fy方向结构示意图；
图5为本发明装置中被测力传感器安装力矩加载块结构示意图；
图6为本发明装置动态标定Mx、My方向结构侧视图；
图7为本发明装置动态标定Mx、My方向结构正视图；
图8为本发明装置动态标定Mz方向结构侧视图；
图9为本发明装置动态标定Mz方向结构正视图；
其中，1、标定台，2、支撑腿，3、安装盘，4、垫块，5、胀紧套，6、套筒，7、弹簧，8、弹簧拉杆，9、端盖，10、基座，11、安装座，12、力矩加载块，13、待测力传感器。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
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，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作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。
实施例1，本实施例的六维力传感器动态标定装置，其包括标定台1、脉冲力加载装置以及用于固定待测力传感器的固定装置，脉冲力加载装置设于标定台台面下方，在标定台台面上设有多组定位孔用于以不同方位安装固定装置。
具体结构为，在标定台中间设有通孔，以供对传感器施加力的小球通过，前述脉冲力加载装置包括固定安装于标定台底面的套筒6、同轴设于套筒内的弹簧拉杆8以及套接在弹簧拉杆8上的弹簧7，弹簧7的两端分别以弹簧拉杆的上端部以及安装于套筒底端的端盖9为弹簧座；图1、2所示，套筒6可通过安装盘3安装于标定台台面的底面，并在安装盘与标定台之间设置垫块4、套筒6与安装盘3之间设置胀紧套5，都是为了减小震动，当待测力传感器安装在固定装置上时，其敏感方向轴线处于弹簧拉杆的轴线上且该轴线处在标定台通孔中。
固定装置包括基座10和安装座11，基座10能固定安装在安装座11上，基座10用来固定安装待测力传感器13，或基座10为待测力传感器13的基座，安装座设有中心通孔，也是供对力传感器施加力的小球通过。标定台台面上位于通孔周围设置多组定位孔，其目的就是让安装座能以不同方位和状态固定在台面上。
标定台安装有至少三根可调节支撑腿2用以调节标定台台面的水平状态。
实施例2，采用上述标定装置进行六维力传感器的动态标定方法，其包括以下步骤：
S1、力标定，首先通过可调节支腿将标定台调整至水平状态；
S1-1、将安装座水平安装在标定台上，待测六维力传感器安装在基座上，基座固定在安装座上，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器的z轴与脉冲力加载装置的轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个z向脉冲激励力，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Fz向动态标定；
S1-2、将安装座沿水平轴翻转90度，使六维力传感器x轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个x向脉冲激励力，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Fx向动态标定；
S1-3、将安装座沿水平轴转动90度，使六维力传感器y轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个y向脉冲激励力，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Fy向动态标定；
S2、力矩标定；
S2-1、以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mx力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个Mx力矩作用，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Mx向动态标定；
S2-2、以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个My力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个My力矩作用，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成My向动态标定；
S2-3、
以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器x轴平移一个距离，沿z平移一定距离，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定。
或者以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器y轴平移一个距离，沿z平移一定距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，通过位移传感器、激光测振仪、加速度传感器等仪器测出并记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定。
需要说明的是，本发明中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。
此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种六维力传感器动态标定装置，其特征在于，包括标定台(1)、脉冲力加载装置以及用于固定待测力传感器的固定装置，所述脉冲力加载装置设于所述标定台台面下方，在标定台台面上设有多组定位孔用于以不同方位安装所述固定装置。
2.根据权利要求1所述的一种六维力传感器动态标定装置，其特征在于，所述标定台中间设有通孔，所述脉冲力加载装置包括固定安装于标定台底面的套筒(6)、同轴设于套筒内的弹簧拉杆(8)以及套接在弹簧拉杆(8)上的弹簧(7)，所述弹簧(7)的两端分别以弹簧拉杆的上端部以及安装于套筒底端的端盖(9)为弹簧座；当待测力传感器安装在固定装置上时，其敏感方向轴线处于弹簧拉杆的轴线上且该轴线处在标定台通孔中。
3.根据权利要求1所述的一种六维力传感器动态标定装置，其特征在于，所述固定装置包括能以不同方位固定在标定台台面的安装座(11)以及能固定安装在所述安装座(11)上的基座(10)，所述基座(10)用以固定安装待测力传感器(13)，或；
所述基座(10)为待测力传感器(13)的基座，安装座(11)设有中心通孔。
4.根据权利要求3所述的一种六维力传感器动态标定装置，其特征在于，所述安装座(11)在标定台台面上有多种安装状态：
或水平安装在标定台台面上，此时安装座(11)底面作为支撑面与标定台台面构成平行关系；
或竖直安装在标定台台面上，此时安装座(11)侧面作为支撑面与标定台台面构成平行关系，安装座(11)底面与标定台台面构成垂直关系。
5.根据权利要求1所述的一种六维力传感器动态标定装置，其特征在于，所述标定台安装有至少三根可调节支撑腿(2)用以调节标定台台面的水平状态。
6.一种采用权利要求1-5中任一权利要求所述的标定装置进行六维力传感器的动态标定方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、力标定，首先通过可调节支腿将标定台调整至水平状态；
S1-1、将安装座水平安装在标定台上，待测六维力传感器安装在基座上，基座固定在安装座上，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器的z轴与脉冲力加载装置的轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个z向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fz向动态标定；
S1-2、将安装座沿水平轴翻转90度，使六维力传感器x轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个x向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fx向动态标定；
S1-3、将安装座沿水平轴转动90度，使六维力传感器y轴竖直设置，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线重合；将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击六维力传感器产生一个y向脉冲激励力，记录六维力传感器响应，完成Fy向动态标定；
S2、力矩标定；
S2-1、以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mx力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个Mx力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mx向动态标定；
S2-2、以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器z轴方向平移一个距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个My力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块侧面产生一个My力矩作用，记录六维力传感器响应，完成My向动态标定；
S2-3、以步骤S1-3的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器y轴在竖直面内沿六维力传感器x轴平移一个距离，沿z平移一个距离，使得六维力传感器y轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定。
7.根据权利要求6所述的六维力传感器的动态标定方法，其特征在于：所述步骤S2-2或者为：以步骤S1-2的状态，在待测六维力传感器上安装力矩加载块，并通过不同的安装孔调整安装座的位置，使六维力传感器x轴在竖直面内沿六维力传感器y轴平移一个距离，沿z平移一个距离，使得六维力传感器x轴与脉冲力加载装置轴线平行但不重合，同时使小球能够撞击到力矩加载块从而给六维力传感器一个Mz力矩作用，将小球放入套筒中，下拉弹簧拉杆至设定位置，然后松开，小球撞击力矩加载块正面产生一个Mz力矩作用，记录六维力传感器响应，完成Mz向动态标定。
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| CN202010565339.1A Pending CN111579152A (zh) | 2020-06-19 | 2020-06-19 | 一种六维力传感器动态标定装置及其标定方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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