CN202547863U - 高精度力传感器动态标定校准装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高精度力传感器动态标定校准装置,属于机械领域。包括机架、驱动单元、动力传递及转换单元、标准力传感器和支撑导向单元。所述的机架由支撑脚、底板、立柱和平台板构成;所述的驱动单元为伺服电机,安装在与之相配合的减速机上;所述的动力传递及转换单元由减速机、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座和U形连接板组成;所述的支撑导向单元由圆柱光轴、直线轴承、滚珠丝杠支座安装板、运动横梁、固定横梁和胀紧套构成。本实用新型具有性能可靠、标定校准精度高、结构简单、安装拆卸方便、成本较低等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械领域,特别涉及一种高精度力传感器动态标定校准装置。
背景技术
自动控制***和信息***功能的实现很大程度上要依赖于传感器,传感器技术直接影响到自动控制***和信息***的整体水平,传感器技术的使用程度越高,工业自动化的程度就越高。传感器产业在国内外被公认为最有前途的产业,具有高技术含量、广阔的市场应用前景、很好的经济效益等优点。
传感器测量的物理信号基本上可以分为两种,一种是对稳态或静态的物理信号进行测量,这种物理信号不随时间发生变化或变化的速度很慢。另一种是对动态或周期变化的物理信号进行测量,这种物理信号是随时间发生变化的。由于输入的物理信号不同,传感器所表现出来的输入—输出特性也不同,不同的传感器的内部参数不同,也会表现出不同的动态特性和静态特性。即使静态特性很好的传感器,当被测物理信号随时间发生变化时,如果传感器的输出量不能对输入量很好的跟随,就可能会导致很大的误差。力传感器的标定分为两种:动态标定和静态标定。目前力传感器的静态标定技术的发展已经相当的成熟,主要是使用测力砝码和拉压式测力计对力传感器进行标定,整个过程都是通过人工来操作完成的,不能实现自动化,因此,在标定的过程中会消耗操作人员大量的体力。力传感器的动态标定是通过实验得到力传感器的性能指标,目前一般是采用实验的方法对力传感器进行动态标定。静态特性好的力传感器,动态特性不一定好,一个力传感器可能会在测量静态信号时工作稳定、性能优良。但是在对动态信号进行测量时就会有很大的失真,甚至会无法正常的工作,所以对力传感器进行动态标定是非常必要的。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高精度力传感器动态标定校准装置,解决了静态标定中需要耗费操作人员大量的体力、无法实现自动化,以及在对动态信号进行测量时易出现失真,甚至会无法正常工作等问题。本实用新型可以对不同型号和尺寸的传感器进行静态和动态的标定,实现力传感器标定的自动化。通过对伺服电机进行控制可以实现对不同的载荷形式进行标定测试,可以对力传感器在不同的加载速度下进行标定测试,周期循环加载测试,定时脉冲加载测试等。对力传感器的多个动态性能指标进行测试,以达到对其进行准确、高效标定的目的。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现:
高精度力传感器动态标定校准装置,包括机架、驱动单元、动力传递及转换单元、标准力传感器和支撑导向单元,所述机架包括支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43、底板20、立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24、定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40和平台板13,所述支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43分别安装在底板20上,所述底板20通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24与平台板13连接为一体,所述定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40分别与立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的螺纹配合;
所述驱动单元为伺服电机19,伺服电机19的法兰安装孔与减速机22上螺纹孔配合,通过内六角螺栓将伺服电机19固定在减速机22上,伺服电机19的输出轴与减速机22的输入中空轴相配合;
所述动力传递及转换单元包括减速机22、滚珠丝杠28、滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ10、25和U形连接板32,所述减速机22固定安装在底板20上,滚珠丝杠28直接与减速机22的输出中空轴相连接,滚珠丝杠28通过滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ10、25进行固定,滚珠丝杠支座Ⅰ10安装在滚珠丝杠支座安装板12上,滚珠丝杠支座Ⅱ25安装在平台板13上;
所述支撑导向单元包括圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37、直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34、滚珠丝杠支座安装板12、运动横梁8、固定横梁3、胀紧套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2、11、30、39、标准力传感器安装板4和被标定校准力传感器安装板7,所述圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37分别通过圆柱光轴固定螺母Ⅰ、Ⅱ15、26安装在平台板13上,所述滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套Ⅱ、Ⅲ11、30固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上,所述运动横梁8上安装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34,所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37自由滑动,所述固定横梁3通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上,标准力传感器安装板4通过内六角螺栓Ⅲ38安装在固定横梁3上,另一端与标准力传感器5相连,被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓Ⅱ35固定在运动横梁8上,另外一端与被标定校准力传感器36相连。
所述的底板20上设有支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43,立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上分别设有定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40,通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24对平台板13进行支撑。
所述的伺服电机19直接安装在减速机22上,伺服电机19的输出轴与减速机22的输入中空轴相配合。
所述的减速机22的输出轴为中空轴,中空轴与滚珠丝杠28相配合;滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套Ⅱ、Ⅲ11、30固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上。
所述的运动横梁8上装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34,所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34分别与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37相配合。
所述的U形连接板32的一端与滚珠丝杠螺母29相连,另一端通过圆柱销33与运动横梁8相连接。
所述的固定横梁3通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上;固定横梁3上装有标准力传感器安装板4,运动横梁8上装有被标定校准力传感器安装板7。
本实用新型的有益效果在于:提供了一种高精度力传感器动态标定校准装置,该装置具有性能可靠、标定校准精度高、结构简单、安装拆卸方便、成本较低等优点。本实用新型可以实现力传感器的自动化标定,力传感器作为传感器家族中的重要的一员,被广泛的应用在汽车制造、新能源、智能机器人、航空航天、石油化工、采矿机械、国防工业、医学器材等领域中。对如此广泛应用的力传感器如果不能进行自动化的标定校准,将会造成人力资源的巨大浪费,同时也不利于劳动生产率的提高,不利于现代工业的生产管理。本实用新型可以非常有针对性的对上述问题进行有效的解决,因此本实用新型具有很高的科研价值和良好的市场应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分,本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型的等轴测视图;
图2为本实用新型的主视图;
图3为本实用新型的左视图;
图4为本实用新型的U形连接板等轴测视图。
图中:1、圆柱光轴Ⅰ; 2、胀紧套Ⅰ; 3、固定横梁;
4、标准力传感器安装板; 5、标准力传感器; 6、被标定校准力传感器预紧螺母; 7、被标定校准力传感器安装板;8、运动横梁 ; 9、直线轴承Ⅰ;
10、滚珠丝杠支座Ⅰ; 11、胀紧套Ⅱ; 12、滚珠丝杠支座安装板;
13、平台板 ; 14、定位螺母Ⅰ; 15、圆柱光轴固定螺母Ⅰ;
16、定位螺母Ⅱ; 17、立柱 Ⅰ; 18、立柱 Ⅱ;
19、伺服电机; 20、底板; 21、支撑脚 Ⅰ;
22、减速机; 23、立柱Ⅲ; 24、立柱Ⅳ ;
25、滚珠丝杠支座Ⅱ; 26、圆柱光轴固定螺母Ⅱ;27、定位螺母Ⅲ;
28、滚珠丝杠; 29、丝杠螺母; 30、胀紧套Ⅲ;
31、内六角螺栓Ⅰ; 32、U形连接板; 33、圆柱销;
34、直线轴承Ⅱ; 35、内六角螺栓Ⅱ; 36、被标定校准力传感器;
37、圆柱光轴Ⅱ; 38、内六角螺栓Ⅲ; 39、胀紧套 Ⅳ ;
40、定位螺母Ⅳ ; 41、支撑脚Ⅱ; 42、支撑脚Ⅲ; 43、支撑脚 Ⅳ 。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图3,本实用新型的高精度力传感器动态标定校准装置,包括机架、驱动单元、动力传递及转换单元、标准力传感器和支撑导向单元,所述的机架由支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43、底板20、立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24、定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40和平台板13构成,所述支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43安装在底板20上,支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43可以对这个装置起到支撑的作用,支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43与底板20之间为螺纹连接,通过对支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43螺纹的旋入深度进行调节,可以使整个装置在放置时更加的稳定、可靠。立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24将底板20和平台板13连接起来使其成为一体,定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40分别与立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的螺纹配合。底板20上安装有支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43,支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43可以对整个装置起到支撑的作用,通过对支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43进行调节,可以使得整个装置在放置时更加的稳定。通过对立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40的位置进行调节,可以保证平台板13处于水平位置。
所述的驱动单元为伺服电机19,伺服电机19的法兰安装孔与减速机22上螺纹孔配合,通过内六角螺栓将伺服电机19固定在减速机22上,伺服电机19的输出轴与减速机22的输入中空轴相配合,这种传动方式相对于通过联轴器进行动力传动,可以使得传动精度更高,整个装置也能够更加的紧凑,通过对伺服电机19进行控制,可以对整个测试过程进行有效的控制,通过对伺服电机19的转速、转向进行控制,可以得到不同的标定测试类型,通过向伺服电机19发出不同频率的脉冲,可以对被标定校准力传感器36进行不同载荷形式下的标定校准,从而得到被标定校准力传感器36的不同的动态响应参数,以来达到对其进行更加准确标定校准的目的。
所述的动力传递及转换单元由减速机22、滚珠丝杠28、丝杠螺母29、滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ10、25和U形连接板32组成。减速机22安装在底板20上通过螺栓进行固定,减速机22可以实现减速增矩的功能,同时传递动力并使得动力的传递方向发生改变。滚珠丝杠28直接与减速机22的输出中空轴相配合,滚珠丝杠28通过两端的滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ10、25进行固定,滚珠丝杠支座Ⅰ10安装在滚珠丝杠支座安装板12上,滚珠丝杠支座Ⅱ25安装在平台板13上,滚珠丝杠28与丝杠螺母29相配合将旋转运动转化为相应的直线运动,为标定校准测试过程提供动力。U形连接板32的一端与滚珠丝杠螺母29相连,另一端通过圆柱销33与运动横梁8相连接。减速机22可以实现减速增矩的功能,同时使得动力的传递方向发生改变,滚珠丝杠28与丝杠螺母29相配合将旋转运动转化为相应的直线运动,为标定校准测试过程提供动力,U形连接板32将动力传递给运动横梁8,通过圆柱销33将二者连接起来,U形连接板32可以绕圆柱销33的轴线有一定幅度的摆动,使得拉伸过程为轴向拉伸,同时也使得装配过程变得更加简单易行。
所述的支撑导向单元由圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37、直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34、滚珠丝杠支座安装板12、运动横梁8、固定横梁3、胀紧套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2、11、30、39、标准力传感器安装板4和被标定校准力传感器安装板7构成。圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37分别通过圆柱光轴固定螺母Ⅰ、Ⅱ15、26安装在平台板13上,圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37起到了支撑和导向的作用,是其它主要零部件的安装基体,与直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34相配合起到导向作用,使得标定校准的精度更高。滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套Ⅱ、Ⅲ11、30及内六角螺栓Ⅰ31固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上,运动横梁8上安装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34,直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37自由滑动,直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37相配合不仅起到导向作用,同时也使得加载过程更加流畅,直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37之间为滚动摩擦,摩擦力极小,可以提高测试准确性及加载响应速度。固定横梁3通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上。标准力传感器安装板4通过内六角螺栓Ⅲ38安装在固定横梁3上,标准力传感器安装板4上安装有标准力传感器5,被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓Ⅱ35固定在运动横梁8上,被标定校准力传感器安装板7上安装有被标定校准力传感器36,被标定校准力传感器36与标准力传感器5为串联连接,二者受到的载荷类型和大小相同,有利于提高标定校准精度。圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37起到了支撑和导向的作用,直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37相配合起到导向作用,同时使得加载过程更加流畅,直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37之间为滚动摩擦,摩擦力极小,可以提高测试准确性及加载响应。
所述的运动横梁8可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37移动,运动横梁8可以起到对载荷进行传递和平衡的作用,同时对产生的衍生力和力矩进行抵消和修正,能够起到提高测试精度的效果。
所述的固定横梁3可以通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上的不同位置,将胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39上的内六角螺栓旋松以后,固定横梁3可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上下移动,可以根据需要对位置进行调整,以达到对不同尺寸型号的力传感器进行标定校准的目的。
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高精度力传感器动态标定校准装置,包括机架、驱动单元、动力传递及转换单元、标准力传感器和支撑导向单元,其特征在于:所述机架包括支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(21、41、42、43)、底板(20)、立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(17、18、23、24)、定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(14、16、27、40)和平台板(13),所述支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(21、41、42、43)分别安装在底板(20)上,所述底板(20)通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(17、18、23、24)与平台板(13)连接为一体,所述定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(14、16、27、40)分别与立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(17、18、23、24)上的螺纹配合;
所述驱动单元为伺服电机(19),伺服电机(19)的法兰安装孔与减速机(22)上螺纹孔配合,通过内六角螺栓将伺服电机(19)固定在减速机(22)上,伺服电机(19)的输出轴与减速机(22)的输入中空轴相连接;
所述动力传递及转换单元包括减速机(22)、滚珠丝杠(28)、滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ(10、25)和U形连接板(32),所述减速机(22)固定安装在底板(20)上,滚珠丝杠(28)直接与减速机(22)的输出中空轴相连接,滚珠丝杠(28)通过两端的滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ(10、25)进行固定,滚珠丝杠支座Ⅰ(10)安装在滚珠丝杠支座安装板(12)上,滚珠丝杠支座Ⅱ(25)安装在平台板(13)上;
所述支撑导向单元包括圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)、直线轴承Ⅰ、Ⅱ(9、34)、滚珠丝杠支座安装板(12)、运动横梁(8)、固定横梁(3)、胀紧套Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(2、11、30、39)、标准力传感器安装板(4)和被标定校准力传感器安装板(7),所述圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)分别通过圆柱光轴固定螺母Ⅰ、Ⅱ(15、26)安装在平台板(13)上,所述滚珠丝杠支座安装板(12)通过胀紧套Ⅱ、Ⅲ(11、30)固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)上,所述运动横梁(8)上安装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ(9、34),所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ(9、34)分别沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)自由滑动,所述固定横梁(3)通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ(2、39)固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)上,标准力传感器安装板(4)通过内六角螺栓Ⅲ(38)安装在固定横梁(3)上,另一端与标准力传感器(5)相连,被标定校准力传感器安装板(7)通过内六角螺栓Ⅱ(35)固定在运动横梁(8)上,另外一端与被标定校准力传感器(36)相连。
2.根据权利要求1所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的底板(20)上设有支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(21、41、42、43),立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(17、18、23、24)上分别设有定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(14、16、27、40),通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ(17、18、23、24)对平台板(13)进行支撑。
3.根据权利要求1所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的伺服电机(19)直接安装在减速机(22)上,伺服电机(19)的输出轴与减速机(22)的输入中空轴相配合。
4.根据权利要求1或3所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的减速机(22)的输出轴为中空轴,中空轴与滚珠丝杠(28)相配合;滚珠丝杠支座安装板(12)通过胀紧套Ⅱ、Ⅲ(11、30)固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)上。
5.根据权利要求1所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的运动横梁(8)上装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ(9、34),所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ(9、34)分别与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)相配合。
6.根据权利要求1所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的U形连接板(32)的一端与滚珠丝杠螺母(29)相连,另一端通过圆柱销(33)与运动横梁(8)相连接。
7.根据权利要求1所述的高精度力传感器动态标定校准装置,其特征在于:所述的固定横梁(3)通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ(2、39)固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ(1、37)上;固定横梁(3)上装有标准力传感器安装板(4),运动横梁(8)上装有被标定校准力传感器安装板(7)。
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