一种自动化刚性测试系统及测试方法与流程

本发明涉及测试装备技术领域，具体涉及一种自动化刚性测试系统及测试方法。

背景技术：

现有方案是力值、位移值分开测量。首先记录加力0牛时物体位置，就是记录施加到设定力值时的物体位置；现有测量方法在记录加力0牛时物体位置存在误差，因为0牛位置并不容易捕捉；再就是因为施加到设定力值的过程不容易控制，很容易超过设定力值，测得数据误差也比较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种自动化刚性测试系统及测试方法，实时记录和采集不同施力值时测量点的位移值，实现补偿设备本身变形，能够测量多组数据自动计算平均值，使测量结果更加准确。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种自动化刚性测试系统，包括移动工作台、施力装置、固定夹具和控制器，施力装置和固定夹具均设置于移动工作台上，固定夹具设置于施力装置一侧，施力装置上设有力传感器和位移传感器，力传感器和位移传感器分别与控制器连接，测试时待测工件固定于固定夹具上，施力装置对待测工件施加压力。

按上述技术方案，所述移动工作台包括机架、水平横移装置、水平纵移装置和竖直移动装置，水平横移装置和水平纵移装置均设置于机架上，竖直移动装置设置于水平横移装置上，施力装置设置于竖直移动装置，固定夹具设置于水平纵移装置上。

按上述技术方案，水平横移装置包括第一水平导轨、第一水平滑台和第一水平丝杆，第一水平导轨横向设置于机架上，第一水平滑台设置于第一水平导轨上，第一水平丝杆与第一水平滑台连接，旋转第一水平丝杆带动第一水平滑台沿第一水平导轨横向水平移动，竖直移动装置设置于第一水平滑台上。

按上述技术方案，第一水平导轨的个数为2个，并排横向平行设置于机架上。

按上述技术方案，竖直移动装置包括竖直导轨、竖直滑台和竖直丝杆，竖直导轨的下端与水平横移装置连接，竖直滑台设置于竖直导轨上，竖直丝杆与竖直滑台连接，旋转竖直丝杆带动竖直滑台沿竖直导轨竖直移动。

按上述技术方案，施力装置包括梯形螺杆、固定块和压力块，固定块设置于竖直移动装置上，梯形螺杆通过螺纹与固定块连接，梯形螺杆穿过固定块，压力块设置于梯形螺杆的一端，压力块上设有球形压头，梯形螺杆的另一端设有旋转手柄，固定块上还设有导向机构，导向机构内设有导杆，导杆的一端与固定块连接，位移传感器设置于固定块上，位移传感器的一端与固定块连接，力传感器设置于球形压头和压力块之间。

按上述技术方案，固定块与竖直移动装置之间设有旋转盘，通过旋转盘可调节固定块的角度。

按上述技术方案，水平纵移装置包括第二水平导轨、第二水平滑台和第二水平丝杆，第二水平导轨纵向设置于机架上，第二水平滑台设置于第二水平导轨上，第二水平丝杆与第二水平滑台连接，旋转第二水平丝杆带动第二水平滑台沿第二水平导轨纵向水平移动，固定夹具设置于第二水平滑台上。

按上述技术方案，第二水平导轨的个数为2个，并排纵向设置于机架上。

按上述技术方案，所述控制系统包括PLC。

采用以上所述的自动化刚性测试系统实施的测量方法，包括以下步骤：

1)通过控制器对施力值设定一个设定值；

2)在固定夹具上选定自测点，操作施力装置对自测点进行施力，进行多次自测，每次自测时所施加的力均超过设定值即可；

3)控制器通过位移传感器，采集当力传感器检测到的值达到设定值时自测点的位移值，控制器自动求多次自测位移值的平均值，得到所述的自动化刚性测试系统的刚性变形量，即补偿变形量，为第一组数据；

4)将待测工件固定于固定夹具上，在待测工件上选定测量点，调整施力装置与固定夹具的相对位置；

5)在测量点上进行多次测量，每次测量时所施加的力均超过设定值即可；

6)控制器通过位移传感器，采集当力传感器检测到的值达到设定值时测量点的位移值，控制器自动求多次测量位移值的平均值，得到测量点变形量，为第二组数据；

7)控制器将测量点变形量与补偿变形量做差求得测量点的实际变形量，即结论值。

本发明具有以下有益效果：

1、控制器通过力传感器和位移传感器，实时记录和采集不同施力值时测量点的位移值，在测量时，通过控制器对施加的力设定一个设定值，当操作人员通过施力装置施加的力超过设定值即可，控制器将采集到达设定值时的瞬时数据，进行自动比较和分析，避免需要人为操作达到相应的设定值，减小误差，还可实现补偿设备本身变形，能够测量多组数据自动计算平均值，使测量结果更加准确。

2、通过水平横移装置、水平纵移装置和竖直移动装置在上下、前后、左右三个方向运动调节测量模块与测量点的相对位置，由于梯形螺杆具有自锁功能，手轮调整到位以后不必锁死。

附图说明

图1是本发明实施例中自动化刚性测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中施力装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中施力装置设置于竖直移动装置上的结构示意图；

图4是本发明实施例中测量时位移和力的实时采集值的显示图像；

图中，1-机架，2-第一水平导轨，3-第一水平滑台，4-第一水平丝杆，5-竖直导轨，6-竖直滑台，7-竖直丝杆，8-梯形螺杆，9-固定块，10-压力块，11-球形压头，12-位移传感器，13-力传感器，14-导杆，15-导向机构，16-旋转盘，17-第二水平导轨，18-第二水平滑台，19-第二水平丝杆，20-旋转手柄，21-固定夹具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的自动化刚性测试系统，包括移动工作台、施力装置、固定夹具和控制器，施力装置和固定夹具均设置于移动工作台上，固定夹具设置于施力装置一侧，施力装置上设有力传感器和位移传感器，力传感器和位移传感器分别与控制器连接，测试时待测工件固定于固定夹具上，施力装置对待测工件施加压力；控制器通过力传感器和位移传感器，实时记录和采集不同施力值时测量点的位移值，在测量时，通过控制器对施加的力设定一个设定值，当操作人员通过施力装置施加的力超过设定值即可，控制器将采集到达设定值时的瞬时数据，进行自动比较和分析，避免需要人为操作达到相应的设定值，减小误差，还可实现补偿设备本身变形，能够测量多组数据自动计算平均值，使测量结果更加准确。

进一步地，所述移动工作台包括机架、水平横移装置、水平纵移装置和竖直移动装置，水平横移装置和水平纵移装置均设置于机架上，竖直移动装置设置于水平横移装置上，施力装置设置于竖直移动装置，固定夹具设置于水平纵移装置上。

进一步地，水平横移装置包括第一水平导轨、第一水平滑台和第一水平丝杆，第一水平导轨横向设置于机架上，第一水平滑台设置于第一水平导轨上，第一水平丝杆与第一水平滑台连接，旋转第一水平丝杆带动第一水平滑台沿第一水平导轨横向水平移动，竖直移动装置设置于第一水平滑台上。

进一步地，第一水平导轨的个数为2个，水平并排横向平行设置于机架上。

进一步地，竖直移动装置包括竖直导轨、竖直滑台和竖直丝杆，竖直导轨的下端与水平横移装置连接，竖直滑台设置于竖直导轨上，竖直丝杆与竖直滑台连接，旋转竖直丝杆带动竖直滑台沿竖直导轨竖直移动。

进一步地，施力装置包括梯形螺杆、固定块和压力块，固定块设置于竖直移动装置上，梯形螺杆通过螺纹与固定块连接，梯形螺杆穿过固定块，压力块设置于梯形螺杆的一端，压力块上设有球形压头，梯形螺杆的另一端设有旋转手柄，固定块上还设有导向机构，导向机构内设有导杆，导杆的一端与固定块连接，位移传感器设置于固定块上，位移传感器的一端与固定块连接，力传感器设置于球形压头和压力块之间。

进一步地，固定块与竖直移动装置之间设有旋转盘，通过旋转盘可调节固定块的角度。

进一步地，旋转盘设有调节手柄，通过调节手柄可调节旋转盘的旋转位移。

进一步地，水平纵移装置包括第二水平导轨、第二水平滑台和第二水平丝杆，第二水平导轨纵向设置于机架上，第二水平滑台设置于第二水平导轨上，第二水平丝杆与第二水平滑台连接，旋转第二水平丝杆带动第二水平滑台沿第二水平导轨纵向水平移动，固定夹具设置于第二水平滑台上。

进一步地，第二水平导轨的个数为2个，水平并排纵向设置于机架上，固定家具个数为2个，2个固定家具分别设置于第二水平导轨上。

进一步地，所述控制系统包括PLC。

进一步地，第一水平丝杆、第二水平丝杆和竖直丝杆的末端均设有旋转手柄。

进一步地，移动工作台的底部设有滚轮。

进一步地，导向机构为固定轴承。

进一步地，控制器还包括显示器，控制器将测量结果通过显示器显示出来，显示器为触控屏。

采用以上所述的自动化刚性测试系统实施的测量方法，包括以下步骤：

1)通过控制器对施力值设定一个设定值；

2)在固定夹具上选定自测点，操作施力装置对自测点进行施力，进行多次自测(此处的多次一般为三至五次)，每次自测时所施加的力均超过设定值即可；

3)控制器通过位移传感器，采集当力传感器检测到的值达到设定值时自测点的位移值，控制器自动求多次自测位移值的平均值，得到所述的自动化刚性测试系统的刚性变形量，即补偿变形量，为第一组数据；

4)将待测工件固定于固定夹具上，在待测工件上选定测量点，调整施力装置与固定夹具的相对位置；

5)在测量点上进行多次测量(此处的多次一般为三至五次)，每次测量时所施加的力均超过设定值即可；

6)控制器通过位移传感器，采集当力传感器检测到的值达到设定值时测量点的位移值，控制器自动求多次测量位移值的平均值，得到测量点变形量，为第二组数据；

7)控制器将测量点变形量与补偿变形量做差求得测量点的实际变形量，即结论值。

进一步地，若第一组数据和第二组数据均在设备本身上测定，结论值则可认为是系统误差值。

本发明的一个实施例中，本发明的工作原理：

PLC可编程控制器自1969年问世以来，已经广泛应用于医疗卫生、食品加工、制造业、建筑业、公共交通、娱乐行业等众多领域，与工业机器人、计算机辅助设计和辅助制造一起形成工业自动化的三大支柱。交通信号灯、电梯、银行取款机、自动门、机械手、音乐喷泉、舞台控制、自动售货机等都是身边经常见到的PLC控制案例。PLC可编程控制器技术是自动化行业的重要元件，在自动化设备中得到普遍的使用。

针对现有技术的缺点，将力值与位移值数据实时监控，设定施加力值以后，在0N到达和施加力值到达时实时记录位移传感器数值，两组数据做差得到位移值；更重要的是本测量系统能够补偿设备本身变形，能够测量多组数据自动计算平均值，测量结果更加准确。

设备结构图介绍：设备可在上下、前后、左右三个方向运动调节测量模块与测量点的相对位置，由于梯形丝杠具有自锁功能，手轮调整到位以后不必锁死。

触摸屏测试画面如下图所示，测量时先在测量点附近设备上面找一点测量三次，系统自动求平均值得到设备本身的刚性变形量，即补偿变形量，为第一组数据；然后在测量点测量三次，系统自动求平均得到测量点变形量，为第二组数据；系统将测量点变形量与补偿变形量做差求得测量点的实际变形量，即结论值。

若第一组数据和第二组数据均在设备本身上测定，结论值则可认为是系统误差值。

关键点：(1)自动测量(2)刚性测量；

欲保护点：自动化刚性变形测量系统

由于施力值和位移值均为需要测定的变量，传统测量方法为一个变量值(施力值)到达设定值时再去测定另一个变量值(位移值)，第一个变量(施力值)的测定过程并不容易采集，很容易比设定值大，所以测量数据存在较大误差。

可编程控制器：是一种数字运算操作的电子的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。

触摸屏：又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。

本发明通过对第一个变量(施力值)的准确控制，即时采集第二个变量的数值，即使第一个变量施加大于设定数值，第二个变量的数据采集已经完成，不影响测量结果。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。