一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法与流程

本发明涉及属于一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，属于传感器测试技术领域。

背景技术：

目前，国内外对六维力传感器的标定主要集中在静态方面,如传感器的数字解耦、线性和灵敏度的标定、输入力的作用点偏离和作用线偏斜等所引起的输出误差的分析,而对动态性能及其标定的研究较少。迄今为止，国内外对于六维力传感器的动态标定还没有形成一个标准。研究六维力传感器动态标定设备的首要难点问题主要在于六维力传感器动态标定方法及标准难题。六维力传感器的动态标定主要侧重动态力产生设备的设计。

中国专利公开号cn103323175b公开了一种多功能力加载装置及六维力传感器标定方法虽然能够对六维力传感器进行静态标定，但是在实际使用中受到诸多限制，一是此装置是手动操作，操作精度低，误差大，实验结果易受人为因素的影响；二是此装置只能对六维力传感器进行静态标定，手动操作无法实现准静态标定及动态标定。、

中国专利公开号cn108896398a公开了一种一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，该装置虽然能对六维力传感器进行动态标定且也是基于负阶跃标定方法，但是有下面几个问题：一是此装置是采用脆性材料的瞬间破裂产生负阶跃载荷的方法，但是无法适用于大量程的传感器的动态标定；二是此装置无法对六维力传感器进行标定。

现阶段对大力值负阶跃载荷的动态标定无法精确标定，且多数利用脆性材料瞬时断裂的方式，浪费材料，危险系数较高，为解决上述问题，提出基于大力值负阶跃载荷的一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，依靠电气系统的精确控制实现所需要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，实现对大力值标定，占用空间小，精密可靠，满足动态标定需求。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，其特征是，它包括下床身1，待测传感器2，连接板3，位移传感器4，电动缸5，减速器6，立柱7，承重板8，伺服电机9，接头10，上床身11,标准传感器12,伺服电机13，工作板14,接头15，标准传感器16，电动缸17，固定板18立板19，加载柱20，卡头21，电动缸22，plc控制箱23,伺服电机24，标准传感器25。所述下床身1由钢板及角钢焊接而成，钢板下方焊接两条工形钢，下床身1前后呈45度焊接两条角钢，以减少下床身1变形，下床身1上面两端焊接钢板，钢板上面开有两槽，用以固定固定板18；所述上床身11由钢板焊接而成，下方焊接4条加强筋，以增加强度，中心有阶梯孔以便于电动缸5前端通过，上下两侧开有螺纹孔，以便于固定电动缸5；所述待测传感器2为六维力传感器，包括压力传感器及压电传感器；所述伺服电机9由plc控制箱23控制，自带电磁制动，可维持载荷，经由减速器6减速，提高扭矩后，控制电动缸5前端往复运动；所述伺服电机13由plc控制箱23控制，自带电磁制动，可维持载荷，控制电动缸17前端往复运动；所述连接板3固定位移传感器4和接头10；所述位移传感器4随电动缸5伸长端做往复直线运动，可选取不同位置作为初始点；所述立柱7上半部有螺纹，可供承重板8上下运动；所述承重板8左右两端都有空心圆柱，中空位置有内螺纹；所述固定板18安装在下床身1两端的钢板上，电动缸17固定在固定板18上，通过固定板18的左右移动位置，实现对扭矩的标定；所述接头10安装在电动缸5前端，接头10内径与电动缸5伸出端外径过盈配合；所述接头15安装在电动缸17前端，接头15内径与电动缸17伸出端外径过盈配合；所述工作板14固定在上床身11中央，用以固定待测传感器2；所述立板19可固定于工作板14上，由两块钢板垂直焊接，立板19背面焊接有加强筋；所述加载柱20为上下两面为正方形的长方体；所述立头21通过下方圆柱与待测传感器2固定，上方立方体中间开有供加载柱通过的方孔；所述电动缸5及电动缸17是通过滚珠丝杠控制前端轴往复运动；所述电动缸22与电动缸17一致；所述标准传感器25与标准传感器16一致；所述发明的标定范围:fz为0-500kn，fx和fy为0-250kn，mz、mx、my为0-100kn/m；所述发明可同时满足动态标定及静态标定和准静态标定需求。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提出一种六维力传感器的动态标定设备及其加载方法，基于负阶跃载荷的基本原理，通过伺服电机转动，缓慢施加载荷于待测传感器，依赖于伺服电机电磁制动的自锁性能可实现力值的稳定。通过plc控制伺服电机反转，可瞬间卸载形成负阶跃载荷。相比于其他已存在方案中，运动速度快，反应时间短，自身精度高，位移误差小。

本发明技术方案同时满足动态标定及静态标定和准静态标定需求。

本发明技术方案中，通过位移传感器控制电动缸伸长量，对于载荷的控制更为精确。

本发明技术方案中，采用精密的滚珠丝杠作为传动，正反转间隙更小，能实现毫秒级时间内反转，可瞬间卸载形成负阶跃载荷。

本发明技术方案中，采用立式布局，占用空间更小，实验更方便。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明轴测图；

图3为本发明mx或my标定图；

图4为本发明控制流程图；

图中：1下床身，2待测传感器，3连接板，4位移传感器，5电动缸，6减速器，7立柱，8承重板，9伺服电机，10接头，11上床身,12标准传感器,13伺服电机，14工作板,15接头，16标准传感器，17电动缸，18固定板,19立板，20加载柱，21卡头,22电动缸，23plc控制箱,24伺服电机，25标准传感器。

具体实施方式

如图1至图3所示，它包括下床身1，待测传感器2，连接板3，位移传感器4，电动缸5，减速器6，立柱7，承重板8，伺服电机9，接头10，上床身11,标准传感器12,伺服电机13，工作板14,接头15，标准传感器16，电动缸17，固定板18,立板19，加载柱20，卡头21,电动缸22，plc控制箱23,伺服电机24，标准传感器25。

所述下床身1由钢板及角钢焊接而成，钢板下方焊接两条工形钢，下床身1前后呈45度焊接两条角钢，以减少下床身1变形，下床身1上面两端焊接钢板，钢板上面开有两槽，用以固定固定板18；

所述上床身11由钢板焊接而成，下方焊接4条加强筋，以增加强度，中心有阶梯孔以便于电动缸5前端通过，上下两侧开有螺纹孔，以便于固定电动缸5；所述待测传感器2为六维力传感器，包括压力传感器及压电传感器；

所述伺服电机9由plc控制箱23控制，自带电磁制动，可维持载荷，经由减速器6减速，提高扭矩后，控制电动缸5前端往复运动；

所述伺服电机13由plc控制箱23控制，自带电磁制动，可维持载荷，控制电动缸17前端往复运动；

所述连接板3固定位移传感器4和接头10；

所述位移传感器4随电动缸5伸长端做往复直线运动，可选取不同位置作为初始点；

所述立柱7上半部有螺纹，可供承重板8上下运动；

所述承重板8左右两端都有空心圆柱，中空位置有内螺纹；

所述固定板18安装在下床身1两端的钢板上，电动缸17固定在固定板18上，通过固定板18的左右移动位置，实现对扭矩的标定；

所述接头10安装在电动缸5前端，接头10内径与电动缸5伸出端外径过盈配合；

所述接头15安装在电动缸17前端，接头15内径与电动缸17伸出端外径过盈配合；

所述工作板14固定在上床身11中央，用以固定待测传感器2；

所述立板19可固定于工作板14上，由两块钢板垂直焊接，立板19背面焊接有加强筋；

所述加载柱20为上下两面为正方形的长方体；

所述立头21通过下方圆柱与待测传感器2固定，上方立方体中间开有供加载柱通过的方孔；

所述电动缸5及电动缸17是通过滚珠丝杠控制前端轴往复运动；

所述电动缸22与电动缸17一致；

所述标准传感器25与标准传感器16一致；

所述发明的标定范围:fz为0-500kn，fx和fy为0-250kn，mz、mx、my为0-100kn/m；所述发明可同时满足动态标定及静态标定和准静态标定需求。

本发明对总体设备进行设计，搭载电荷放大器以及数据采集卡，采用电荷放大器对电压进行放大，使用数据采集卡对数据进行采集，并在电脑上进行信号处理及分析。

本发明工作原理为：

plc控制箱23控制伺服电机9正转，电动缸5变伺服电机9的转动为直线运动带动标准传感器12挤压待测传感器2，当标准传感器12达到预先设定的力值时，plc控制箱23控制伺服电机9停转，维持载荷，达到预先设定的时间，plc控制箱23控制伺服电机9反转，标准传感器12与待测传感器2瞬间脱离，产生负阶跃载荷，完成待测传感器2的fz标定。

plc控制箱23控制伺服电机13正转，安装在下床身1上的电动缸17变伺服电机13的转动为直线运动带动标准传感器16挤压待测传感器2，当标准传感器16达到预先设定的力值时，plc控制箱23控制伺服电机13停转，维持载荷，达到预先设定的时间，plc控制箱23控制伺服电机13反转，标准传感器16与待测传感器2瞬间脱离，产生负阶跃载荷，完成待测传感器2的fx或fy标定。

plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时正转，安装在下床身1上的电动缸17变伺服电机13转动为直线运动带动标准传感器16挤压待测传感器2左侧，安装在下床身1上的电动缸22变伺服电机24转动为直线运动带动标准传感器25同时挤压待测传感器2右侧，当标准传感器16和标准传感器25同时达到预先设定的力值时，plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时停转，维持载荷，达到预先设定的时间，plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时反转，标准传感器16和标准传感器25与待测传感器2同时瞬间脱离，产生负阶跃载荷，完成待测传感器2的mz标定。

将待测传感器2固定于立板19上，plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时正转，安装在下床身1上的电动缸17变伺服电机13转动为直线运动带动标准传感器16挤压加载柱20左侧，安装在下床身1上的电动缸22变伺服电机24转动为直线运动带动标准传感器25同时挤压加载柱20右侧，当标准传感器16和标准传感器25同时达到预先设定的力值时，plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时停转，维持载荷，达到预先设定的时间，plc控制箱23控制伺服电机13和伺服电机24同时反转，标准传感器16和标准传感器25与加载柱20同时瞬间脱离，产生负阶跃载荷，完成待测传感器2的mx或my标定。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。