一种用于减振球静刚度的测量装置及测量方法与流程

1.本发明属于减振球静刚度测量领域，涉及一种用于减振球静刚度的测量装置及测量方法。


背景技术：

2.减振球一般作为连接件安装在两个部件之间用于吸收振动能量，加速振动衰减，以此确保设备平稳运行。减振球的减振效果主要受其刚度值的影响，但目前市面上通常采用的橡胶或硅胶类减振球大多没有给出其具体的刚度参数，只能通过手捏的方式来感受其软硬程度，但这种方式需要在不同软硬度的减振球之间多次测试以验证其减振性能，不仅费时费力，且不能保证结果的准确性。
3.工程上通常采用胡克定律来测量弹性物体的静刚度，即给定一个固定的拉力或压力之后，通过测量其变形量，再通过给定的力除以变形量得到其静刚度值。但由于减振球的变形量一般只有0.5～2mm左右，通过一般的测量工具难以准确测量，若使用游标卡尺或千分尺虽然能准确测量变形量，但难以测得拉力或压力数据，故无法给出刚度值。而如果通过精密的力传感器和位移传感器进行测量，设备数量多、操作不便、成本高，而且只能测量大变形下的弹性体刚度值，使用范围有限。
4.如申请号为cn202210234635.2，名称为“基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法”的专利文件中涉及的微悬臂梁标定装置，其利用弹性透明体在受压变形后折射角度发生变化，从而导致光源投射的面积发生变化，利用这种特性建立力和位移之间的关系，从而进行刚度标定，但该装置需要借助精密的位移传感器，而且需要多次测试获得传感器位移与放大后的光斑直径之间的对应关系之后，才能进行标定工作，步骤复杂；如申请号为cn214894573u，名称为“一种金属软管拉压刚度测量装置”的专利文件中公开了利用推杆电机带动金属软管变形，配重块产生拉压力，通过力和刻度尺上的变形量可以求得金属软管的刚度值，但该装置只能用于测量大变形的软管刚度；再如申请号为cn212674398u，名称为“一种悬置软垫刚度测量工具”的专利文件中公开了用力传感器采集力数据，用螺纹旋转角度表征位移，然后求得静刚度值，该装置需要精密的力传感器。
5.无人机在飞行时其旋翼电机或发动机会不可避免地会产生振动，而当无人机挂载高精度成像设备在进行精密作业时需要确保相对稳定的作业环境，目前通常会采用在设备和无人机平台之间设置多个减振球的方式来降低无人机飞行时振动产生的影响。无人机在不同的作业环境中对稳定性的要求不同，因此需要结合实际情况选择减振性能符合实际需求的减振球，但现有的减振球静刚度测量装置存在结构复杂、操作不便、成本高和测量精度差的问题，无法快速有效地筛选到减振性能符合实际需求的减振球。


技术实现要素：

6.鉴于此，本发明目的在于提供一种用于减振球静刚度的测量装置及测量方法，解决减振球变形量微小而难以测量其静刚度的问题。
7.发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的试验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种用于减振球静刚度的测量装置，包括点光源发射机构、减振球安装机构和成像处理机构，所述减振球安装机构位于点光源发射机构和成像处理机构之间，所述点光源发射机构、减振球安装机构和成像处理机构的中心位于同一垂直面，所述减振球安装机构包括第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件上设有多个第一安装部，所述第二支撑件上设有与多个第一安装部配合的多个第二安装部，所述第二支撑件上设有显像件，所述成像处理机构上设有参照件，所述点光源发射机构作用于第二支撑件的显像件使其在成像处理机构上形成一条与参照件配合的水平线。
8.作为优选，所述第二支撑件上设有至少一个置物部。
9.作为优选，所述第一支撑件为托盘底座，所述第二支撑件为托盘，所述托盘底座上均布设有四个第一安装部，所述托盘上均布设有与四个第一安装部配合的四个第二安装部，所述显像件为设置在托盘上的立板。
10.作为优选，所述第一支撑件上设有用于显像件穿过的让位部。
11.作为优选，所述第一支撑件上设有多个与其垂直的第一固定部，每个第一安装部分别位于一个第一固定部上，所述第二支撑件上设有多个与其垂直的第二固定部，每个第二安装部分别位于一个第二固定部上。
12.作为优选，所述成像处理机构包括图像生成器和成像采集器，所述图像生成器安装在成像采集器上，所述参照件位于图像生成器上。
13.作为优选，所述成像处理机构还包括第三支撑件，所述成像采集器安装在第三支撑件上。
14.作为优选，所述图像生成器以自身轴心为转轴可旋转地安装在成像采集器上。
15.作为优选，所述参照件为设置在成像生成器上的成像薄膜，所述成像薄膜上设有刻度标线。
16.作为优选，还包括与成像处理机构连接的图像处理机构。
17.作为优选，还包括不透光箱体，所述不透光箱体上设有箱盖，所述点光源发射机构、减振球安装机构和成像处理机构安装在不透光箱体内。
18.作为优选，所述不透光箱体底部设有多个第四支撑件。
19.作为优选，每个第四支撑件的高度均能够调节。
20.本发明提供的另一技术方案是，提供一种用于减振球静刚度的测量方法，通过上述技术方案中的测量装置进行测量，包括以下步骤：
21.a)将n个规格相同的待测量减振球分别安装到第一支撑件的一个第一安装部和第二支撑件上与其对应的一个第二安装部之间；
22.b)调整成像处理机构上参照件相对于显像件顶部的倾斜度，记录点光源发射机构与减振球安装机构之间的距离为s1，记录光源发射机构与成像处理机构之间的距离为s2；
23.c)打开点光源发射机构作用于第二支撑件的显像件使其在成像处理机构上形成一条水平线，记录水平线与参照件之间形成的夹角为θ，记录此时水平线与参照件的重合位置为p1；
24.d)在第一支撑件上放质量为m的重物，水平线下移，记录此时水平线与参照件的重合位置为p2，得到p1和p2之间的距离l，通过δh＝l
·
sinθ计算得到水平线变化前后之间的
距离δh；
25.e)通过计算得到在第一支撑件上放质量为m的重物后n个减振球产生的实际变形量δx；
26.f)再利用胡克定律通过得到的数据计算得到单个减振球的静刚度值k,所述单个减振球的静刚度值计算公式为
27.与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：
28.a)本发明结构简单，没有采用复杂精密的力传感器和位移传感器，减少了测量设备的成本，简化了测量所需操作，通过放大减振球形变后产生的微小变形量的方式降低了测量时对减振球微小变形量测量的难度，提高了对减振球静刚度测量结果的精度和准确性。
29.b)本发明能够对减振球进行垂直方向的拉伸、压缩静刚度及水平方向静刚度的测量，通过简单改装后能够对橡胶减振球、硅胶减振球和钢丝绳减振器进行垂直方向的拉伸、压缩静刚度及水平方向静刚度的测量。
30.c)本发明能够使得工作人员快速有效地对减振球的减振性能进行测量，便于工作人员在无人机设计和装配时根据不同的作业环境和使用场景选择减振性能符合实际需求的减振球。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
32.图1是本发明实施例1的立体结构示意图。
33.图2是本发明实施例1不含点光源发射机构的主视结构示意图。
34.图3是本发明实施例1中减振球安装机构的立体结构示意图。
35.图4是本发明实施例1减振球安装机构中的第二支撑件的立体结构示意图。
36.图5是本发明实施例2中减振球安装机构的立体结构示意图。
37.图6是本发明实施例3中减振球安装机构的立体结构示意图。
38.图7是本发明实施例4的立体结构示意图。
39.图8是本发明实施例4不含点光源发射机构的主视结构示意图。
40.图9是本发明实施例4中成像处理机构的立体结构示意图。
41.图10是本发明实施例6的立体结构示意图。
42.图11是本发明实施例7的立体结构示意图。
43.图12是本发明实施例8中进行测量时的参考图。
44.图13是本发明实施例8中进行测量时成像处理结构上成像的参考图。
45.图14是本发明实施例8中进行测量时实际成像参考图。
46.图中标记分别为：100点光源发射机构、210第一支撑件、211让位部、212第一固定部、220第二支撑件、221第二安装部、222显像件、223置物部、224第二固定部、300成像处理
机构、310图像生成器、320成像采集器、330参照件、340第三支撑件、400不透光箱体、410箱盖、420第四支撑件、500减振球。
具体实施方式
47.下面结合附图与一个具体实施例进行说明。
48.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
49.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
50.实施例1：
51.参见图1至图4。本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，包括点光源发射机构100、减振球安装机构和成像处理机构300，在本实施例中，点光源发射机构100为led点光源，减振球安装机构是用于安装待测量减振球的托盘，成像处理机构是用于成像以方便测量的成像板，所述减振球安装机构位于点光源发射机构100和成像处理机构300之间，所述点光源发射机构100、减振球500安装机构和成像处理机构300的中心位于同一垂直面。
52.具体的，所述减振球安装机构包括第一支撑件210和第二支撑件220，所述第一支撑件210为托盘底座，包括矩形支撑板和其顶部设置的四个支撑柱，所述第一支撑件210上设有四个第一安装部，四个第一安装部分别位于矩形支撑板上靠近其四个角处，第一安装部为安装固定减振球一端的安装孔，所述第二支撑件220为矩形托盘，第二支撑件220上设有四个分别与第一安装部配合的第二安装部221，四个第二安装部221分别位于第二支撑件220靠近其四个角处，第二安装部221为安装固定减振球另一端的安装孔，在使用时第二支撑件220位于第一支撑件210上部，所述第二支撑件220上设有显像件222，显像件222为设置在矩形托盘上的立板，立板垂直于点光源发射机构100的发射光路径并平行于成像处理机构300，第二支撑件220上有两个关于立板对称设置的置物部223，置物部223是用于放置砝码的圆槽，置物部223能够确保砝码平稳置于第二支撑件220上，所述成像处理机构300上设有参照件330，参照件330为通过双面胶粘贴到成像处理机构300靠近减振球安装机构一侧上的刻度标尺，参照件330与点光源发射机构100作用于第二支撑件220的显像件222使其在成像处理机构300上形成的水平线呈一定斜度。
53.本实施例主要用于测量减振球垂直方向上的压缩静刚度，进行测量时，先将需要测量的四个减振球固定到减振球安装机构上，然后开启点光源发射机构100，点光源发射机构100作用于第二支撑件220的显像件222使其在成像处理机构300上形成一条与参照件330配合的水平线，记录第一次的水平线成像位置，然后在第二支撑件220的两个置物部223上放砝码，第二支撑件220受到砝码的压力并作用于减振球，减振球受到压力被压缩产生形变带动第二支撑件220上的显像件222下移，此时点光源发射机构100作用于第二支撑件220的
显像件222使其在成像处理机构300上再形成另一条与参照件330配合的水平线，记录第二次水平线的成像位置与第一次水平线成像位置做比较通过计算得到减振球垂直方向上的压缩静刚度。
54.实施例2：
55.参见图5。本实施例是实施例1进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，不同之处在于：所述第一支撑件210上设有用于显像件222穿过的让位部211。
56.本实施例能够用于测量减振球垂直方向上的压缩静刚度，在用于测量减振球垂直方向上的压缩静刚度减振球安装机构的设置方式和用法与实施例1中所述相同，第二支撑件220位于第一支撑件210上方，同时，本实施例还能够用于测量减振球垂直方向上的拉伸静刚度，在用于测量减振球垂直方向上的拉伸静刚度时，不同之处在于：第二支撑件220位于第一支撑件210下方，第二支撑件220上的显像件222穿过第一支撑件210上的让位部211与点光源发射机构100配合，在第二支撑件220上放上砝码时位于第一支撑件210和第二支撑件220之间的减振球在受到压力后会拉伸产生形变，以此测量减振球垂直方向上的拉伸静刚度。
57.实施例3：
58.参见图6。本实施例是实施例1进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，不同之处在于：所述第一支撑件210上设有四个与其垂直的第一固定部212，每个第一安装部分别位于一个第一固定部212上，所述第二支撑件220上设有四个与其垂直的第二固定部224，每个第二安装部221分别位于一个第二固定部224上。
59.本实施例主要用于测量减振球水平方向上的静刚度，在第二支撑件220上放上砝码时位于第一支撑件210和第二支撑件220之间的减振球在受到压力后会处于剪切状态并产生形变，以此测量减振球水平方向上的静刚度。
60.实施例4：
61.参见图7至图9。本实施例是上述实施例中任一实施例进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，不同之处在于：所述成像处理机构300包括图像生成器310和成像采集器320，在本实施例中，图像生成器310用于收集其上形成的水平线和数据等测量所需的相关信息并将其传递给成像采集器320，由成像采集器320进行数据的暂时储存，完成后通过成像采集器320将数据信息导出进行计算得到测量结果。
62.具体的，所述图像生成器310以自身轴心为转轴可旋转地安装在成像采集器320上，所述参照件330位于图像生成器310上，便于工作人员转动图像生成器310来调整参照件330的倾斜度，所述参照件330为设置在图像生成器310上的成像薄膜，所述成像薄膜上设有刻度标线，点光源发射机构100能够作用于第二支撑件220上的显像件222使其在形成一条与成像薄膜上的刻度标线交叉的水平线，采用成像薄膜能够更高效高质地采集测量所需信息。
63.具体的，所述成像处理机构300还包括第三支撑件340，所述成像采集器320安装在第三支撑件340上，第三支撑件340为支撑架。
64.实施例5：
65.本实施例是实施例4进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚
度的测量装置，不同之处在于：还包括与成像处理机构300连接的图像处理机构，图像处理机构为具有数据处理能力的设备如平板、计算机或手机等。
66.在本实施例中，通过图像处理机构与成像处理机构300的成像采集器320连接，连接方式可以根据实际情况自主选择有线连接或者无线连接，在测量时能够对测量过程进行观测和记录，可以根据实际情况随时进行调整，还能够对测量结果进行记录，便于后期需要时进行数据调取。
67.实施例6：
68.参见图10。本实施例是实施例5进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，不同之处在于：还包括不透光箱体400，所述不透光箱体400上设有箱盖410，所述点光源发射机构100、减振球安装机构和成像处理机构300安装在不透光箱体400内。
69.在本实施例中，通过不透光箱体400形成一个无外部干扰光源的测量环境，进一步确保测量结果的精度和准确度，箱盖410能够打开，便于测量时更换砝码和调节参照件330的倾斜度。
70.实施例7：
71.参见图11。本实施例是实施例6进一步的技术方案，本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量装置，不同之处在于：所述不透光箱体400底部设有四个第四支撑件420。
72.在本实施例中，四个第四支撑件420设置在不透光箱体400底部用于支撑，第四支撑件420能够在垂直方向进行高度变化来调整整个装置的水平。
73.实施例8：
74.参见图12至图14。本实施例所描述的一种用于减振球静刚度的测量方法，通过上述实施例中任一实施例所述的测量装置进行测量，包括以下步骤：
75.a)将作为n个规格相同的待测量减振球500分别安装到第一支撑件210的一个第一安装部和第二支撑件220上与其对应的一个第二安装部221之间；
76.b)调整成像处理机构300上参照件330相对于显像件222顶部的倾斜度，参照件330的顶部在成像处理机构300形成一条斜线l0，记录点光源发射机构100与减振球安装机构之间的距离为s1，记录光源发射机构与成像处理机构300之间的距离为s2；
77.c)打开点光源发射机构100作用于第二支撑件220的显像件222使其在成像处理机构300上形成一条水平线l1，记录水平线与参照件330之间形成的夹角为θ，记录此时水平线l1与参照件330的顶部在成像处理机构300形成的斜线l0的重合位置为p1；
78.d)在第一支撑件210上放质量为m的重物，水平线l1下移，形成新的水平线l2，记录此时水平线l2与参照件330的顶部在成像处理机构300形成的斜线l0的重合位置为p2，得到p1和p2之间的距离l，通过δh＝l
·
sinθ计算得到变化前后水平线l1和水平线l2之间的距离δh；
79.e)通过计算得到在第一支撑件210上放质量为m的重物后n个减振球500产生的实际变形量δx；
80.f)再利用胡克定律通过得到的数据计算得到单个减振球500的静刚度值k,所述单个减振球500的静刚度值计算公式为即
81.在本实施例中，θ夹角设置在2
°
～5
°
之间，能够将变化前后水平线l1和水平线l2之间的距离δh放大11～28倍。
82.实施例9：
83.本实施例为某种减振球的垂直静刚度测量试验，通过实施例8所述的测量方法进行测量，采用重量为500g的砝码两个，θ夹角为2.2
°
，测量结果如下表所示：
[0084][0085]
通过计算得到该种减振球的静刚度为3.2n/mm，能够得到在1000g砝码的载荷作用下，单个减振球的变形量只有0.77mm，但经过本装置放大后变化量为22.5mm，放大了29.2倍。
[0086]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0087]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0088]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0089]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0090]
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的
普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。