平面刚度柔度测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及三坐标测量机技术领域，具体是一种测量平面刚度和柔度的测量装置。


背景技术：

2.刚度是指材料或者结构在受外力时抵抗弹性形变的能力，是材料或结构弹性形变难易程度的表征。在宏观弹性范围内，刚度是零件载荷与位移成正比的比例系数，即引起单位位移所需的力。刚度的倒数称为柔度，即单位力引起的位移。
3.刚度和柔度是很多产品性能的重要参数，比如手机，手机出厂前一般都有刚度和柔度检测需求。
4.产品的平面刚度的测量主要是提供单位位移，并能精确的读取到反馈的力；柔度的测量是需要一个稳定的力，并能精确读取到引起的位移。现在很多装置都是单一测量，数据不准，采集慢，操作繁琐，不能满足现在检测高效率的需求。同时，产品平面刚度和柔度的测量一般都是在实验室抽检，为了产品后续的量产，对时间及准确度的要求越来越高，因此亟待设计一种平面刚度柔度测量装置，实现快速、准确地检测产品平面的刚度和柔度。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种平面刚度柔度测量装置，可以解决现有技术产品平面刚度柔度测量效率慢，精度低的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是，一种平面刚度柔度测量装置，包括：
7.总控系统；
8.电气控制系统，其与所述总控系统通信连接；
9.三坐标测量机，其与所述总控系统通信连接，其包括工作台；
10.三轴运动平台，其包括基板、x向直线模组、y向直线模组和z向直线模组，所述基板可拆卸地设在所述工作台的台面上，所述x向直线模组和所述y向直线模组均设在所述基板上，所述x向直线模组位于所述y向直线模组的上方，所述z向直线模组设在所述x向直线模组上以可沿x向移动；
11.装夹机构，其包括固定底板和设在所述固定底板上的夹具，所述固定底板设在所述y向直线模组上使所述装夹机构可沿y向移动，所述夹具配置为将待测产品装夹到位时，产品的待测平面保持水平；
12.力加载单元，其设在所述z向直线模组上以可沿z向移动，所述力加载单元包括压力传感器、压头和评价板，所述压头和所述评价板均连接在所述压力传感器上，所述压头竖直设置，所述评价板具有水平基准面。
13.所述夹具包括柔性夹持定位工装、z向定位部件和驱动所述z向定位部件z向移动的z向驱动部件，所述z向定位部件具有与待测平面配合的水平定位面。
14.所述z向驱动部件为竖直向下设置的螺旋测微器，所述z向定位部件位于所述螺旋测微器的下方且与所述螺旋测微器的测微螺杆固定连接。
15.所述z向驱动部件与所述z向定位部件之间还设有导向部件，用于对所述z向定位部件的z向移动进行导向。
16.所述z向定位部件数量至少为3个，其沿所述待测平面的周向布设，所述z向驱动部件与所述z向定位部件一一对应设置。
17.所述夹具还包括x向移动组件和y向移动组件，所述y向移动组件设在所述固定底板上，所述x向移动组件设在所述y向移动组件的移动部上，所述z向驱动部件设在所述x向移动组件的移动部上，所述x向移动组件和所述y向移动组件均配置有钳制器。
18.所述装夹机构还包括设在所述固定底板上的x向定位基准和y向定位基准，定位时待测产品抵靠在所述x向定位基准和y向定位基准上。
19.所述x向定位基准上设有可沿x向滑动的x向定位块以及对所述x向定位块定位的定位部件，所述y向定位基准上设有可沿y向滑动的y向定位块以及对所述y向定位块定位的定位部件。
20.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和积极效果：
21.本实用新型在三坐标测量机上集成多轴运动平台、装夹机构和力加载单元，多轴运动平台能够按照设定带动待测产品运动，装夹机构能够实现待测产品的装夹固定，使其待测平面保持为较高精度的水平面，力加载单元设置z向直线模组上，在z向直线模组的带动下可以实现压头按设定位移值和设定压力值两种方式下压，通过三坐标测量机来精准地测量待测产品的形变量，即两种方式下压对应获得的刚度和柔度，即采用一套本实用新型测量装置即可实现刚度测量和柔度测量，且测量准确性高，自动化程度高，效率高。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例中平面刚度柔度测量装置的立体图；
24.图2为本实用新型实施例中多轴运动平台、装夹机构及力加载单元装配结构立体图；
25.图3为本实用新型实施例中装夹机构立体图；
26.图4为图3的a部结构放大图；
27.图5为本实用新型实施例中力加载单元立体图。
28.附图标记：100、三坐标测量机；110、工作台；200、多轴运动平台；210、x向直线模组；220、y向直线模组；230、z向直线模组；240、支架；250、基板；300、装夹机构；310、固定底板；320、夹具；321、柔性夹持定位工装；322、z向定位部件；323、z向驱动部件；324、水平定位面；325、x向移动组件；326、y向移动组件；327、连接架；327a、上水平部；327b、下水平部；328、导向柱；329、直线导轨钳制器；330、x向定位基准；340、y向定位基准；350、x向定位块；400、力加载单元；410、压力传感器；420、压头；430、评价板；431、水平基准面；1、产品；1.1、
待测平面。
具体实施方式
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.参照图1至图5，本实施例一种平面刚度柔度测量装置，包括总控系统、电气控制系统、三坐标测量机100、多轴运动平台200、装夹机构300和力加载单元400。
32.其中，电气控制系统与总控系统通信连接，三坐标测量机100为现有三坐标测量机，其也与总控系统通信连接。其设在三坐标测量机100的工作台110上，多轴运动平台200
33.多轴运动平台200具体为三轴运动平台，包括基板250、x向直线模组210、y向直线模组220和z向直线模组230，基板250可拆卸地设置在工作台110上，x向直线模组210和y向直线模组220均设在基板250上。具体地，x向直线模组210的两端分别固设在一竖立设置的支架240上，支架240的底端固设在基板250上，使x向直线模组210位于y向直线模组220的上方，即位置高出y向直线模组220，z向直线模组230设在x向直线模组210上，则x向直线模组210可带动z向直线模组230沿三坐标测量机100的x向移动；本实施例中x向直线模组210、y向直线模组220和z向直线模组230均为直线导轨，z向直线模组230设在x向直线模组210的滑块上。多轴运动平台200整体设在一基板250上，基板250可拆卸地设置在工作台110上，以方便多轴运动平台200、装夹机构300和力加载单元400以一个整体的结构形式实现在工作台110上的拆装，使得三坐标测量机100除了进行本实施例的平面刚度、柔度测量外，还可以将多轴运动平台200、装夹机构300和力加载单元400构成的整体拆卸下来，使三坐标测量机100进行其他常规的测量工作。
34.装夹机构300包括固定底板310和设在固定底板310上的夹具320，固定底板310设在y向直线模组220上，具体设在y向直线模组220的滑块上以可沿三坐标测量机100的y向移动，夹具320配置为将产品1装夹到位时，产品1的待测平面1.1保持水平。
35.力加载单元400设在z向直线模组230上，具体设在z向直线模组230的滑块上以可沿三坐标测量机100的z向移动。力加载单元400包括压力传感器410、压头420和评价板430，压头420和评价板430均连接在压力传感器410上，压头420竖直设置，评价板430具有水平基准面431。
36.采用本实施例平面刚度柔度测量装置进行平面刚度测量时，具体步骤如下：
37.1）测量装置系统初始化，进入准备测量状态；
38.2）产品1在装夹机构300的夹具320上装夹到位；
39.3）设定产品待测平面1.1上的测量区域、测量点位数和力加载单元400的下压位移值，以及压头420下压的压力值；
40.4）z轴运动机构230带动力加载单元400移动至压头420接触待测平面1.1的一测量点位，力加载单元400沿z向继续移动使压头下压待测平面1.1至移动位移量达到设定位移
值，压力传感器410实时采集此时压头420对待测平面1.1的压力值，即获取该测量点位在设定位移值下的压力，即产品该点的刚度；然后循环测量其他点位，直至所有点位刚度测量完成。
41.采用本实施例平面刚度柔度测量装置进行平面柔度测量时，具体步骤如下：
42.1）测量装置系统初始化，进入准备测量状态；
43.2）产品1在装夹机构300的夹具320上装夹到位；
44.3）设定产品待测平面1.1上的测量区域、测量点位数和力加载单元400的下压位移值，以及压头420下压的压力值；
45.4）z轴运动机构230带动力加载单元400移动至待测平面1.1的一测量点位，力加载单元400继续沿z向向下移动至压头420接触待测平面1.1，z轴运动机构230停止，三坐标测量机100启动，测量评价板430的水平基准面431的高度并记录为h1，然后z轴运动机构230开启，带动力加载单元400继续沿z向下压待测平面1.1直至压力传感器410采集到的压力值达到设定压力值，z轴运动机构230停止，再启动三坐标测量机测量水平基准面431的高度并记录为h2，获取h1与h2的差值，即获取该测量点位在设定压力值下的位移，即产品该点的柔度；循环测量直至所有点位柔度测量完成。
46.具体地，评价板430可以是圆盘或半圆盘，测量其水平基准面431的高度h1、h2时，选取水平基准面431上分散的3个点测量，h1、h2均对应取平均高度。评价板430与压头420同轴安装在压力传感器410的检测端上。
47.由于待测产品1种类繁多、规格不同，尺寸不同，为使本实施例中夹具可以自适应产品外形，夹具320包括柔性夹持定位工装321、z向定位部件322和驱动z向定位部件322进行z向移动的z向驱动部件323，z向定位部件322具有与待测平面1.1配合的水平定位面324。柔性夹持定位工装321具体是气动柔性夹持定位工装，其每根回弹柱销都是独立回弹的，可以随工件外形而精确定型，成为任何轮廓。
48.装夹时，柔性夹持定位工装321处于松开状态，即放气状态，将z向定位部件322沿z向向上移出一定距离以便放置产品1，对产品1进行初定位后，将z向定位部件322沿z向移动至设定高度后停止移动，开启柔性夹持定位工装321进行充气，使产品1升至其待测平面与z向定位部件322的水平定位面324抵靠贴合实现定位，由于z向定位部件322的水平定位面324保持水平，则使得产品1的待测平面1.1保持水平。
49.本实施例中柔性夹持定位工装321由8块区域组成，各区域面积较小，总体组成一个大面积夹持定位区域，以最大程度地适应各种尺寸、型号的产品，相邻区域之间的间隔空间填充有伸缩性海绵，保证最大限度支撑。柔性夹持定位工装321采用气动锁紧方式，配置有手动阀，拨动手动阀即可实现柔性夹持定位工装321的充气和放气，即完成夹具的锁紧及松开，方便快捷。
50.本实施例中z向定位部件322为定位块，如图4所示，其具有倒l形缺口，水平定位面324即为倒l形缺口的水平面，倒l形缺口的竖直面抵靠在产品1的侧面上，对其进一步定位。z向驱动部件323为竖直向下设置的螺旋测微器，z向定位部件322位于z向定位部件322（螺旋测微器）的下方且与z向定位部件322的测微螺杆固定连接。螺旋测微器精度为0.01mm，精度高，通过调节螺旋测微器使z向定位部件322上下移动，使得z向定位部件322移动精度高。
51.为进一步提高z向定位部件322沿z向移动的稳定性，提高定位精度，z向驱动部件
323与z向定位部件322之间还设有导向部件，用于对z向定位部件322的z向移动进行导向。
52.进一步地，如图3所示，z向定位部件322数量至少为3个，实现至少三点定位，其沿待测平面1.1的周向布设，z向驱动部件323与z向定位部件322一一对应设置，以提高定位精度。
53.进一步地，夹具320还包括x向移动组件325和y向移动组件326，y向移动组件326设在固定底板310上，x向移动组件325设在y向移动组件326的移动部上，以可随y向移动组件326的移动部y向移动，z向驱动部件323设在x向移动组件325的移动部上，以使z向驱动部件323能够随x向移动组件325的移动部实现x向移动，由于x向移动组件325本身可随y向移动组件326的移动部y向移动，则z向驱动部件323整体可进行x向移动和y向移动，进而带动z向定位部件322实现x向移动、y向移动和z向移动，以便能够扩大定位范围，更好地适用于不同尺寸产品的定位检测需求。
54.具体而言，x向移动组件325和y向移动组件326均为直线模组，z向驱动部件323通过一近似z形的连接架327连接于x向移动组件325的移动部即滑块上，连接架327具有相互平行的上水平部327a和位于上水平部327a下方的下水平部327b，上水平部327a通过螺钉连接于x向移动组件325的滑块，z向驱动部件323垂直设置在下水平部327b上，z向定位部件322位于下水平部327b的下方，z向驱动部件323的测微螺杆穿过下水平部327b上连接于z向定位部件322。x向移动组件325的滑块和y向移动组件326的滑块均对应设置有直线导轨钳制器329，在z向定位部件322位置调整完毕后，直线导轨钳制器329可以锁紧导轨滑块，保证在测量过程中位置无变动，进一步提高z向定位部件322的定位可靠性。
55.z向驱动部件323与z向定位部件322之间还设有导向部件为设在下水平部327b上的导向柱328，z向定位部件322上对应设有导向孔，其顶端固连于下水平部327b测微螺杆，底端与z向定位部件322上的导向孔滑动导向配合，以对z向定位部件322的z向移动进一步导向。
56.为保证不同尺寸的产品放置在柔性夹持定位工装321上时都能有统一的基准坐标，以保证每次放置产品1时位置的一致性，如图3所示，本实施例中装夹机构300还包括设在固定底板310上的x向定位基准330和y向定位基准340，定位时待测产品1抵靠在x向定位基准330和y向定位基准340上。x向定位基准330为平行于三坐标测量机100的x向的矩形条状结构，y向定位基准340为平行于三坐标测量机100的y向的矩形条状结构，二者形成xy坐标系，其相交点可设为坐标零点。产品1在柔性夹持定位工装321上初始定位时，同时抵靠在x向定位基准330和y向定位基准340上，这样不同尺寸的产品1分别定位在柔性夹持定位工装321上时，都能有统一的定位基准坐标，以保证每次放置产品1时位置的一致性，减小重复定位，提高检测效率。
57.进一步地，x向定位基准330上设有可沿x向滑动的x向定位块350，以及对x向定位块350移动到位后进行定位的定位部件，y向定位基准340上均设有可沿y向滑动的y向定位块（未示出），x向定位块350和y向定位块均向上凸出于x向定位基准330和y向定位基准340上方，产品1在柔性夹持定位工装321上初始定位时，具体抵靠在x向定位块350和y向定位块上，通过移动x向定位块350和y向定位块的位置以适应不同的产品，进一步提高了定位灵活性，同时能够提高x向定位基准330和y向定位基准340上能够定位的产品高度范围，提高了其普适性。
58.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。