信的各种接口和输入/输出 端。微处理器10的组件相互连接，以实现各个组件之间以及与CPU10. 7的通信。为简单 起见，仅部分相互连接示于图3A中。
[0049] 微处理器10通过3线到1线的差分多路复用器10. 1接收来自外部多路复用器9 的输入信号（即力输入信号）。反过来，微处理器10通过3位总线接口 10. 13与外部的多 路复用器9通信。具有增益GrcA的可编程增益放大器10. 2将多路复用器10. 1的输出信号 连接至12位差分输入信号模数转换器（ADC) 10. 3的输入端。信号调整器104将采用放大 器10. 2接收的来自信号调整电路1~6的多路复用模拟力信号进行放大并使用ADC10. 3 将放大后的信号转换成数字信号。然后，得到数字化后的力信号用作进一步处理，例如根据 校准数据对信号进行调整。校准数据包括接收自测力台102的非易失存储器307的校准数 据，并且也可以包括存储在微处理器10的非易失存储器10. 8中的信号调整校准数据。
[0050] 返回去参照附图2,沿测力板轴的正交x、y、z坐标系的轴发生作用的分力被标记 为Fx、Fy和Fz。绕每个力轴旋转的力矩和扭矩的分量被标记为Mx、My和Mz。测力台102 提供六个输出通道。每个通道代表六个施加负载分量中的其中一个，即三个正交的力以及 三个正交力矩和正交扭矩。当一个通道所施加的负载的某些部分出现在另一通道的输出端 时，即发生串扰。这个残余输出由测量设备的机械/电学局限性引起并可以校正。修正可 以通过在关键位置处将已知的力、力矩和扭矩施加到每个测力台102上并记录所有通道的 输出信号来完成。由该输出信号，可以得到6X6的校准矩阵（参见下表1)。在表1中，Fx、 Fy、Fz、Mx、My、Mz表示所施加的负载分量，而VFx、VFy、VFz、VMx、VMy、VMz是测量值。然后， 该矩阵（也称为灵敏度矩阵）用于将来自每个通道的输出信号转换成工程单位并用于串扰 校正。
[0051] 表1:校准矩阵样本
【主权项】
1. 一种用于校准测力台的方法，包括： 提供测力台并通过计算设备在测力台的上表面铺设一个nXm的栅格，其中所述nXm 个栅格包括所述测力台上沿X轴的n个点和沿Y轴的m个点； 沿垂直于所述X轴和Y轴的Z轴以及沿X轴和沿Y轴在上表面的nXm个栅格点的每 一点上施加P个已知负载； 沿X轴、y轴和z轴在每个栅格点处对每个已知负载进行多点测量； 生成针对每个栅格点的六个测量输出信号、准确位置坐标和施加的已知负载量值； 组成含有针对每个栅格点的六个未知数和施加的已知负载的六个方程的nXmXp数 组； 对组成的方程求解，得到每个栅格点的位置和负载的特征校准矩阵； 将得到的所有栅格点的位置和负载特征校准矩阵输入校准表格中，并将校准表格存储 在非易失性存储器中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述p个已知负载通过3-D笛卡尔负载设备进行 施加。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述施加的p个已知负载包括在零到全量程（Full 5〇&16〇 &?8(^七7，？5〇的范围内、增量为10%的量值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述n个点和m个点包括在1~20的范围内的数 值。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述这六个测量输出信号包括三个分力Fx、Fy、Fx 以及三个分力矩Mx、My、Mz。
6. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括提供估值算法并将全局测力台校准矩阵存 储在所述非易失性存储器中，其中所述估值算法配置用于通过将全局测力台校准矩阵应用 到未知施加负载的测量的测力台输出信号上来生成量值和位置的第一估值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述未知施加负载的量值和位置的第一估值用于 确定校准表格内的位置和负载特征校准矩阵。
8. 根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括通过将确定的位置和负载特征校 准矩阵应用于未知负载的测力台输出测量值来生成所施加的未知负载的准确量值和位置。
9. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过将NIST可追踪的固定荷重施加到上表 面的栅格点来验证所述得到的位置和负载特征校准矩阵。
10. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用上十点和下十点的校准方案在八个 栅格点处测量二级特性。
11. 一种用于校准测力台的系统，包括： 一个测力台； 配置用于将nXm栅格铺在测力台上表面的计算设备，其中所述nXm栅格包括n个沿 所述测力台X轴的点，以及m个沿测力台Y轴的点； 3-D笛卡尔负载设备，所述3D笛卡尔负载设备配置用于沿着垂直于X轴和Y轴的Z轴 以及沿着X轴和Y轴将p个已知的负载施加到上表面的nXm栅格点上的每一个点上； 传感器，所述传感器配置用于沿所述X、Y和Z轴在每个栅格点处对每个已施加的已知 负载进行多点测量，然后生成针对每个栅格点的六个测量输出信号、准确位置的坐标以及 所施加的已知负载量值； 一种算法，所述算法用于对含有针对每个栅格点的六个未知数和施加的已知负载的六 个方程组成的nXmXp数组进行求解，并用于推导出每个栅格点的位置和负载特征校准矩 阵；非易失性内存，其配置用于将所得到的所有栅格点的位置和负载特征校准矩阵输入校 准表格中。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中所施加的p个已知负载包括在零到全量程 (FullScaleCapacity，FSC)范围内、增量为 10%的量值。
13. 根据权利要求11所述的系统，其中所述n个点和m个点包括在1~20的范围内的 值。
14. 根据权利要求11所述的系统，其中所述这六个测量输出信号包括三个分力Fx、Fy、 Fx以及三个分力矩Mx、My、Mz。
15. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括估值算法和全局测力台校准矩阵，其中 所述估值算法配置用于通过将全局测力台校准矩阵应用到未知施加负载的测力台的输出 测量值上来生成在测力台上的未知施加负载的量值和位置的第一估值。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中未知施加负载的量值和位置的第一估值用于确 定校准表格内的位置和负载特征校准矩阵。
17. 根据权利要求16所述的系统，进一步包括通过将确定的位置和负载特征校准矩阵 应用于未知负载的测力台输出测量值来生成所施加的未知负载的准确量值和位置的测量 值修正算法。
18. -种经校准的测力台，包括： 存储包括位置和负载特征校准矩阵的校准表格的非易失性存储器。
19. 根据权利要求18所述的校准的测力台，其中位置和负载特征校准矩阵对应于测力 台上表面的nXm个栅格点以及沿垂直于所述上表面的轴施加的p个已知负载。
20. 根据权利要求18所述的校准的测力台，进一步包括全局校准矩阵。
21. 根据权利要求20所述的校准的测力台，进一步包括估值算法，所述估值算法配置 用于通过将全局校准矩阵应用于测量得出的测力台输出值来生成测力台上未知的施加负 载和位置坐标的第一估值。
22. 根据权利要求21所述的校准的测力台，其中未知的施加负载和位置坐标的第一估 值用于确定校准表格内的位置特征校准矩阵。
23. 根据权利要求20所述的校准的测力台，进一步包括修正算法，所述修正算法配置 用于通过将确定的位置特征校准矩阵应用于测量得出的测力台输出值来生成施加的未知 负载量值和位置坐标的准确测量值。
【专利摘要】一种校准测力台的方法，包括：提供测力台并通过计算设备在测力台的上表面铺一张n×m的栅格。接着，沿垂直于X轴和Y轴的Z轴以及沿X轴和Y轴将p个负载施加在上表面的每个n×m栅格点上。再接着，沿X、Y和Z轴在每个栅格点处对施加的已知负载进行多点测量，生成针对每个栅格点的六个测量输出信号、准确位置和施加的已知负载。再接着，组建一个含有针对每个栅格点的六个未知数和施加的已知负载的六个方程的n×m×p数组，然后对组成的方程组进行求解，得到每个栅格点的位置和负载特征校准矩阵。
【IPC分类】G01L5-00, G01L25-00
【公开号】CN104813151
【申请号】CN201280076075
【发明人】B·F·怀特, F·鲁兰, F·J·卡里尼亚, A·德儒丁, G·格莱斯
【申请人】先进机械技术有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2012年9月28日
【公告号】CA2884944A1, EP2901125A1, US20130298633, WO2014051599A1