专利名称：高精度力传感器动态标定校准装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械领域，特别涉及ー种高精度力传感器动态标定校准装置。
背景技术：
自动控制系统和信息系统功能的实现很大程度上要依赖于传感器，传感器技术直接影响到自动控制系统和信息系统的整体水平，传感器技术的使用程度越高，エ业自动化的程度就越高。传感器产业在国内外被公认为最有前途的产业，具有高技术含量、广阔的市场应用前景、很好的经济效益等优点。传感器测量的物理信号基本上可以分为两种，一种是对稳态或静态的物理信号进行測量，这种物理信号不随时间发生变化或变化的速度很慢。另ー种是对动态或周期变化的物理信号进行测量，这种物理信号是随时间发生变化的。由于输入的物理信号不同，传感 器所表现出来的输入ー输出特性也不同，不同的传感器的内部參数不同，也会表现出不同的动态特性和静态特性。即使静态特性很好的传感器，当被测物理信号随时间发生变化吋，如果传感器的输出量不能对输入量很好的跟随，就可能会导致很大的误差。カ传感器的标定分为两种动态标定和静态标定。目前力传感器的静态标定技术的发展已经相当的成熟，主要是使用测カ砝码和拉压式测カ计对カ传感器进行标定，整个过程都是通过人工来操作完成的，不能实现自动化，因此，在标定的过程中会消耗操作人员大量的体力。力传感器的动态标定是通过实验得到力传感器的性能指标，目前一般是采用实验的方法对カ传感器进行动态标定。静态特性好的カ传感器，动态特性不一定好，ー个カ传感器可能会在測量静态信号时工作稳定、性能优良。但是在对动态信号进行测量时就会有很大的失真，甚至会无法正常的工作，所以对カ传感器进行动态标定是非常必要的。
发明内容本实用新型的目的在于提供ー种高精度力传感器动态标定校准装置，解决了静态标定中需要耗费操作人员大量的体力、无法实现自动化，以及在对动态信号进行测量时易出现失真，甚至会无法正常工作等问题。本实用新型可以对不同型号和尺寸的传感器进行静态和动态的标定，实现カ传感器标定的自动化。通过对伺服电机进行控制可以实现对不同的载荷形式进行标定测试，可以对カ传感器在不同的加载速度下进行标定测试，周期循环加载测试，定时脉冲加载测试等。对カ传感器的多个动态性能指标进行测试，以达到对其进行准确、闻效标定的目的。本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现高精度力传感器动态标定校准装置,包括机架、驱动单元、动カ传递及转换单元、标准カ传感器和支撑导向単元，所述机架包括支撑脚1、11、111、1￥21、41、42、43、底板20、立柱 I、II、III、IV17、18、23、24、定位螺母 I、n、III、IVl4、16、27、40 和平台板 13，所述支撑脚I、II、III、IV21、41、42、43分别安装在底板20上，所述底板20通过立柱I、II、III、IV17、18、23、24与平台板13连接为一体，所述定位螺母I ,IIJILIV 14、16、27、40分别与立柱I、IKIILIV 17、18、23、24 上的螺纹配合；所述驱动单元为伺服电机19，伺服电机19的法兰安装孔与减速机22上螺纹孔配合，通过内六角螺栓将伺服电机19固定在減速机22上，伺服电机19的输出轴与減速机22的输入中空轴相配合；所述动カ传递及转换单元包括减速机22、滚珠丝杠28、滚珠丝杠支座I、II 10,25和U形连接板32，所述减速机22固定安装在底板20上，滚珠丝杠28直接与减速机22的输出中空轴相连接，滚珠丝杠28通过滚珠丝杠支座I、11 10、25进行固定,滚珠丝杠支座I 10安装在滚珠丝杠支座安装板12上，滚珠丝杠支座II 25安装在平台板13上；所述支撑导向单元包括圆柱光轴I、II 1、37、直线轴 承I、II 9、34、滚珠丝杠支座安装板12、运动横梁8、固定横梁3、胀紧套I、II、III、IV 2、11、30、39、标准カ传感器安装板4和被标定校准力传感器安装板7，所述圆柱光轴I、II 1、37分别通过圆柱光轴固定螺母I、II 15、26安装在平台板13上，所述滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套II、111 11、30固定在圆柱光轴I、II 1、37上，所述运动横梁8上安装有直线轴承I、II 9、34，所述直线轴承I、
II9、34可以沿圆柱光轴I、11 1、37自由滑动，所述固定横梁3通过胀紧套I、IV 2、39固定在圆柱光轴I、11 1、37上，标准カ传感器安装板4通过内六角螺栓III 38安装在固定横梁3上，另一端与标准カ传感器5相连，被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓II 35固定在运动横梁8上，另外一端与被标定校准力传感器36相连。所述的底板20 上设有支撑脚 I、II、III、IV21、41、42、43，立柱 I、II、III、IV 17、18、23、24 上分别设有定位螺母 I ,IIJILIV 14、16、27、40，通过立柱 I ,IIJILIV 17、18、23、24
对平台板13进行支撑。所述的伺服电机19直接安装在減速机22上，伺服电机19的输出轴与減速机22的输入中空轴相配合。所述的减速机22的输出轴为中空轴，中空轴与滚珠丝杠28相配合；滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套II、III 11、30固定在圆柱光轴I、11 1、37上。所述的运动横梁8上装有直线轴承I、II 9、34，所述直线轴承I、II 9、34分别与圆柱光轴I、11 I、37相配合。所述的U形连接板32的一端与滚珠丝杠螺母29相连，另一端通过圆柱销33与运动横梁8相连接。所述的固定横梁3通过胀紧套I、IV 2、39固定在圆柱光轴I、II 1、37上；固定横梁3上装有标准カ传感器安装板4，运动横梁8上装有被标定校准力传感器安装板7。本实用新型的有益效果在于提供了ー种高精度力传感器动态标定校准装置，该装置具有性能可靠、标定校准精度高、结构简单、安装拆卸方便、成本较低等优点。本实用新型可以实现力传感器的自动化标定，力传感器作为传感器家族中的重要的ー员，被广泛的应用在汽车制造、新能源、智能机器人、航空航天、石油化工、采矿机械、国防エ业、医学器材等领域中。对如此广泛应用的カ传感器如果不能进行自动化的标定校准，将会造成人力资源的巨大浪费，同时也不利于劳动生产率的提高，不利于现代エ业的生产管理。本实用新型可以非常有针对性的对上述问题进行有效的解决，因此本实用新型具有很高的科研价值和良好的市场应用前景。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进ー步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。图I为本实用新型的等轴测视图；图2为本实用新型的主视图；图3为本实用新型的左视图；图4为本实用新型的U形连接板等轴测视图。图中1、圆柱光轴I;2、胀紧套I ;3、固定横梁；4、标准カ传感器安装板；5、标准カ传感器； 6、被标定校准力传感器预紧螺母；7、被标定校准力传感器安装板；8、运动横梁；9、直线轴承I;10、滚珠丝杠支座I ;11、胀紧套II ;12、滚珠丝杠支座安装板；13、平台板；14、定位螺母I ;15、圆柱光轴固定螺母I ;16、定位螺母II ；17、立柱I ;18、立柱II ；19、伺服电机；20、底板；21、支撑脚I ;22、减速机；23、立柱III;24、立柱IV ；25、滚珠丝杠支座II ;26、圆柱光轴固定螺母II ;27、定位螺母III ;28、滚珠丝杠；29、丝杠螺母；30、胀紧套III;31、内六角螺栓I ;32、U形连接板；33、圆柱销；34、直线轴承II;35、内六角螺栓II;36、被标定校准カ传感器；37、圆柱光轴II;38、内六角螺栓III; 39、胀紧套IV ;40、定位螺母IV ;41、支撑脚II ; 42、支撑脚III;43、支撑
脚IV。
具体实施方式
以下结合附图进ー步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式
。參见图I至图3，本实用新型的高精度力传感器动态标定校准装置，包括机架、驱动单元、动カ传递及转换单元、标准カ传感器和支撑导向単元，所述的机架由支撑脚I、II、IILIV 21、41、42、43、底板 20、立柱 I、IIJILIV 17、18、23、24、定位螺母 I、IIJILIV 14、16、27,40和平台板13构成，所述支撑脚I、II JILIV 21、41、42、43安装在底板20上，支撑脚
I、IKIILIV 21、41、42、43可以对这个装置起到支撑的作用，支撑脚I、IKIILIV 21、41、42,43与底板20之间为螺纹连接，通过对支撑脚I、II、III、IV 21、41、42、43螺纹的旋入深度进行调节，可以使整个装置在放置时更加的稳定、可靠。立柱I、II、III、IV 17、18、23、24将底板20和平台板13连接起来使其成为一体，定位螺母I、II、III、IV 14、16、27、40分别与立柱I > IKIILIV 17、18、23、24上的螺纹配合。底板20上安装有支撑脚I、II、III、IV21、41、42、43，支撑脚I、II、III、IV 21、41、42、43可以对整个装置起到支撑的作用，通过对支撑脚1、11、111、1￥21、41、42、43进行调节，可以使得整个装置在放置时更加的稳定。通过对立柱I > IKIILIV 17、18、23、24上的定位螺母I ,IIJILIV 14、16、27、40的位置进行调节，可以保证平台板13处于水平位置。所述的驱动单元为伺服电机19，伺服电机19的法兰安装孔与减速机22上螺纹孔配合，通过内六角螺栓将伺服电机19固定在減速机22上，伺服电机19的输出轴与減速机22的输入中空轴相配合，这种传动方式相对于通过联轴器进行动カ传动，可以使得传动精度更高，整个装置也能够更加的紧凑，通过对伺服电机19进行控制，可以对整个测试过程进行有效的控制，通过对伺服电机19的转速、转向进行控制，可以得到不同的标定测试类型，通过向伺服电机19发出不同频率的脉冲，可以对被标定校准力传感器36进行不同载荷形式下的标定校准，从而得到被标定校准力传感器36的不同的动态响应參数，以来达到对其进行更加准确标定校准的目的。 所述的动力传递及转换单元由減速机22、滚珠丝杠28、丝杠螺母29、滚珠丝杠支座I、11 10、25和U形连接板32组成。减速机22安装在底板20上通过螺栓进行固定，减速机22可以实现減速增矩的功能，同时传递动カ并使得动カ的传递方向发生改变。滚珠丝杠28直接与减速机22的输出中空轴相配合，滚珠丝杠28通过两端的滚珠丝杠支座I、II 10、25进行固定，滚珠丝杠支座I 10安装在滚珠丝杠支座安装板12上，滚珠丝杠支座II 25安装在平台板13上，滚珠丝杠28与丝杠螺母29相配合将旋转运动转化为相应的直线运动，为标定校准测试过程提供动カ。U形连接板32的一端与滚珠丝杠螺母29相连，另一端通过圆柱销33与运动横梁8相连接。減速机22可以实现減速增矩的功能，同时使得动カ的传递方向发生改变，滚珠丝杠28与丝杠螺母29相配合将旋转运动转化为相应的直线运动，为标定校准测试过程提供动力，U形连接板32将动カ传递给运动横梁8，通过圆柱销33将ニ者连接起来，U形连接板32可以绕圆柱销33的轴线有一定幅度的摆动，使得拉伸过程为轴向拉伸，同时也使得装配过程变得更加简单易行。所述的支撑导向単元由圆柱光轴I、II 1、37、直线轴承I、II 9、34、滚珠丝杠支座安装板12、运动横梁8、固定横梁3、胀紧套I、II JILIV 2、11、30、39、标准カ传感器安装板4和被标定校准力传感器安装板7构成。圆柱光轴I、II 1、37分别通过圆柱光轴固定螺母I >11 15、26安装在平台板13上，圆柱光轴I、11 1、37起到了支撑和导向的作用，是其它主要零部件的安装基体，与直线轴承I、11 9、34相配合起到导向作用，使得标定校准的精度更高。滚珠丝杠支座安装板12通过胀紧套II、III 11、30及内六角螺栓I 31固定在圆柱光轴I >11 1、37上，运动横梁8上安装有直线轴承I、11 9、34，直线轴承I、11 9、34可以沿圆柱光轴I、II 1、37自由滑动，直线轴承I、II 9、34与圆柱光轴I、II 1、37相配合不仅起到导向作用，同时也使得加载过程更加流畅，直线轴承I、11 9、34与圆柱光轴I、11 1、37之间为滚动摩擦，摩擦カ极小，可以提高测试准确性及加载响应速度。固定横梁3通过胀紧套I、1￥2、39固定在圆柱光轴1、11 1、37上。标准カ传感器安装板4通过内六角螺栓III 38安装在固定横梁3上，标准カ传感器安装板4上安装有标准カ传感器5，被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓II 35固定在运动横梁8上，被标定校准力传感器安装板7上安装有被标定校准力传感器36，被标定校准力传感器36与标准カ传感器5为串联连接，二者受到的载荷类型和大小相同，有利于提高标定校准精度。圆柱光轴1、11 1、37起到了支撑和导向的作用，直线轴承I、II 9、34与圆柱光轴I、II I、37相配合起到导向作用，同时使得加载过程更加流畅,直线轴承I、II 9、34与圆柱光轴I、II 1、37之间为滚动摩擦，摩擦カ极小，可以提高测试准确性及加载响应。所述的运动横梁8可以沿圆柱光轴I、II 1、37移动，运动横梁8可以起到对载荷进行传递和平衡的作用，同时对产生的衍生カ和力矩进行抵消和修正，能够起到提高测试精度的效果。所述的固定横梁3可以通过胀紧套I、IV 2、39固定在圆柱光轴I、II 1、37上的不同位置，将胀紧套I、IV 2、39上的内六角螺栓旋松以后，固定横梁3可以沿圆柱光轴I >11 1、37上下移动，可以根据需要对位置进行调整，以达到对不同尺寸型号的力传感器进行标定校准的目的。 以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.ー种高精度力传感器动态标定校准装置,包括机架、驱动单元、动カ传递及转换单元、标准カ传感器和支撑导向単元，其特征在于所述机架包括支撑脚I、ii、iii、iv(2i、41、42、43)、底板(20)、立柱 I、II、III、IV(17、18、23、24)、定位螺母 I、II、III、IV (14、16、27、40)和平台板(13)，所述支撑脚I、II、III、IV(21、41、42、43)分别安装在底板(20)上，所述底板(20)通过立柱I、II、III、IV (17、18、23、24)与平台板(13)连接为一体，所述定位螺母 I、II、III、IV(14、16、27、40)分别与立柱 I、II、III、IV(17、18、23、24)上的螺纹配合； 所述驱动单元为伺服电机(19)，伺服电机(19)的法兰安装孔与减速机(22)上螺纹孔配合，通过内六角螺栓将伺服电机(19)固定在減速机(22)上，伺服电机(19)的输出轴与减速机(22)的输入中空轴相连接； 所述动カ传递及转换单元包括減速机(22)、滚珠丝杠(28)、滚珠丝杠支座I、II (10、25)和U形连接板(32)，所述减速机(22)固定安装在底板(20)上，滚珠丝杠(28)直接与减速机(22)的输出中空轴相连接，滚珠丝杠(28)通过两端的滚珠丝杠支座I、11 (10、25)进行固定，滚珠丝杠支座I (10)安装在滚珠丝杠支座安装板(12)上，滚珠丝杠支座II (25)安装在平台板(13)上； 所述支撑导向单元包括圆柱光轴I、II (1、37)、直线轴承I、II (9、34)、滚珠丝杠支座安装板(12)、运动横梁(8)、固定横梁(3)、胀紧套1、11、111、1￥(2、11、30、39)、标准カ传感器安装板(4)和被标定校准力传感器安装板(7)，所述圆柱光轴I、II (1、37)分别通过圆柱光轴固定螺母I、II (15、26)安装在平台板(13)上，所述滚珠丝杠支座安装板(12)通过胀紧套II、III(11、30)固定在圆柱光轴I、11(1、37)上，所述运动横梁(8)上安装有直线轴承I、II (9、34)，所述直线轴承I、II (9、34)分别沿圆柱光轴I、II (1、37)自由滑动,所述固定横梁(3)通过胀紧套I、IV (2、39)固定在圆柱光轴I、II (I、37)上，标准カ传感器安装板(4)通过内六角螺栓111(38)安装在固定横梁(3)上，另一端与标准カ传感器(5)相连，被标定校准力传感器安装板(7)通过内六角螺栓II (35)固定在运动横梁(8)上，另外一端与被标定校准力传感器(36)相连。
2.根据权利要求I所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的底板(20)上设有支撑脚 I、II、III、IV(21、41、42、43)，立柱 I、II、III、IV (17、18、23、24)上分别设有定位螺母 I、II、III、IV(14、16、27、40)，通过立柱 I、II、III、IV(17、18、23、24)对平台板(13)进行支撑。
3.根据权利要求I所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的伺服电机(19)直接安装在减速机(22)上，伺服电机(19)的输出轴与减速机(22)的输入中空轴相配合。
4.根据权利要求I或3所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的减速机(22)的输出轴为中空轴，中空轴与滚珠丝杠(28)相配合；滚珠丝杠支座安装板(12)通过胀紧套II、III(11、30)固定在圆柱光轴I、11 (1、37)上。
5.根据权利要求I所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的运动横梁(8)上装有直线轴承I、II (9、34)，所述直线轴承I、II (9,34)分别与圆柱光轴I、II (1、37)相配合。
6.根据权利要求I所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的U形连接板(32)的一端与滚珠丝杠螺母(29)相连，另一端通过圆柱销(33)与运动横梁(8)相连接。
7.根据权利要求I所述的高精度力传感器动态标定校准装置，其特征在于所述的固定横梁(3)通过胀紧套I、IV(2、39)固定在圆柱光轴I、II (1、37)上；固定横梁(3)上装有标准カ传感器安装板(4 )，运动横梁(8 )上装有被标定校准力传感器安装板(7 )。
专利摘要本实用新型涉及一种高精度力传感器动态标定校准装置，属于机械领域。包括机架、驱动单元、动力传递及转换单元、标准力传感器和支撑导向单元。所述的机架由支撑脚、底板、立柱和平台板构成；所述的驱动单元为伺服电机，安装在与之相配合的减速机上；所述的动力传递及转换单元由减速机、滚珠丝杠、滚珠丝杠支座和U形连接板组成；所述的支撑导向单元由圆柱光轴、直线轴承、滚珠丝杠支座安装板、运动横梁、固定横梁和胀紧套构成。本实用新型具有性能可靠、标定校准精度高、结构简单、安装拆卸方便、成本较低等优点。
文档编号G01L25/00GK202547863SQ20122009909
公开日2012年11月21日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者李宜伦, 王开厅 申请人:李宜伦, 王开厅