专利名称：一种气浮式多维力测力传感器的标定加载方法
技术领域：
本发明涉及一种气浮式多维力传感器的标定加载方法。
背景技术：
多维力传感器的标定需要分别沿空间直角坐标系的三个坐标轴方向加载一系列 确定值的力。目前多维力传感器标定时一般采用滑轮机构悬挂砝码的方法给传感器加上一 个已知的力。由于滑轮机构中摩擦力、绳索的重力等不可避免的因素存在，使得加载力产生 了误差。对于较高精度的多维力传感器，标定时采用滑轮机构悬挂砝码的方法加载不能满 足加载精度要求。本申请发明人在ZL200810019550. 2气浮式多维力传感器及多维力测量方法的发 明专利中，公开了一种高精度的气浮式多维力传感器。其原理如图1所示，立面结构如图2 所示，平面结构如图3所示。其结构形式是设置矩形六面体浮板1，对应于浮板1的每一个 面，分别设置喷嘴，各喷嘴与浮板相对应的面构成喷嘴挡板式压力传感器，以各喷嘴喷出的 压力气体使矩形六面体浮板呈全悬气浮，以各喷嘴承压腔的压力信号为检测输出信号；喷 嘴按每两只为一组相对布置在浮板1的上下两侧、左右两侧和前后两侧，各喷嘴的轴线与 作为其挡板的浮板板面垂直，相对设置的两只喷嘴处在同一轴线位置上，以处在同一轴线 位置上的两个喷嘴的承压腔压力差作为差动测量的检测信号；各气浮喷嘴对称布置在浮板 1的各拐角处，上下两侧位于四个拐角位置处各有一组，左右两侧和前后两侧位于两边各有 一组。该气浮式多维力传感器的多维力测量方法是以各喷嘴的喷出的压力气体使矩形 六面体浮板1完全浮起，通过测量各喷嘴承压腔的压力变化，获得作用在浮板上的沿坐标 轴X、Y、Z方向的外力。图1、图2和图3中所示的各部件及部件的不同部位包括浮板1、浮板顶面la、浮 板底面lb、浮板左面lc、浮板右面Id、浮板前侧le、浮板后侧If、顶面喷嘴加、底面喷嘴2b、 左侧喷嘴2c、右侧喷嘴2d、前侧喷嘴加、后侧喷嘴2f和工作台3。这一结构形式的气浮式多维力传感器具有很高的测量精度，若是以传统的砝码加 载的方式进行标定，不仅加载装置复杂，调整繁杂，而且滑轮机构中摩擦力、绳索的重力等 不可避免的因素存在，使得加载力产生的误差超出了气浮式多维力传感器标定时加载力允 许的误差要求。

发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在不足之处，提供一种能够满足气浮式多维力 传感器标定时所需的加载精度的要求，以便对气浮式多维力传感器进行准确的标定的气浮 式多维力测力传感器的标定加载方法。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明气浮式多维力测力传感器的标定加载方法的特点是在气浮式多维力传感
3器所在的空间直角坐标中，将整个气浮式多维力传感器利用分度装置任意倾斜一个角度， 则具有已知重量的浮板的自身重力可以分解为平行于各气体喷嘴的轴线方向上的各分量， 将所述各分量作为加在相应的气体喷嘴的轴线方向上的载荷；通过改变整个气浮式多维力 传感器的倾斜角度，可以获得所需要的标定载荷。本发明气浮式多维力测力传感器的标定加载方法的特点也在于设置所述气浮式 多维力传感器中的浮板的重心与其几何中心重合，浮板的重力为mg ；以所述浮板的重心为 原点设置两个空间直角坐标系，一个是ζ轴方向保持与地心引力方向平行的固定坐标系 x-y-z ；另一个是Z轴方向与浮板的厚度方向保持平行的浮板位置坐标系X-Y-Z ；初始位置 时固定坐标系x-y-z与浮板位置坐标系X-Y-Z的位置重合，所述位置重合是指χ轴与X轴、 y轴与Y轴、ζ轴与Z轴之间的夹角均为0 ；标定加载时，将整个气浮式多维力传感器倾斜 一个角度，使X轴与X轴之间的夹角为α、y轴与Y轴之间的夹角β、ζ轴与Z轴之间的夹 角为Y，记为(α，β，Y )，则浮板(1)的重力mg沿χ、y、ζ轴方向的分量分别为mgcos α， mgcos β , mgcos γ ；通过改变(α，β，γ)值的大小获得所需要的沿坐标轴的加载力。本发明气浮式多维力测力传感器的标定加载方法的特点还在于当浮板重力较小 不能满足标定加载力的要求时，以保证浮板的重心位置不变为前提，在浮板上设置加重块。与已有技术相比，本发明有益效果体现在本发明方法通过改变气浮式多维力传感器在空间直角坐标中的位置角度，即可获 得所需的沿某个喷嘴方向上的加载力，这一加载力在产生和作用过程中，不存在摩擦力，加 载精度高，同时兼有加载装置简单、操作方便的优点。


图1为本发明涉及的气浮式多维力传感器测量原理示意图。图2为本发明涉及的气浮式多维力传感器立面结构示意图。图3为本发明涉及的气浮式多维力传感器平面结构示意图。图4是本发明实施例中将气浮式六维力测力平台水平安装在分度头上的示意图。图5是本发明实施例中对气浮式六维力测力平台的y轴方向加载的示意图，也是 图4中逆χ轴方向的视图。图中标号1浮板、Ia浮板顶面、Ib浮板底面、Ic浮板左面、Id浮板右面、Ie浮板前 侧、If浮板后侧、加顶面喷嘴、2b底面喷嘴、2c左侧喷嘴、2d右侧喷嘴、加前侧喷嘴、2f后侧 喷嘴、3工作台、11分度头、12气浮式六维力传感器、13联结支架。
具体实施例方式本实施例即是针对ZL200810019550. 2的发明专利中所公开的气浮式多维力传感 器，设置气浮式多维力传感器中的浮板1的重心与其几何中心重合，浮板1的重力为mg ；以 浮板1的重心为原点设置两个空间直角坐标系，一个是ζ轴方向保持与地心引力方向平行 的固定坐标系x-y-z ；另一个是Z轴方向与浮板1的厚度方向保持平行的浮板位置坐标系 X-Y-Z ；初始位置时固定坐标系x-y-z与浮板位置坐标系X-Y-Z的位置重合，位置重合是指 χ轴与X轴、y轴与Y轴、ζ轴与Z轴之间的夹角均为0 ；标定加载时，将整个气浮式六维力 传感器倾斜一个角度，使χ轴与X轴之间的夹角为α、y轴与Y轴之间的夹角β、ζ轴与Z轴之间的夹角为Y，记为(α，β, Y)，则浮板1的重力mg沿x、y、z轴方向的分量分别为 mgcosa ,mgcos^ ,mgcosy ；通过改变(a，β，Y)值的大小获得所需要的沿坐标轴的加载 力。当浮板1的重力较小不能满足标定加载力的要求时，以保证浮板1的重心位置不 变为前提，在浮板1上设置加重块，以此增加浮板的重力，适应标定加载力大小的要求。参见图4、图5所示，本实施例中将气浮式六维力传感器12固定设置在联结支架 13上，联结支架13固定安装在水平放置的分度头上11，首先调整气浮式多维力传感器12 使其浮板保持水平状态，然后操作分度头11，使气浮式六维力测力平台12按设定的方向转 过一角度Φ，使浮板1旋转呈如图5所示。
权利要求
1.一种气浮式多维力测力传感器的标定加载方法，其特征是在气浮式多维力传感器 所在的空间直角坐标中，将整个气浮式多维力传感器利用分度装置任意倾斜一个角度，则 具有已知重量的浮板(1)的自身重力可以分解为平行于各气体喷嘴的轴线方向上的各分 量，将所述各分量作为加在相应的气体喷嘴的轴线方向上的载荷；通过改变整个气浮式多 维力传感器的倾斜角度，可以获得所需要的标定载荷。
2.根据权利要求1所述的气浮式多维力测力传感器的标定加载方法，其特征是设置所 述气浮式多维力传感器中的浮板(1)的重心与其几何中心重合，浮板(1)的重力为，mg;以 所述浮板(1)的重心为原点设置两个空间直角坐标系，一个是ζ轴方向保持与地心引力方 向平行的固定坐标系x-y-z ；另一个是Z轴方向与浮板(1)的厚度方向保持平行的浮板位 置坐标系X-Y-Z ；初始位置时固定坐标系x-y-z与浮板位置坐标系X-Y-Z的位置重合，所述 位置重合是指χ轴与X轴、y轴与Y轴、ζ轴与Z轴之间的夹角均为0 ；标定加载时，将整个 气浮式多维力传感器倾斜一个角度，使χ轴与X轴之间的夹角为α、y轴与Y轴之间的夹角 β、z轴与Z轴之间的夹角为Y，记为(α，β，γ)，则浮板(1)的重力mg沿x、y、z轴方向 的分量分别为mgcos α，mgcos β，mgcos γ ；通过改变(α，β，y)值的大小获得所需要的 沿坐标轴的加载力。
3.根据权利要求2所述的气浮式多维力测力传感器的标定加载方法，其特征是当浮板 (1)重力较小不能满足标定加载力的要求时，以保证浮板(1)的重心位置不变为前提，在浮 板(1)上设置加重块。
全文摘要
本发明公开了一种气浮式多维力测力传感器的标定加载方法，其特征是在气浮式多维力传感器所在的空间直角坐标中，将整个气浮式多维力传感器利用分度装置任意倾斜一个角度，则具有已知重量的浮板的自身重力可以分解为平行于各气体喷嘴的轴线方向上的各分量，将所述各分量作为加在相应的气体喷嘴的轴线方向上的载荷；通过改变整个气浮式多维力传感器的倾斜角度，可以获得所需要的标定载荷。本发明能够满足气浮式多维力传感器标定时所需的加载精度的要求，用于对气浮式多维力传感器进行准确的标定。
文档编号G01L25/00GK102128703SQ20101060281
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者余晓芬, 张文伟, 张红英, 王兰兰, 陈照, 黄开辉, 黄斌, 黄英 申请人:合肥工业大学