高精度力传感器动态标定校准装置

1.一种高精度力传感器动态标定校准装置，包括机架、驱动单元、动力传递及转换单
元、标准力传感器和支撑导向单元，其特征在于：所述机架包括支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（21、
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）的输入中空轴相连接；
所述动力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；
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）、标准力传感器安装板（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、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、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（1、37）上，标准力传感器安装板（4）通过内六角螺栓Ⅲ（38）安装在固定横梁（3）上，另一端与标准力传感器（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1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1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1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、Ⅱ（1、37）上。
5.根据权利要求1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1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1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）上装有标准力传感器安装板（4），运动横梁（8）上装有被标定校准力传感器安装板（7）。

高精度力传感器动态标定校准装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及机械领域，特别涉及一种高精度力传感器动态标定校准装置。\n背景技术\n[0002] 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，工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。\n[0003] 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测量，这种物理信号不随时间发生变化或变化的速度很慢。另一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—输出特性也不同，不同的传感器的内部参数不同，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时，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。力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，主要是使用测力砝码和拉压式测力计对力传感器进行标定，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力传感器进行动态标定。静态特性好的力传感器，动态特性不一定好，一个力传感器可能会在测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，所以对力传感器进行动态标定是非常必要的。\n发明内容\n[0004] 本实用新型的目的在于提供一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，实现力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，可以对力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。对力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、高效标定的目的。\n[0005] 本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：\n[0006] 高精度力传感器动态标定校准装置，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，所述机架包括支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43、底板20、立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24、定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、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、\n18、23、24与平台板13连接为一体，所述定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40分别与立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的螺纹配合；\n[0007] 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；\n[0008] 所述动力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、Ⅱ10、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、Ⅱ10、25进行固定，滚珠丝杠支座Ⅰ10安装在滚珠丝杠支座安装板12上，滚珠丝杠支座Ⅱ25安装在平台板13上；\n[0009] 所述支撑导向单元包括圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37、直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、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、Ⅳ2、11、30、39、标准力传感器安装板4和被标定校准力传感器安装板7，所述圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37分别通过圆柱光轴固定螺母Ⅰ、Ⅱ15、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、Ⅲ11、30固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上，所述运动横梁8上安装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34，所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37自由滑动，所述固定横梁3通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上，标准力传感器安装板4通过内六角螺栓Ⅲ38安装在固定横梁3上，另一端与标准力传感器5相连，被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓Ⅱ35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。\n[0010] 所述的底板20上设有支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43，立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、\n23、24上分别设有定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40，通过立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24对平台板13进行支撑。\n[0011] 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。\n[0012] 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、Ⅲ11、30固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上。\n[0013] 所述的运动横梁8上装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34，所述直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34分别与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37相配合。\n[0014] 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。\n[0015] 所述的固定横梁3通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上；固定横梁3上装有标准力传感器安装板4，运动横梁8上装有被标定校准力传感器安装板7。\n[0016] 本实用新型的有益效果在于：提供了一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一员，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、国防工业、医学器材等领域中。对如此广泛应用的力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，不利于现代工业的生产管理。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。\n附图说明\n[0017] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，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。\n[0018] 图1为本实用新型的等轴测视图；\n[0019] 图2为本实用新型的主视图；\n[0020] 图3为本实用新型的左视图；\n[0021] 图4为本实用新型的U形连接板等轴测视图。\n[0022] 图中：1、圆柱光轴Ⅰ； 2、胀紧套Ⅰ； 3、固定横梁；\n[0023] 4、标准力传感器安装板； 5、标准力传感器； 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； \n[0024] 10、滚珠丝杠支座Ⅰ； 11、胀紧套Ⅱ； 12、滚珠丝杠支座安装板；\n[0025] 13、平台板 ； 14、定位螺母Ⅰ； 15、圆柱光轴固定螺母Ⅰ；\n[0026] 16、定位螺母Ⅱ； 17、立柱 Ⅰ； 18、立柱 Ⅱ； [0027] 19、伺服电机； 20、底板； 21、支撑脚 Ⅰ；\n[0028] 22、减速机； 23、立柱Ⅲ； 24、立柱Ⅳ ； [0029] 25、滚珠丝杠支座Ⅱ； 26、圆柱光轴固定螺母Ⅱ；27、定位螺母Ⅲ； [0030] 28、滚珠丝杠； 29、丝杠螺母； 30、胀紧套Ⅲ； [0031] 31、内六角螺栓Ⅰ； 32、U形连接板； 33、圆柱销； [0032] 34、直线轴承Ⅱ； 35、内六角螺栓Ⅱ； 36、被标定校准力传感器； \n[0033] 37、圆柱光轴Ⅱ； 38、内六角螺栓Ⅲ； 39、胀紧套 Ⅳ ； [0034] 40、定位螺母Ⅳ ； 41、支撑脚Ⅱ； 42、支撑脚Ⅲ； 43、支撑脚 Ⅳ 。 \n具体实施方式\n[0035] 下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。\n[0036] 参见图1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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43、底板20、立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24、定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、\n27、40和平台板13构成，所述支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43安装在底板20上，支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43可以对这个装置起到支撑的作用，支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、\n42、43与底板20之间为螺纹连接，通过对支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、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、Ⅳ17、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、Ⅳ14、16、27、40分别与立柱Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的螺纹配合。底板20上安装有支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、\n41、42、43，支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、41、42、43可以对整个装置起到支撑的作用，通过对支撑脚Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ21、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、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ17、18、23、24上的定位螺母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ14、16、27、40的位置进行调节，可以保证平台板13处于水平位置。\n[0037] 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固定在减速机22上，伺服电机19的输出轴与减速机\n22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力传动，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的不同的动态响应参数，以来达到对其进行更加准确标定校准的目的。\n[0038] 所述的动力传递及转换单元由减速机22、滚珠丝杠28、丝杠螺母29、滚珠丝杠支座Ⅰ、Ⅱ10、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可以实现减速增矩的功能，同时传递动力并使得动力的传递方向发生改变。滚珠丝杠\n28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、Ⅱ10、\n25进行固定，滚珠丝杠支座Ⅰ10安装在滚珠丝杠支座安装板12上，滚珠丝杠支座Ⅱ25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力。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。减速机22可以实现减速增矩的功能，同时使得动力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将动力传递给运动横梁8，通过圆柱销33将二者连接起来，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。\n[0039] 所述的支撑导向单元由圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37、直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、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、Ⅳ2、11、30、39、标准力传感器安装板\n4和被标定校准力传感器安装板7构成。圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37分别通过圆柱光轴固定螺母Ⅰ、Ⅱ15、26安装在平台板13上，圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、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、Ⅱ9、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、Ⅲ11、30及内六角螺栓Ⅰ31固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上，运动横梁8上安装有直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34，直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37自由滑动，直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、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、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37之间为滚动摩擦，摩擦力极小，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、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上。标准力传感器安装板4通过内六角螺栓Ⅲ38安装在固定横梁3上，标准力传感器安装板4上安装有标准力传感器5，被标定校准力传感器安装板7通过内六角螺栓Ⅱ35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与标准力传感器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Ⅰ、Ⅱ1、37起到了支撑和导向的作用，直线轴承Ⅰ、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、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、Ⅱ9、34与圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37之间为滚动摩擦，摩擦力极小，可以提高测试准确性及加载响应。\n[0040] 所述的运动横梁8可以沿圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、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，同时对产生的衍生力和力矩进行抵消和修正，能够起到提高测试精度的效果。\n[0041] 所述的固定横梁3可以通过胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、39固定在圆柱光轴Ⅰ、Ⅱ1、37上的不同位置，将胀紧套Ⅰ、Ⅳ2、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、Ⅱ1、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。\n[0042] 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。