[发明专利]多功能力加载装置及六维力传感器标定方法

说明书

技术领域

本发明属于机械测量仪器设备技术领域，特别涉及一种多功能力加载装置及六维力传感器标定方法，可用于从一维到六维的多维力传感器力和力矩标定，也可用于其他场合如：材料拉伸、扭转和剪切等实验中力值的加载。

背景技术

随着当前工业领域关于力值检测要求的不断增多，单向力加载已不能满足测量的要求，普通拉伸机只能实现一维力值加载，不能实现多维力的加载。中国专利CN102928443A公开了一种双向对称拉伸机，两台步进电机分别连接并各自控制一个丝杠，丝杠上的滑块作相对运动，实现对称拉伸，但是单一方向的拉伸实验不能准确测出材料的力学性能，需要通过多种方式（包括多个轴向或是等轴拉伸、等比拉伸等方式）的拉伸来测得载荷位移曲线。

因此力加载装置就需要能够满足一维到六维的多维力传感器力和力矩标定，而能够同时检测三维空间全力信息即F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z的多维力传感器逐渐得到应用和推广，其主要应用在机械人中作为重要的感知方式，但由于其本身的特殊性，目前还有许多问题制约着多维力传感器的研究和应用，尤其如何设计高精度的标定装置从而实现多维力传感器的标定是其中关键问题。

中国专利公开号CN101109670A公开了一种三向力传感器标定装置，虽然能够对三向力传感器进行检定与校准，但是在实际使用时受到很多限制，一是滚珠丝杠的转动带动滑动横梁上下移动，但是两个滚珠丝杠如果不能同步转动就会造成横梁两端高度不一致，进而使Z向加载力方向发生偏转，对实验数据影响很大；二是X向、Y向和Z向加载机构上标定力传感器作用点正交与一点，三个方向的加载机构只能在单一方向上移动，但是在实际使用中要求加载机构能实现多方向的移动来满足测量的要求，同时也限制了传感器尺寸的大小，对尺寸大的传感器进行标定时就需要在此装置的基础上移动或是增加复杂的附加装置来实现。

中国专利公开号CN 101750186 A公开了一种可调式测力仪标定加载装置，能够解决部分专利公开号CN 101109670A中所出现的问题，该装置使用钢丝绳带动横梁上下移动并用螺母固定位置，但是这种提升方式很不稳定，不能够完全保证横梁水平移动；Z向加载机构在滑动横梁中能够水平移动，但是通过上压块来固定和支撑Z向加载机构在滑动横梁中的位置，当Z向加载力过大，可能会将上压块顶起，造成滑动横梁弯曲变形；该装置零件过多，在测量大量程载荷时，要求的各零件连接处的强度很大，加工成本也较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多功能力加载装置及六维力传感器标定方法，技术性能好，工作可靠，易于安装和维修，测量范围广，方法简单快捷。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多功能力加载装置，包括滑动横梁（1），Z向垂直加载机构（2），圆板式拉压力传感器（3），支撑立柱（4、4’），上横梁（5），电动机（6），锥齿轮（7、7’），同步带（8），丝杠（9、9’），标定工作台（10），X向水平加载机构（11），预紧套（12、12’），调节螺母（13、13’），刻度尺（14），锥齿轮减速器（15），手轮（16），摇杆（17），水平尺（18），Y向水平加载机构（19），齿轮齿条机构（20）。其中：标定工作台（10）上开有X向均布T型槽，支撑立柱（4、4’）垂直固定在标定工作台（10）的对角线上，支撑立柱（4、4’）顶端与上横梁（5）固定，丝杠（9、9’）对称放置于上横梁的两端，锥齿轮（7、7’）相互垂直90°的方式啮合，一锥齿轮（7）固定在丝杠（9）上，另一锥齿轮（7’）固定在电机轴上，电机（6）固定在上横梁（5）上，同步带（8）套在丝杠（9、9’）的上端，丝杠（9、9’）下端有调节螺母（13、13’），滑动横梁（1）套在支撑立柱（4、4’）和丝杠（9、9’）上，Z向垂直加载机构（2）放置在滑动横梁（1）中，水平尺（18）和刻度尺（14）同摇杆（17）一样放置在滑动横梁（1）的一侧，X向水平加载机构（11）、Y向水平加载机构（19）以相互正交的方式固定在标定工作台（10）上，X向水平加载机构（11）、Y向水平加载机构（19）和Z向垂直加载机构（2）三者的轴线正交与标定工作台的中心。