[发明专利]一种压电矢量力测试装置的性能评估方法

说明书

本发明提供了一种压电矢量力测试装置的性能评估方法。该方法从前期对矢量力测试装置的标定和后期对矢量力测试装置的模拟加载两方面着手，检验并反向研究基于矢量力测试装置的矢量力测量映射关系模型。首先从矢量力测试装置在实际工况下的受力状态等角度出发，建立了矢量力测试装置的理论模型，包括“由上而下”的多个空间矢量力向转接平面中心处合成的空间矢量力平移变换模型Ⅰ和“由下而上”的压电测力仪输出分量向转接平面中心点处合成的理论模型Ⅱ；然后对比分析“由模型Ⅰ得到的合力F_s1和合力矩M_s1”与“模型Ⅱ得到的合力F_s2和合力矩M_s2”；最终，从标定和模拟加载两方面验证了在误差允许的范围内，压电矢量力测试装置的测试性能是否满足实际工况的要求。

技术领域

本发明属于压电测力仪测量技术领域，涉及一种压电矢量力测试装置的性能评估方法。

背景技术

在高端装备制造业和航空航天技术矢量力测量领域，矢量力测试装置被广泛应用于矢量力的精确测量。然而，实际测试工况中存在大量的噪声信号，与被测矢量力信号存在着强耦合作用，使测试装置精确测量目标信号变得困难，故对矢量力测试装置的测试性能提出了更高的要求。因此，在对矢量力进行实时测量的过程中，测试装置良好的测试性能是实现精确测量的保障。

一般情况下，在矢量力测试装置被投入现场工作之前，常对测试装置进行静态标定或动态标定，来保证其测试性能在实验室工况下达到所需测试精度的要求。赵友利用两个相互垂直的八角环作为力敏元件设计了一种用于车削过程中测量三轴向力的新型测力装置，并采用静动态标定的方法评估了该测力装置的测试性能满足高速切削过程中精确测量的要求。张军等人先提出了一种基于Kirchhoff板变形的多加载点压电测力仪标定方法，解决了多点加载位置非线性标定的难题，然后又基于Deep Belief Networks提出了推力偏移量的非线性标定方法，有效的提高了力偏移矢量的标定精度。秦亚飞等人设计了一种用于实时测量铣削力的新型测力仪，采用从0到2000N间隔为200N的阶梯力对其进行了静态标定，验证了测力仪的测试性能满足所需指标要求。

上述研究仅是在实验室环境下对矢量力测试装置进行静态或动态标定，只能表明测试装置在实验室环境中工作性能的稳定与可靠，但在实际工况下，外围设备产生的噪声信号及安装过程中操作工艺对测试装置的影响，都会严重影响测试装置的标定精度，使其测试性能得不到保证。因此，对矢量力测试装置的测试性能研究不仅需要在实验室环境中的静动态标定，也需要在实际工况下对其进行测试性能评估。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明从前期对矢量力测试装置的标定和后期对矢量力测试装置的模拟加载两方面着手，检验并反向研究基于矢量力测试装置的矢量力测量映射关系模型。

本发明从矢量力测试装置在实际工况下的受力状态等角度出发，建立了矢量力测试装置的理论模型，包括“由上而下”的多个空间矢量力向转接平面中心处合成的空间矢量力平移变换模型Ⅰ和“由下而上”的压电测力仪输出分量向转接平面中心点处合成的理论模型Ⅱ。然后对矢量力测试装置进行变载点的力-力二分量复合加载实验，最后对比分析了“由模型Ⅰ得到的合力F_s1和合力矩M_s1”与“模型Ⅱ得到的合力F_s2和合力矩M_s2”，从标定和模拟加载两方面验证了在误差允许的范围内，矢量力测试装置的测试性能满足实际工况的要求。

该方法不仅利用标定方法评估了矢量力测试装置的测试性能，而且采用模拟加载矢量力的方法验证了压电矢量力测试装置的输出性能。因此，本发明是一种对矢量力测试装置的测试性能及其稳定性与可靠性进行全面、有效评估的方法。

本发明的技术方案：