[发明专利]一种用于力传感器动态标定的阶跃力产生装置

摘要

本发明为一种用于力传感器动态标定的阶跃力产生装置，适用于负载端工装结构不规则或需要进行多个方向力/力矩加载的力传感器动态标定实验，包括标定台、定向加载组件、传力钢丝、力源、滑轮悬挂系统、冲击剪断装置和阶跃边沿检测电路。采用钢丝传力通过定向加载组件向力传感器施加稳定载荷，然后突然冲击剪断传力钢丝对力传感器进行阶跃卸载，实现对力传感器的负阶跃激励。冲击剪断装置采用高速、大冲击力的冲击气缸作为冲击执行机构以拓宽力传感器的动态标定频带与载荷范围，与冲击垫块相配合以抑制冲击剪断过程中的扰动，提高动态标定精度。阶跃边沿检测电路通过检测冲击头开始接触传力钢丝时刻与传力钢丝被完全剪断时刻来获得阶跃边沿时间。

主权项

1.一种用于力传感器动态标定的阶跃力产生装置，适用于负载端工装结构不规则或需要进行多个方向力/力矩加载的力传感器的动态标定实验，包括：标定台、定向加载组件、传力钢丝、力源、滑轮悬挂系统、冲击剪断装置和阶跃边沿检测电路，其特征在于：力传感器固定安装在标定台上，采用钢丝作为传力部件将力源产生的力通过滑轮悬挂系统变向连接到力传感器负载端工装上的定向加载组件上，由定向加载组件将钢丝传过来的拉力传递给力传感器或转换为力矩传递给力传感器，从而向带工装的力传感器施加稳定的定向载荷；定向加载组件包括用于力方向定向加载的加载螺钉和用于力矩方向定向加载的定滑轮对；力传感器所受的载荷大小由力源控制，标定载荷范围受限于钢丝的直径大小，载荷方向由传力钢丝的悬挂方向和力传感器负载端工装上的定向加载组件控制；力源由砝码、伺服电机或液压机构产生；然后，由冲击剪断装置高速冲击剪断传力钢丝，实现对力传感器的瞬间卸载，从而实现对力传感器施加负阶跃力载荷或负阶跃力矩载荷；冲击剪断装置采用高速、大冲击力的冲击气缸驱动冲击头来执行冲击剪断动作，以加快钢丝的剪断速度、提高能剪断钢丝的直径上限，采用冲击垫块为传力钢丝的冲击剪断提供冲击面以抑制冲击扰动，从而提高力传感器的动态标定载荷范围、标定频带与标定精度；由阶跃边沿检测电路通过检测冲击剪断过程中冲击头与传力钢丝开始接触的时刻以及传力钢丝被完全剪断的时刻来获得力传感器所受阶跃载荷的阶跃边沿时间；冲击剪断装置由可移动升降台、L型支架、冲击气缸、冲击头、冲击垫块、陶瓷垫片、磁吸钢盘、绝缘柱I、绝缘柱II、金属丝I、金属丝II、空气压缩机、气动电磁阀、气管组成；L型支架固定安装在可移动升降台上；冲击气缸安装在L型支架的竖壁上，其冲击杆上安装冲击头，用于冲击剪断传力钢丝；磁吸钢盘采用圆柱钢内置永久磁铁的结构，由沉头螺钉固定安装在L型支架的底板上，用于吸附固定冲击垫块；磁吸钢盘与冲击垫块之间由陶瓷垫片绝缘隔离以辅助检测阶跃开始时刻；冲击垫块则为冲击剪断传力钢丝提供冲击面，冲击面与冲击气缸的冲击方向垂直；则通过调节可移动升降台使得冲击垫块的冲击面与传力钢丝平行且微接触，以抑制冲击气缸冲击剪断传力钢丝时的正交方向的扰动；绝缘柱I和绝缘柱II分别插在L型支架两侧的固定安装孔里，分别用于固定金属丝I和金属丝II的一端；金属丝I和金属丝II的另一自由端在动态标定实验过程中分别绕接在冲击垫块两侧的传力钢丝上，以辅助检测阶跃结束时刻；空气压缩机、气动电磁阀与气管为冲击气缸的工作提供气源与启停控制；据此，传力钢丝将载荷施加到力传感器上的待标定方向上之后，冲击剪断传力钢丝之前，冲击头与冲击垫块断路，金属丝I与金属丝II短路；而当启动冲击气缸的冲击动作之后，阶跃开始时刻即为冲击头与传力钢丝相接触的时刻，此时冲击头与冲击垫块之间短路；阶跃结束时刻即为传力钢丝被完全剪断的时刻，此时金属丝I与金属丝II断路；分别通过导线将冲击头、冲击垫块、金属丝I和金属丝II作为电信号测试点a、b、c、d引出提供给阶跃边沿检测电路，通过检测a与b、c与d之间的通断以检测负阶跃激励的阶跃边沿时间；a与b的初始状态为断路、c与d的初始状态为短路，当阶跃开始时a与b短路，当阶跃结束时c与d断路。