一種多自由度柔性智能加載機的製作方法

2024-02-06 02:14:15

本發明涉及試驗設備技術領域，特別涉及檢測汽車白車身局部剛度的一種多自由度柔性智能加載機。

背景技術：

汽車白車身(bodyinwhite)又叫車身本體，是指車身結構件及覆蓋件的總成包括車頂蓋、翼子板、發動機蓋、行李箱蓋和車門，但不包括附件及裝飾件的未塗漆的車身。在汽車的研發調試的過程中，需要對汽車白車身表面的局部剛度以及抗凹陷能力進行檢測，以滿足實際批量生產應用後的性能要求，比如車門鉸鏈固定點、發罩鉸鏈固定點、行李箱蓋鉸鏈固定點、車門鎖銷固定點、換擋機構安裝固定點、天窗固定點、拖車鉤固定點等車身關鍵點靜剛度以及車身外表面鈑金件抗凹陷能力等。

公布號為cn104913992a的發明專利申請中就公布了一種檢測白車身局部剛度及抗凹陷能力的試驗裝置。其對傳統測試方式的自動化程度較低、檢測效率較低，設備不靈活等缺點做出了改進。但是，在實際測試時，由於車身形狀比較複雜，其自由度有時難以滿足要求，有些部位的測試精度往往差強人意，而且，其無法自動判斷是否垂直於測試面進行檢測，使測試的精度更加難以保證。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術中的上述缺陷，提供一種多自由度柔性智能加載機，其具有多個自由度，過障能力強，可實現對白車身局部剛度的自動化檢測。

為實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案：一種多自由度柔性智能加載機，其特徵在於：其包括測量裝置、四軸加載機構和姿態調整機構，所述測量裝置與所述四軸加載機構相連，所述四軸加載機構與所述姿態調整機構相連，所述四軸加載機構包括第一直線驅動機構、第一旋轉驅動機構、第二旋轉驅動機構和第三旋轉驅動機構，所述測量裝置與所述第一直線驅動機構相連，並由所述第一直線驅動機構驅動作直線運動，所述第一直線驅動機構與所述第一旋轉驅動機構相連並由所述第一旋轉驅動機構驅動旋轉，所述第一旋轉驅動機構與所述第二旋轉驅動機構相連並由所述第二旋轉驅動機構驅動旋轉，所述第二旋轉驅動機構與所述第三旋轉驅動機構相連並由所述第三旋轉驅動機構驅動旋轉。

此外，本發明還提出如下附屬技術方案：

所述第一直線驅動機構包括電缸和連接座，所述電缸包括電缸體和電缸軸，所述電缸體通過所述連接座與所述第一旋轉驅動機構相連，所述電缸軸與所述測量裝置相連。

所述第一旋轉驅動機構包括第一電機、第一安裝座、與第一安裝座構成轉動配合的第一轉軸以及連接第一電機和第一轉軸的第一減速機，所述第一減速機安裝於所述第一安裝座上，所述第一轉軸與所述連接座相連，所述第一電機通過所述第一減速機和所述第一轉軸驅動所述連接座轉動。

所述第二旋轉驅動機構包括第二電機、第二安裝座、與第二安裝座構成轉動配合的第二轉軸以及連接第二電機和第二轉軸的第二減速機，所述第二減速機安裝於所述第二安裝座上，所述第二轉軸與所述第一旋轉驅動機構相連，所述第二電機通過所述第二減速機和所述第二轉軸驅動所述第一旋轉驅動機構轉動。

所述第三旋轉驅動機構包括第三電機、第三安裝座、與第三安裝座構成轉動配合的第三轉軸以及連接第三電機和第三轉軸的第三減速機，所述第三減速機安裝於所述第三安裝座上，所述第三轉軸與所述第二旋轉驅動機構相連，所述第三電機通過所述第三減速機和所述第三轉軸驅動所述第二旋轉驅動機構轉動。

所述姿態調整機構包括立柱、第二直線驅動機構、第三直線驅動機構、第四旋轉驅動機構和第四直線驅動機構，所述第三旋轉驅動機構與所述第二直線驅動機構相連，並由所述第二直線驅動機構驅動作直線運動，所述第三直線驅動機構安裝於所述立柱上，其與所述第二直線驅動機構相連並驅動其做直線運動，所述立柱底部與所述第四旋轉驅動機構連接並由所述第四旋轉驅動機構驅動旋轉，所述第四旋轉驅動機構與所述第四直線驅動機構相連並由所述第四直線驅動機構驅動作直線運動。

所述第二直線驅動機構包括方形橫梁和第四安裝座，所述方形橫梁表面開有多個減重孔，所述方形橫梁安裝於所述第四安裝座內部。

所述第四旋轉驅動機構包括渦輪蝸杆迴轉平臺和第六安裝座，所述渦輪蝸杆迴轉平臺安裝於所述第六安裝座上且與所述立柱底部相連。

所述測量裝置包括可拆卸更換的加載頭和第一位移傳感器，所述加載頭為圓柱狀，其中心開有第一圓形通孔，且所述加載頭上圍繞圓心均布有三個第二圓形通孔，所述第一位移傳感器安裝在所述加載頭上，其測量端穿過三個第二圓形通孔並伸出所述加載頭表面等長。

所述測量裝置包括安裝於連接座的第二位移傳感器、連接於電缸軸的力傳感器、支板以及剛性自復位滑動裝置，所述第二位移傳感器的測量端與所述支板相連，所述加載頭通過所述剛性自復位滑動裝置與所述力傳感器相連，所述支板連接於所述剛性自復位滑動裝置並由其驅動復位，復位方向與所述第二位移傳感器測量方向平行。

相比於現有技術，本發明的優點在於：

1.本發明的多自由度柔性智能加載機具有八個自由度，姿態調整靈活多變，過障能力強，尤其針對白車身內部點加載非常方便，且立柱底部設置的旋轉機構可以使加載機在不使用的時候，旋轉至側邊，減少佔用的空間。

2.本發明的多自由度柔性智能加載機具有自動尋找目標面法線的功能，大大提高了操作的簡便性和測試的精度。

3.本發明的多自由度柔性智能加載機xyz三個方向移動機構全為螺紋副，自鎖可靠；配合智能電控模塊可快、慢兩種速度切換，並可採用遙控器無線遙控控制，操作調整位置十分便捷。

4.加載頭可採用高強度航空鋁合金材質加工製造，應用輕量化設計，縮小加載頭體積，減輕加載頭重量，強度高、剛性大；鎖緊裝置採用可靠性高的螺紋鎖緊裝置，手動操作方便而且節省安裝空間。

附圖說明

圖1是本多自由度柔性智能加載機的立體結構示意圖。

圖2是本多自由度柔性智能加載機四軸加載機構的平面圖及其剖視圖。

圖3是本多自由度柔性智能加載機測量裝置的剖面圖。

圖4是本多自由度柔性智能加載機一種加載頭的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合較佳實施例及其附圖對本發明技術方案作進一步非限制性的詳細說明。

如圖1所示，一種多自由度柔性智能加載機，其包括計算機控制系統、測量裝置9、四軸加載機構18和姿態調整機構100。

如圖1所示，姿態調整機構100包括立柱17、第二直線驅動機構6、第三直線驅動機構7、第四旋轉驅動機構8、和第四直線驅動機構5，所述第四直線驅動機構5包括第七安裝座16、第七電機5a、與第七電機5a相連的第七絲槓5b以及與第七絲槓5b平行設置的兩條第七滑軌5c，第七電機5a、第七絲槓5b和第七滑軌5c均安裝於第七安裝座16上。第四旋轉驅動機構8包括第六安裝座15、第六電機8a、渦輪蝸杆迴轉平臺8b和第四手動螺紋鎖緊裝置(圖未示)，第六安裝座15安裝於第七滑軌5c上，且由第七絲杆5b驅動進行直線往返運動。第六安裝座15上安裝有第六電機8a、渦輪蝸杆迴轉平臺8b和第四手動螺紋鎖緊裝置。立柱17底部與渦輪蝸杆迴轉平臺8b連接且受其驅動旋轉。第三直線驅動機構7包括第五安裝座14、安裝於第五安裝座14上的第五電機7a、與第五電機7a相連的安裝於立柱17豎直面的第五絲槓7b以及與第五絲槓7b平行設置的兩條第五滑軌7c，第五安裝座14安裝於立柱17頂部。第二直線驅動機構6包括第四安裝座13、方形橫梁36、第四電機6a、第四絲槓6b以及與第四絲槓6b平行布設的兩條第四滑軌6c。第四驅動電機6a與第四絲槓6b相連，且均安裝於方形橫梁36內部，方形橫梁36表面開設有減重用的多個減重孔37，第四滑軌6c安裝於方形橫梁36頂部，方形橫梁36設置在第四安裝座13內部，且通過第四滑軌6c與第四安裝座13上壁相連接，第四安裝座13安裝於第五滑軌7c上，由第五絲槓7b驅動進行直線運動。第二直線驅動機構6運行時，可使整體相對於第四安裝座13作直線運動。第七絲槓5b、第五絲槓7b和第四絲槓6b兩兩互相垂直。方形橫梁36端部連接有四軸加載機構18。空心方形橫梁36具有強度高，質量輕的優點，可以有效減少整機的形變，提高精度。

如圖2所示，四軸加載機構18包括第一直線驅動機構1、第一旋轉驅動機構2、第二旋轉驅動機構3、和第三旋轉驅動機構4，第三旋轉驅動機構4包括第三安裝座10、第三電機21、與第三安裝座10構成轉動配合的第三轉軸22、連接第三電機21和第三轉軸22的第三減速機41以及第三手動螺紋鎖緊裝置40。第三安裝座10通過連接架48與方形橫梁36相連，第三減速機41安裝於第三安裝座10。第二旋轉驅動機構3包括第二安裝座11、第二電機23、與第二安裝座11構成轉動配合的第二轉軸24、連接第二電機23和第二轉軸24的第二減速機42以及第二手動螺紋鎖緊裝置39。第二減速機42連接於第二安裝座11，第三轉軸22一端與第二安裝座11連接，第三電機21通過第三減速機41、第三轉軸22驅動第二安裝座11旋轉。第二轉軸24與第三轉軸22相互垂直。第一旋轉驅動機構2包括第一安裝座12、第一電機25、與第一安裝座12構成轉動配合的第一轉軸26、連接第一電機25和第一轉軸26的第一減速機43和第一手動螺紋鎖緊裝置38。第一減速機43連接於第一安裝座12，第二轉軸24一端與第一安裝座12相連，第二電機23通過第二減速機42、第二轉軸24驅動第一安裝座12旋轉，第一轉軸26與第二轉軸24相互平行，第一電機25通過第一減速機43和第一轉軸26驅動第一直線驅動機構1旋轉。第一直線驅動機構1包括電缸32和連接座47，電缸32包括電缸體32a和電缸軸32b，連接座47與電缸體32a相連，其還與第一轉軸26的一端相連接。電缸軸32b與測量裝置9相連。

第一減速機43、第二減速機42以及第三減速機41均為高倍速比減速機，其本身具有自鎖性，但會有一定的傳動間隙，對此均設置了手動螺紋鎖緊裝置，操作簡單，可靠。第一電機25、第二電機23、第三電機21、第四電機6a、第五電機7a、第六電機8a和第七電機5a均優先採用步進電機。

如圖2所示，測量裝置9包括連接於連接座47的第二位移傳感器27、連接於電缸軸32b杆端沿其延伸方向布置的力傳感器29以及連接於力傳感器29端部的支板28，支板28的板面與電缸軸32b垂直。第二位移傳感器27的測量端與支板28的板面連接並相對設置，加載頭20連接於力傳感器29。加載頭20與力傳感器29採用螺紋鎖緊結構連接，可以方便的更換不同的加載頭20(圖中示出三種不同的加載頭：加載頭20、第二加載頭52和第三加載頭53)。力傳感器29與電缸軸32b採用法蘭連接，方便替換相應量程的力傳感器29。加載頭20的材料優選為高強度航空鋁合金材質，減輕其重量與體積，減小測量裝置9的形變。該測量裝置29含有力傳感器和位移傳感器，因此可以通過軟體實現兩種控制模式：力閉環控制模式和位移閉環控制模式。

如圖3和圖4所示，測量裝置9可變形為如下結構，以實現自動確定目標面法線的功能，其包括連接於連接座47的第二位移傳感器27、連接於電缸軸32b杆端的沿其延伸方向布置的力傳感器29(力傳感器29也可與電缸軸32b通過法蘭連接)、剛性自復位滑動裝置30，以及與第二位移傳感器27的測量端相連並相對設置的支板28，剛性自復位滑動裝置30包括連接於力傳感器29軸線方向的中空的安裝杆34、安裝於安裝杆34內的自復位滑動頂針31以及安裝於安裝杆34內與自復位滑動頂針31相抵的彈性元件54，彈性元件54優選為彈簧，其用於使自復位滑動頂針31復位。安裝杆34表面開有長槽33，支板28安裝於長槽33內且與自復位滑動頂針31相連接。加載頭20為中心開有第一圓形通孔50的圓柱狀，第一圓形通孔50用於避開自復位滑動頂針31，使之能自由伸縮。加載頭20上圍繞圓心均布有三個用於安裝第一位移傳感器49的第二圓形通孔51，第一位移傳感器49的測量端伸出加載頭20表面等距離。啟動多自由度柔性智能加載機調整加載頭20貼近目標加載位置，此時同心圓上的三個第一位移傳感器49會有不同的示值，調整加載頭20的姿勢致使位移示值相同，此位置所得到的加載頭20所在的平面即與目標加載面的切平面平行；且三個第一位移傳感器49所在的同心圓軸線即為目標面的法線。至此加載頭加載軸線與目標加載位置法線重合。從而達到自動尋找目標面法線的目的，使測量結果更為精確。該加載頭20與力傳感器29也為可拆卸式連接。此外，由於長槽33對支板28有限位的作用，保證了第二位移傳感器27與力傳感器29同軸線，也使得測量結果更準確。

通過對各個直線運動機構和旋轉驅動機構的調整，可以使測量裝置的加載頭到達白車身需要檢測的相關位置點，鎖上手動螺紋鎖緊裝置固定該姿勢，然後通過加載頭對白車身測量點施加載荷，將測量出來的數值反饋給計算機進行分析，從而得出白車身相關位置點的靜剛度和抗凹陷能力。

本發明所述的多自由度柔性智能加載機其運動方式和採集的信號均可由計算機控制系統分析處理，自動化程度高。其含有四個直線運動機構和四個旋轉運動機構，共有8個自由度，各姿態調整採用無線遙控裝置調整，姿態調整便捷，靈活多變，過障能力強，尤其針對白車身內部點加載非常方便，且立柱17底部設置的第四旋轉驅動機構8可以使加載機在不使用的時候，旋轉至側邊，減少佔用的空間。其三個方向的直線運動機構均為螺紋副，自鎖可靠，配合智能電控模塊可快、慢兩種速度切換。各直線運動模塊均設有限位功能，觸碰限位開關，運動模塊即停止運動，保證運動模塊在安全行程內移動。旋轉機構都設置有手動螺紋鎖緊裝置，在定位完畢後，通過手動旋緊該裝置，可以固定此測量位置，確保測量的精度。另外，該加載機還帶有自動尋找目標面法線的功能，方便快捷且精度高。針對白車身零部件安裝點的局部剛度高、變形微小的特點，本檢測臺採用0-5mm靈敏度及精度高的小量程位移傳感器採集，精度1‰fs，滿量程誤差0.005mm。加載頭20為可拆卸式結構，可依據測試需求方便的更換加載頭。綜上，本發明具有自動化程度高及精度高的突出優點。

需要指出的是，上述較佳實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。