基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機的製作方法
2024-01-31 20:07:15 2
專利名稱：基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機。
背景技術：
疊加式/比對式力標準機在我國是上世紀八十年代出現的一種新型標準測力機， 近年來已得到普遍認可，應用範圍逐漸擴大，並成為測力、稱重傳感器生產的重要設備。由於作為承載和測力元件的傳感器受到的負荷是彈性力，所以在選用了足夠高精度的標準測力儀之後，力源施力裝置能夠控制作用於傳感器上的微量位移能力決定著疊加式/比對式力標準機的力值計量精度和使用性能。目前，主要有3種方式來產生和控制力源的力值一種是重力砝碼式，但是高精度砝碼的製造和計量成本高，不易實現無級加荷。當施加的力值很大時砝碼的體積也會很龐大，同樣當實現更多測力級數時，砝碼的數量會很多，從而使用起來很不方便。二是液壓式，但液壓傳動存在漏油、活塞與油缸之間的摩擦以及液壓油本身物理化學性質的所限，使得所產生的壓力很難得到準確控制、壓力值也很難被穩定在某個恆定值，所以難以實現力值高精度的自動控制。三是機械傳動式，但機械傳動結構受本身機械摩擦、彈性變形、材料性能以及控制系統性能等等方面的制約，使得傳力系統自身的彈性變形很難得到精確的控制，從而影響了其輸出力值的控制精度。上述各力源之所以難以精確控制其施加到施力對象的力值精度並保持力值恆定， 其關鍵是難以實現施加到受力對象達到力值精度的微量位移量(變形)並對其很好的自動化控制。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，彌補了現有技術中的不足之處。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現一種基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，包括主機和微機，主機包括底板、頂板和位於底板上的機架，機架上部設有平臺，平臺與頂板之間設有絲槓，絲槓上設有移動橫梁，在底板上且位於機架內側設有粗加載裝置，所述平臺上設有壓電微位移驅動器，微位移驅動器上方設有被檢傳感器，被檢傳感器上方設有標準傳感器，標準傳感器的上端與移動橫梁連接，微位移驅動器、被檢傳感器和標準傳感器串聯固定，並且三者的受力中心一致，粗加載裝置、壓電微位移驅動器、被檢傳感器和標準傳感器均與微機連接。所述粗加載裝置與微機之間設有電機、伺服驅動器和PCI總線電機運動控制卡。所述微位移驅動器與微機之間設有驅動電源和PCI總線D/A轉換卡，所述微位移驅動器即為精加載裝置。
3[0013]所述被檢傳感器與微機之間設有被檢儀表。所述標準傳感器與微機之間設有標準儀表。本實用新型的有益效果為採用PCI總線電機運動控制卡通過微機(PC)系統控制伺服電機的方式，克服了疊加式/比對式力標準機力源粗加載系統工作效率低、可靠性低、 難以自動化、難以維護、數位化水平低等缺點；採用壓電微位移驅動器(一種容易產生精確微量位移，並且其所施加的力值容易控制的力源裝置)克服了疊加式/比對式力標準機力源精加載/卸載系統跟蹤調整精度低的缺點；採用高精度PCI總線D/A轉換卡通過微機(PC) 系統控制壓電微位移驅動器驅動驅動電源控制電壓的輸入大小和精度，來實現壓電微位移驅動器驅動驅動電源輸出電壓的大小和精度，進而更好的提高了壓電微位移驅動器輸出位移量的大小和精度。綜上所述本實用新型具有價格低，結構簡單，易於自動控制，力值調整精度高，力值穩定度高，力值計量精度高，工作效率高、可靠性高，便於操作和維護等優點。
下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細說明。圖I是本實用新型實施例所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機的結構框圖；圖2是本實用新型實施例所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機的主機結構示意圖；圖3是本實用新型實施例所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機的自動控制流程圖。圖中I、微機；2、底板；3、頂板；4、機架；5、平臺；6、絲槓；7、移動橫梁；8、粗加載裝置；
9、壓電微位移驅動器；10、被檢傳感器；11、標準傳感器；12、電機；13、伺服驅動器；14、PCI 總線電機運動控制卡；15、驅動電源；16、PCI總線D/A轉換卡；17、被檢儀表；18、標準儀表。
具體實施方式
如圖1-2所示，本實用新型實施例所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，包括主機和微機I，主機包括底板2、頂板3和位於底板2上的機架4，機架4上部設有平臺5，平臺5與頂板3之間設有絲槓6，絲槓6上設有移動橫梁7，在底板2上且位於機架4內側設有粗加載裝置8，所述平臺5上設有壓電微位移驅動器9，微位移驅動器9 上方設有被檢傳感器10,被檢傳感器10上方設有標準傳感器11，標準傳感器11的上端與移動橫梁7連接，微位移驅動器9、被檢傳感器10和標準傳感器11串聯固定，並且三者的受力中心一致，粗加載裝置8、壓電微位移驅動器9、被檢傳感器10和標準傳感器11均與微機I連接。所述粗加載裝置8與微機I之間設有電機12、伺服驅動器13和PCI總線電機運動控制卡14。所述微位移驅動器9與微機I之間設有驅動電源15和PCI總線D/A轉換卡16，所述微位移驅動器即為精加載裝置。所述被檢傳感器10與微機I之間設有被檢儀表 17。所述標準傳感器11與微機I之間設有標準儀表18。如圖3所示，通過微機I控制軟體輸入將標準力值設定好後，微機I控制軟體讀寫 PCI總線電機運動控制卡14，以便使其輸出脈衝信號來控制電機12實現粗加載/粗卸載，微機I控制軟體實時採集標準儀表18的數據，標準儀表18的數據由標準傳感器11力值信號輸入後經儀表內部A/D轉換模塊轉換後實時顯示，微機I控制軟體經運算把採集到的標準儀表18數據和先前設定的標準力值數據實時比較，當兩者差值達到一定得範圍後，電機 12停止加載，改為壓電微位移驅動器9精加載/卸載，此後如果標準儀表18實際力值低於設定標準值，則經控制軟體運算後，讀寫PCI總線D/A轉化卡16，對驅動電源15提高其輸入電壓值，驅動電源15經內部放大處理後，輸出給壓電微位移驅動器9提高了的驅動電壓，從而使得壓電微位移驅動器9位移量增加，從而使得輸出力值增大。反之，如果標準儀表18 實際力值高於設定標準值，經控制軟體運算後，讀寫PCI總線D/A轉化卡16，對驅動電源15 降低其輸入電壓值，驅動電源15經內部放大處理後，輸出給壓電微位移驅動器9降低了的驅動電壓，從而使得壓電微位移驅動器9位移量減小，從而使得輸出力值減小。本實用新型不局限於上述最佳實施方式，任何人在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案，均落在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，包括主機，所述主機包括底板(2)、頂板(3)和位於底板(2)上的機架(4)，機架(4)上部設有平臺(5)，其特徵在於 平臺(5)與頂板(3)之間設有絲槓(6)，絲槓(6)上設有移動橫梁(7)，底板(2)上且位於機架(4)內側設有粗加載裝置(8)，所述平臺(5)上設有壓電微位移驅動器(9)，微位移驅動器(9)上方設有被檢傳感器(10)，被檢傳感器(10)上方設有標準傳感器(11)，標準傳感器(11)的上端與移動橫梁(7)連接，微位移驅動器(9)、被檢傳感器(10)和標準傳感器(11) 串聯固定，粗加載裝置(8)、壓電微位移驅動器(9)、被檢傳感器(10)和標準傳感器(11)均與微機(I)連接。
2.根據權利要求I所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，其特徵在於所述粗加載裝置(8)與微機(I)之間設有電機(12)、伺服驅動器(13)和PCI總線電機運動控制卡(14)。
3.根據權利要求2所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，其特徵在於所述微位移驅動器(9)與微機(I)之間設有驅動電源(15)和PCI總線D/A轉換卡 (16)。
4.根據權利要求3所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，其特徵在於所述被檢傳感器(10)與微機(I)之間設有被檢儀表(17)。
5.根據權利要求1-4任一項所述的基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，其特徵在於所述標準傳感器(11)與微機(I)之間設有標準儀表(18)。
專利摘要本實用新型涉及一種基於微機控制和壓電精密跟蹤微調技術的力標準機，包括主機和微機，主機包括底板、頂板和位於底板上的機架，機架上部設有平臺，平臺與頂板之間設有絲槓，絲槓上設有移動橫梁，在底板上且位於機架內側設有粗加載裝置，平臺上設有壓電微位移驅動器，微位移驅動器上方設有被檢傳感器，被檢傳感器上方設有標準傳感器，標準傳感器的上端與移動橫梁連接，微位移驅動器、被檢傳感器和標準傳感器串聯固定，粗加載裝置、壓電微位移驅動器、被檢傳感器和標準傳感器均與微機連接。本實用新型的有益效果為結構簡單，易於自動控制，力值調整精度高，力值穩定度高，力值計量精度高，工作效率、可靠性高，便於操作和維護。
文檔編號G01L25/00GK202350981SQ20112048169
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者周長明 申請人:周長明