高精度懸掛定位結構及方法

2023-10-04 22:06:29

專利名稱：高精度懸掛定位結構及方法
高精度懸掛定位結構及方法技術領域
本發明特別涉及一種力傳感器動態特性標定裝置的懸掛定位結構及方法。
技術背景
動態力標定裝置主要用於力傳感器的動態性能標定。由於使用環境的影響、安裝不當、過載以及運輸和儲存不當會造成力傳感器特性的改變，力傳感器的實際靈敏度與其標稱值產生差異。在動態測量中，力傳感器的測量誤差通常是加速度傳感器的數倍，為保證測量精度，力傳感器必須進行動態標定，且要求其動態標定過程中誤差儘可能小。由於力的絕對量值直接獲取十分困難，而加速度的絕對量值可以通過雷射測振儀或重力加速度較為精確和方便地測取，所以，力傳感器的動態特性標定大多通過測取加速度為基礎，再利用牛頓第二定律間接進行。在這一環節中的主要誤差源有標準器誤差、電壓信號採樣誤差、標準質量誤差、安裝隨機誤差等，其中動態標定裝置的定位精度及因定位產生的阻尼對動態標定精度的影響是至關重要的。
目前市場上力傳感器動態標定裝置通常採用有懸掛和無懸掛兩種安裝方式。無懸掛安裝是將標準質量塊與傳感器相連後直接壓在激振器上，一般適用於較小量程的力傳感器動態標定。參閱圖la-lb，懸掛安裝是用長的細線或軟橡皮繩懸掛起標準質量塊，使標準質量塊和力傳感器的中心軸線與激振力作用點在一條直線上。因為受到懸掛細繩的拉力或振蕩，這種安裝方式的一致性差，精度低，其主要原因有兩點1)懸掛標準質量塊的細線繩會使質量塊產生偏轉，給激振器的對中造成極大困難，並對激振器頂杆施加了額外偏轉力矩；2)標定時，細線繩不可避免地對質量塊的運動產生約束，且細線繩會跟隨質量塊發生劇烈振蕩，很大程度影響了測試精度。此外，為避免上述兩點的問題，也可以對標準質量塊直接加導向機構，參閱圖lc，但這種定位方式摩擦阻尼消耗的能量無法控制，直接影響標定試驗的重複性。發明內容
本發明的目的在於提出一種高精度懸掛定位結構及方法，其能以最小的製造和使用成本使得力傳感器的動態標定更為精準、可靠，從而克服現有技術中的不足。
為實現上述發明目的，本發明採用了如下技術方案一種高精度懸掛定位方法，其特徵在於，該方法為在一安裝架中心開設一通孔，再在該通孔內同軸設置一可沿豎直方向自由移動的標準質量塊，並將該標準質量塊與設置在該安裝架上方的安裝盤剛性連接，同時，在安裝架上端面上環繞該通孔對稱設置支承機構，使安裝盤被水平託起，從而使標準質量塊被懸掛在該安裝架上。
一種高精度懸掛定位結構，包括一安裝架，所述安裝架中心開設一通孔，所述通孔內同軸設置一可沿豎直方向自由移動的標準質量塊，所述標準質量塊與設置在該安裝架上方的安裝盤剛性連接，並且，所述安裝架上端面上環繞該通孔還對稱設置用於水平託起該安裝盤的支承機構。
優選的，所述標準質量塊為圓柱體狀構件，所述通孔優選為圓孔，並且，所述通孔直徑大於標準質量塊外徑，使得兩者之間無接觸。尤為優選的，所述標準質量塊為一端帶法蘭的圓柱體狀構件，且所述圓柱體外徑小於通孔直徑，法蘭外徑大於通孔直徑。作為優選方案，所述支承機構包括環繞該通孔對稱設置在安裝架上端面上的複數定位柱，以及，設置在安裝盤下端面上的與所述定位柱配合的複數盲孔。作為更為優選的方案，所述安裝架上端面環繞該通孔均勻分布三個等高的定位柱，且每一定位柱上端部具有球頭；所述盲孔為錐形盲孔。進一步的，所述支承機構沿與該通孔同心設置的圓形軌跡均勻分布，該圓形軌跡直徑大於該通孔直徑，但小於安裝盤外徑。所述標準質量塊上端與安裝盤可通過螺緊結構固定連接。作為一種優選實施方案，本發明在應用時，可首先將定位柱按設定位置安裝好，並可靠鎖緊，再將標準質量塊穿過安裝架的中心圓孔，與安裝盤連接牢固，將安裝盤下端面的三個錐形盲孔與三個定位柱對準放置即可。本發明中由於安裝架的中心圓孔與標準質量塊之間間隙足夠大，標準質量塊與安裝架之間無接觸，不產生摩擦力，標準質量塊由與之連接的安裝盤上設置的三個錐形盲孔和三個定位柱上的球頭定位。三點確定一個面，且錐形與球頭的定位方式有自動對中功能， 定位一致性好，準確性高，標準質量塊的定位精度很容易保證，從而解決了現有懸掛安裝方式存在的精度低，重複性差等問題。因此，與現有技術相比，本發明的優點在於通過對懸掛方式的結構進行改良，特別是採用三點定位和錐形自動對中的方法，克服了傳統懸掛方式中標準質量塊受外力幹擾、定位困難的問題，同時打破了力傳感器動態標定裝置懸掛方式的局限性，同時，本發明裝置結構簡單，操作方便，成本低廉。


圖Ia-Ic分別是現有力傳感器動態標定裝置的定位結構示意圖2是本發明一較佳實施例中力傳感器動態標定裝置的定位結構示意圖； 圖3是本發明一較佳實施例的應用狀態示意圖之一； 圖4是本發明一較佳實施例的應用狀態示意圖之二；
圖中各組件及其附圖標記分別為1、安裝架；2、標準質量塊；3、定位柱；4、安裝盤；5、 標準加速度傳感器；6、待標定力傳感器；7、激振器；8、支架；9、導向裝置；10、提升機構； 11、砧座；12、線繩。
具體實施例方式以下結合附圖及一優選實施例對本發明的技術方案作進一步說明。參閱圖2，本實施例的高精度懸掛定位結構包括一個安裝架1、標準質量塊2、三個定位柱3和安裝盤4。所述安裝架1中心開圓孔，三個定位柱2均布在圓孔周圍，標準質量塊3製成帶法蘭的圓柱體狀，可從安裝架1的圓孔中穿過，通過螺紋與安裝盤4連接，安裝盤4上開三個錐形盲孔，與三個定位柱2配合。
參閱圖3，本實施例中安裝架1固定在支架8上，激振力由激振器7提供，標準加速度傳感器5固定在標準質量塊2上端，待標定力傳感器6固定在標準質量塊2下端(或激振器 的活塞頭端部)。標定試驗時，激振器7的活塞向上運動，撞擊標準質量塊2，標準加速度傳感器5和待標定力傳感器6獲得信號，分別傳輸給數據分析系統。由牛頓第二定理，即 F=ma,只需將標準加速度傳感器5獲得的加速度信號與標準質量塊2的質量相乘，得到的結果與待標定力傳感器6獲得力信號對比，以確定待標定力傳感器6的動態特性參數，完成一次標定試驗。
參閱圖4，本實施例中安裝架1兩側加裝導向裝置9，安裝架1同懸掛其上的標準質量塊2可以在豎直方向滑動。標定試驗時，安裝架1由提升機構10提升到設定高度釋放， 安裝架1沿兩側的導向裝置9滑下，標準質量塊2與砧座11撞擊，安裝在標準質量塊2上的標準加速度傳感器5和待標定力傳感器6獲得信號，分別傳輸給數據分析系統。由牛頓第二定理，即F=ma，只需將標準加速度傳感器5獲得的加速度信號與標準質量塊2的質量相乘，得到的結果與待標定力傳感器6獲得力信號對比，以確定待標定傳感器6的動態特性參數，完成一次標定試驗。
需要說明的是，以上僅為本發明的一優選實施樣例，本領域技術人員經由本發明之啟示，亦可想到採用本領域習見的各類支承機構，如與前述安裝架中心通孔同心設置的連續或非連續的凸出結構等替換該實施例中所述定位柱和盲孔配合形成的支承機構，並實現與之相近功能，但略差之效果；同樣的，本領域技術人員亦可想到本領域習見的各種方案將標準質量塊與安裝盤剛性連接。
因此，以上較佳實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，所作出各種變換或變型，均屬於本發明的範疇。
權利要求
1.一種高精度懸掛定位方法，其特徵在於，該方法為在一安裝架(1)中心開設一通孔，再在該通孔內同軸設置一可沿豎直方向自由移動的標準質量塊(2)，並將該標準質量塊 (2)與設置在該安裝架(1)上方的安裝盤(4)剛性連接，同時，在安裝架(1)上端面上環繞該通孔對稱設置支承機構，使安裝盤(4)被水平託起，從而使標準質量塊(2)被懸掛在該安裝架(1)上。
2.一種高精度懸掛定位結構，其特徵在於，它包括一安裝架(1)，所述安裝架(1)中心開設一通孔，所述通孔內同軸設置一可沿豎直方向自由移動的標準質量塊(2)，所述標準質量塊(2)與設置在該安裝架(1)上方的安裝盤(4)剛性連接，並且，所述安裝架(1)上端面上環繞該通孔還對稱設置用於水平託起該安裝盤的支承機構。
3.根據權利要求2所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述標準質量塊(2)為圓柱體狀構件，並且，所述通孔直徑大於標準質量塊(2)外徑。
4.根據權利要求2或3所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述標準質量塊(2) 為一端帶法蘭的圓柱體狀構件，且所述圓柱體外徑小於通孔直徑，法蘭外徑大於通孔直徑。
5.根據權利要求2所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述支承機構包括環繞該通孔對稱設置在安裝架(1)上端面上的複數定位柱(3)，以及，設置在安裝盤(4)下端面上的與所述定位柱(3)配合的複數盲孔。
6.根據權利要求5所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述安裝架(1)上端面環繞該通孔均勻分布三個等高的定位柱(3)，且每一定位柱(3)上端部具有球頭；所述盲孔為錐形盲孔。
7.根據權利要求2所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述支承機構沿與該通孔同心設置的圓形軌跡均勻分布，該圓形軌跡直徑大於該通孔直徑，但小於安裝盤(4)外徑。
8.根據權利要求2所述的高精度懸掛定位結構，其特徵在於，所述標準質量塊(2)上端與安裝盤(4)通過螺緊結構固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種高精度懸掛定位結構及方法。該定位結構優選包括一安裝架(1)、三個定位柱(2)、標準質量塊(3)和安裝盤(4)；該定位方法優選為在安裝架(1)中心開圓孔，將三個定位柱(2)均布在安裝架(1)中心圓孔周圍，標準質量塊(3)製成帶法蘭的圓柱體狀，可從安裝架(1)的圓孔中穿過，通過螺紋與安裝盤(4)連接，安裝盤(4)上開三個錐形盲孔，與三個定位柱(2)配合。本發明通過對懸掛方式的結構進行改良，採用三點定位和錐形自動對中的方法，克服了傳統懸掛方式中標準質量塊受外力幹擾、定位困難的問題，同時打破了力傳感器動態標定裝置懸掛方式的局限性，同時，此懸掛結構簡單，操作方便，成本低廉。
文檔編號G01L25/00GK102564693SQ20121002436
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者吳國雄, 徐曼 申請人:蘇州世力源科技有限公司