一种多分量力传感器计量测试装置的制作方法

本发明涉及计量检测，具体是一种多分量力传感器计量测试装置。

背景技术：

1、多分量力传感器是一种能够同时测量多个方向力和力矩的传感器，广泛应用于工业生产的力学测试和质量控制等领域。如六维力传感器，其可实时测量正交三方向的力和力矩。

2、对于多分量力传感器的量值溯源，现有的计量测试装置存在施加的力源点位少，力源点位切换需要过多的人工参与，影响检测效率。如在申请号为2022100952945的中国专利文献中记载了一种比对式多分量力传感器校准装置及其校准方法，其有10个力源点，但无法单独施加绕x轴或y轴的力矩。力源与加载头之间通过钢索连接，施力为拉力，在单方向加载力时，其他未加载力的钢索会对施力产生影响，如果每次都手动将未施力钢索与加载头断开连接的话，操作较为繁琐。另外加载头的重量存在无法从多分量力传感器的实际力值零位附近开始测量，影响测量准确性。

3、现有的其他测试装置受力源数和加载方式所限，要么做不到空间任意分量组合加载，要么需要用到复杂的软件解耦算法，准确度也无法验证。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种多分量力传感器计量测试装置。

2、为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多分量力传感器计量测试装置，包括：

3、主结构架，其包括底板、顶板和多根立柱，所述立柱安装在底板和顶板之间；

4、传感器夹具组件，其包括夹具、升降板和升降驱动机构，所述夹具用于固定安装被检多分量力传感器，所述夹具安装于所述升降板上，所述升降板可升降地安装于所述立柱，所述升降驱动机构用于带动所述升降板沿立柱上下移动；

5、加载板组件，其包括水平加载板、加载立板和z向加载座，所述水平加载板位于所述升降板的上方，所述水平加载板的下表面中央位置与被检多分量力传感器上表面相固定连接，所述水平加载板成方形，在所述水平加载板上表面的每条边部中间和下表面的每条边部中间都设有竖直安装的加载立板，每个加载立板的端部设有加载点位座，在所述水平加载板的每个侧面中央安装有加载点位座，所述水平加载板与x轴相垂直的2个侧面的两端部分别安装有加载点位座，所述水平加载板与y轴相垂直的2个侧面的两端部分别安装有定位座，所述z向加载座安装于所述水平加载板上表面的中央位置；

6、侧向施力源组件，其包括力源侧向安装架、侧向施力源和加载板定位机构，所述力源侧向安装架包括固定安装于所述立柱上的4个侧向安装板，4个侧向安装板分别与所述水平加载板的4个侧面平行相对设置，每个侧向安装板的中间位置设有向上垂直延伸的上安装立板和向下垂直延伸的下安装立板；所述力源侧向安装架上在x轴正向一侧和x轴负向一侧分别安装有5个侧向施力源，所述力源侧向安装架上在y轴正向一侧和y轴负向一侧分别安装有3个侧向施力源，每个侧向施力源与加载板组件上的1个加载点位座相对应匹配，所述侧向施力源对各个加载点位座施加的力为推力；所述力源侧向安装架上在y轴正向一侧和y轴负向一侧分别安装有2个可伸缩的加载板定位机构，每个加载板定位机构与加载板组件上的1个定位座相对应匹配；

7、z向施力源，其固定安装于所述顶板上，所述z向施力源与z向加载座相匹配；

8、配重机构，其包括配重环块和多个滑轮，所述滑轮安装于所述顶板上表面，所述配重环块经绕制在滑轮上的多根连接绳与所述水平加载板连接，所述配重环块的重量与所述加载板组件的重量相一致。

9、采用本发明技术方案，采用由水平加载板、z向加载座和多个加载立板形成的一体式的加载板组件，力臂结构稳定，方便对被检多分量力传感器施加17处力源，对于x、y、z轴向的正负力值均能在相应方向直接施加力值；对于x、y、z轴向的正负扭矩均能在各扭矩方向，以间隔一定距离的2个方向呈180°力源进行力偶矩施加，消除侧向力对扭矩示值的影响。本发明装置可实现多分量力传感器各分量间的任意组合、同步校准，甚至可进行空间3力值和3扭矩的同时加载，准确测出各分量间耦合误差指标，这也是多分量力传感器最为重要的技术指标。侧向施力源施加的为推力，侧向施力源与对应的加载点位座之间能够自动对接和断开，未施力的侧向施力源不对施力产生影响，提高检测准确性。本发明装置各分量施加相互独立且互不影响，达到硬件解耦的效果，装置准确度也可通过计量检定的形式加以验证。加载板定位机构能够在被检多分量力传感器安装过程中，对水平加载板临时定位，方便在检测前将被检多分量力传感器调节到零受力状态。配重机构通过配重环块能够平衡掉加载板组件的重量，以助于多分量力传感器能从实际零位附近开始测量，提高测量准确性。

10、进一步地，所述顶板和底板均成正方形，所述立柱数量为4根，在所述顶板和底板的4个边角位置各安装于1根立柱。

11、进一步地，所述升降驱动机构包括减速电机、传动链、螺杆柱和螺母，所述螺杆柱的上下端部分别可转动地安装于所述顶板和底板上，所述螺母固定于所述升降板上，所述螺母连接于所述螺杆柱的外螺纹上，所述减速电机的输出轴上安装有链轮，所述螺杆柱的底端也安装有链轮，所述传动链绕制于各链轮之间。

12、采用上述优选的方案，方便对升降板的高度进行调节，以方便被检传感器的安装调节，以及适应对不同尺寸型号传感器的检测。

13、进一步地，所述夹具包括夹具块体，夹具块体的上表面设有中心孔、从中心孔外围径向向外延伸的8条倒t型长槽，相邻倒t型长槽之间的间隔角度相同，在夹具块体的4个侧面分别设有侧向内凹的门型凹槽，在所述夹具块体的底面设于对应于4个侧面中间位置且与相应侧面垂直的是上条形定位槽，在所述升降板上设有4条下条形定位槽，所述下条形定位槽与所述上条形定位槽上下相对设置，所述下条形定位槽向外延伸并超出夹具块体的边沿。

14、采用上述优选的方案，倒t型长槽能适应不同尺寸传感器的安装锁紧；侧面的门型凹槽方便在传感器零位调试时，通过小型顶升型高度调节器件对夹具块体各向进行顶升调试，以在传感器零位时，在夹具块体底部垫入相应厚度垫片；上条形定位槽和下条形定位槽之间方便通过定位键来进行xy向的对中定位。

15、进一步地，所述水平加载板的底面四周边部以内的区域设有内凹的减材料槽体。

16、采用上述优选的方案，减轻水平加载板的重量，底面四周边部的凸出部确保结构强度。

17、进一步地，所述水平加载板的底面减材料槽体的中央位置可拆卸地连接有传感器上连接盘，所述传感器上连接盘经螺栓与被检多分量力传感器的上表面连接。

18、采用上述优选的方案，提高加载板组件的通用性，方便被检传感器与水平加载板的对接安装，对于不同型号传感器只需更换配套的传感器上连接盘即可适用。

19、进一步地，所述加载立板包括基板部、垂直面板部和肋板部，所述基板部与水平加载板的上表面或下表面贴合连接，所述垂直面板部和肋板部均从所述基板部表面垂直延伸设置，所述肋板部与垂直面板部的背面垂直相连。

20、采用上述优选的方案，加强了加载立板的结构强度，确保力臂数值的准确性。

21、进一步地，所述传感器上连接盘的底面与所述水平加载板底面的减材料槽体的底面处于同一平面；所述水平加载板侧面上安装的加载点位座和定位座轴线均与减材料槽体的底面处于同一平面。

22、采用上述优选的方案，确保加载板组件的坐标系原点与被检传感器的坐标系原点重合，提升检测准确度。

23、进一步地，所述z向加载座包括下连接板、连接柱和上连接板，所述下连接板与水平加载板的上表面中央位置连接，所述连接柱连接于所述下连接板和上连接板之间，所述下连接板的上表面中央设有z向加载点位座，所述上连接板的中央设有上下贯穿的连接孔。

24、进一步地，z向施力源包括z向直线驱动机构、z向标准力传感器、z向加载压头、z向加载拉头，在z向施力源施加压力时，z向标准力传感器连接在z向直线驱动机构和z向加载压头之间，z向加载压头与z向加载点位座匹配；在z向施力源施加拉力时，z向标准力传感器连接在z向直线驱动机构和z向加载拉头之间，z向加载拉头与z向加载座的上连接板连接。

25、采用上述优选的方案，方便实现z向上的精准施力和正负方向施力的切换。

26、进一步地，所述侧向施力源包括直线驱动机构、标准力传感器和加载压头，所述标准力传感器连接在直线驱动机构和加载压头之间，加载压头与对应的加载点位座位置相匹配。

27、采用上述优选的方案，方便实现侧向上的精准施力。

技术特征：

1.一种多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述顶板和底板均成正方形，所述立柱数量为4根，在所述顶板和底板的4个边角位置各安装于1根立柱。

3.根据权利要求2所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述升降驱动机构包括减速电机、传动链、螺杆柱和螺母，所述螺杆柱的上下端部分别可转动地安装于所述顶板和底板上，所述螺母固定于所述升降板上，所述螺母连接于所述螺杆柱的外螺纹上，所述减速电机的输出轴上安装有链轮，所述螺杆柱的底端也安装有链轮，所述传动链绕制于各链轮之间。

4.根据权利要求1所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述夹具包括夹具块体，夹具块体的上表面设有中心孔、从中心孔外围径向向外延伸的8条倒t型长槽，相邻倒t型长槽之间的间隔角度相同，在夹具块体的4个侧面分别设有侧向内凹的门型凹槽，在所述夹具块体的底面设于对应于4个侧面中间位置且与相应侧面垂直的是上条形定位槽，在所述升降板上设有4条下条形定位槽，所述下条形定位槽与所述上条形定位槽上下相对设置。

5.根据权利要求1所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述水平加载板的底面四周边部以内的区域设有内凹的减材料槽体。

6.根据权利要求5所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述水平加载板的底面减材料槽体的中央位置可拆卸地连接有传感器上连接盘，所述传感器上连接盘经螺栓与被检多分量力传感器的上表面连接。

7.根据权利要求6所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述加载立板包括基板部、垂直面板部和肋板部，所述基板部与水平加载板的上表面或下表面贴合连接，所述垂直面板部和肋板部均从所述基板部表面垂直延伸设置，所述肋板部与垂直面板部的背面垂直相连。

8.根据权利要求7所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述传感器上连接盘的底面与所述水平加载板底面的减材料槽体的底面处于同一平面；所述水平加载板侧面上安装的加载点位座和定位座轴线均与减材料槽体的底面处于同一平面。

9.根据权利要求1所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述z向加载座包括下连接板、连接柱和上连接板，所述下连接板与水平加载板的上表面中央位置连接，所述连接柱连接于所述下连接板和上连接板之间，所述下连接板的上表面中央设有z向加载点位座，所述上连接板的中央设有上下贯穿的连接孔。

10.根据权利要求9所述的多分量力传感器计量测试装置，其特征在于，所述侧向施力源包括直线驱动机构、标准力传感器和加载压头，所述标准力传感器连接在直线驱动机构和加载压头之间，加载压头与对应的加载点位座位置相匹配；z向施力源包括z向直线驱动机构、z向标准力传感器、z向加载压头、z向加载拉头，在z向施力源施加压力时，z向标准力传感器连接在z向直线驱动机构和z向加载压头之间，z向加载压头与z向加载点位座匹配；在z向施力源施加拉力时，z向标准力传感器连接在z向直线驱动机构和z向加载拉头之间，z向加载拉头与z向加载座的上连接板连接。

技术总结
本发明提供一种多分量力传感器计量测试装置，包括主结构架、传感器夹具组件、加载板组件、侧向施力源组件、Z向施力源和配重机构。本发明采用的加载板组件，力臂结构稳定，能对被检多分量力传感器施加17处力源，能够对多分量力传感器精准施加全方位力值或力矩。侧向施力源与对应的加载点位座之间能够自动对接和断开，未施力的侧向施力源不对施力产生影响，提高检测准确性。加载板定位机构能够在被检多分量力传感器安装过程中，对水平加载板临时定位，方便在检测前将被检多分量力传感器调节到零受力状态。配重机构通过配重环块能够平衡掉加载板组件的重量，以助于多分量力传感器能从实际零位附近开始测量，提高测量准确性。

技术研发人员：何建新,毛勤卫,管志钢,刘旭东,陶泽成,李志峰,王直荣,刘浩,赵科程,王闻欢,刘佳洺
受保护的技术使用者：常州检验检测标准认证研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5