主动式无形变的力测量方法及其机构与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及主动式无形变的力测量方法及其机构。


背景技术：

2.传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
3.传感器中包括力传感器，力传感器是一种将力信号转变为电信号输出的电子元件。
4.但目前市场上的力传感器大多都是将材料应变产生的电信号转化成力值。这种测量方式存在以下不足：1、材料长期受力来回型变，易疲劳，寿命有限；2、在需要同时力和位置都准确的应用中，因材料较软，在受力后产生型变，无法保证位置精准；3、力传感器自身强度不高，当收到意外过载力，弯矩等外力时已损坏；4、当需要装有力传感器的测量头接近工件进行测力时，因测量头有质量，测量头加减速产生的力，导轨摩擦力等也会作用到力传感器上，导致数据不准确。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供主动式无形变的力测量方法及其机构，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：主动式无形变的力测量方法及其机构，包括底板，其特征在于，所述底板上侧固定连接有基座，所述基座上固定连接有直线电机，所述底板上固定连接有固定板，所述固定板上开设有第一滑动槽，所述第一滑动槽通过滑动装置连接有第一导板，所述第一导板上固定连接有第一滑动板，所述第一滑动板上开设有第二滑动槽，所述第二滑动槽也通过滑动装置连接有第二导板，所述第二导板上固定连接有第二滑动板，所述直线电机的输出轴固定连接在第二滑动板的侧壁上，所述第二滑动板上侧固定连接有固定块，所述固定块的侧壁上固定连接有接触杆，所述底板上侧通过测量装置，所述底板上侧固定连接有控制器。
7.作为本技术方案的进一步改进方案：所述滑动装置包括两个固定杆，两个所述固定杆固定连接在第一滑动槽和第二滑动槽内，所述第一导板和第二导板上均开设有两与固定杆相匹配的贯穿槽，每个所述固定杆滑动连接在贯穿槽内，每个所述贯穿槽上侧开设有多个球形槽，每个所述球形槽内设有滚珠。
8.作为本技术方案的进一步改进方案：所述测量装置包括编码阅读器，所述编码阅读器侧壁上固定连接有滑杆，所述第二滑动板侧壁上标尺，所述滑杆滑动连接在标尺上侧。
9.作为本技术方案的进一步改进方案：所述基座侧壁上设有警告牌，所述警告牌上设有荧光粉。
10.作为本技术方案的进一步改进方案：所述直线电机上设有防氧化涂料，所述防氧
化涂料呈均匀喷涂在直线电机表面上。
11.作为本技术方案的进一步改进方案：其特征在于，每个所述固定杆的表面上设有特氟龙涂层，所述特氟龙涂层厚度为15μm。
12.作为本技术方案的进一步改进方案：所述接触杆的一端呈椭圆形设置。
13.作为本技术方案的进一步改进方案：所述直线电机为型号bm202的直线微型电机。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先通过控制器控制直线电机输出轴推动第二滑动板移动，进而使得接触杆的一端高速接近工件，然后缓慢接触到工件上，当位置不变电流增加时表示已经接触到工件，然后通过f=fm-fr-fa计算出受力值f，相对于现有技术而言，目前市场上的力传感器大多都是将材料应变产生的电信号转化成力值。这种测量方式存在以下不足：1、材料长期受力来回型变，易疲劳，寿命有限；2、在需要同时力和位置都准确的应用中，因材料较软，在受力后产生型变，无法保证位置精准；3、力传感器自身强度不高，当收到意外过载力，弯矩等外力时已损坏；4、当需要装有力传感器的测量头接近工件进行测力时，因测量头有质量，测量头加减速产生的力，导轨摩擦力等也会作用到力传感器上，导致数据不准确，而该装置在弹簧、按键力曲线测量等应用中，该装置主动伸出接触杆，可测量弹簧，按键等工件在不同深度位置时的力，该装置因同时具有编码阅读器和测力的功能，还可以测量在一定行程内的位置和力的曲线，使用非常方便；较传统力基于材料型变的力传感器，相同量程下，本装置可承受各种方向的外力，弯矩等，且在相同精度指标下，抗冲击能力更强；本装置因考虑了运动部分加速度带来的力，支持动态测量，传统传感器多用于静态测量，因动态测量时，需要额外计算运动工件受到加减速时的力，使用难度较大。
附图说明
15.图1为本发明提出的主动式无形变的力测量方法及其机构的俯视结构示意图；图2为本发明提出的主动式无形变的力测量方法及其机构中固定板、第一滑动板和第二滑动板之间的侧面剖视结构示意图；图3为本发明提出的主动式无形变的力测量方法及其机构中第二滑动板6和第二导板之间的结构示意图；图4为图2中a的局部放大结构示意图；图5为本发明提出的主动式无形变的力测量方法及其机构的侧视结构示意图。
16.图中：1基座、2底板、3直线电机、4固定板、5第一滑动板、6第二滑动板、7固定块、8接触杆、9滑杆、10编码阅读器、11标尺、12控制器、13固定杆、14第一导板、15第二导板、16第一滑动槽、17第二滑动槽、18贯穿槽、19滚珠、20警告牌。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1～5，本发明实施例中，主动式无形变的力测量方法及其机构，包括底板
2，底板2上侧固定连接有基座1，基座1上固定连接有直线电机3，底板2上固定连接有固定板4，固定板4上开设有第一滑动槽16，第一滑动槽16通过滑动装置连接有第一导板14，第一导板14上固定连接有第一滑动板5，第一滑动板5上开设有第二滑动槽17，第二滑动槽17也通过滑动装置连接有第二导板15，第二导板15上固定连接有第二滑动板6，直线电机3的输出轴固定连接在第二滑动板6的侧壁上，第二滑动板6上侧固定连接有固定块7，固定块7的侧壁上固定连接有接触杆8，底板2上侧通过测量装置，底板2上侧固定连接有控制器12，直线电机3电性连接在控制器12上。
19.请参阅图2和图4，滑动装置包括两个固定杆13，两个固定杆13固定连接在第一滑动槽16和第二滑动槽17内，第一导板14和第二导板15上均开设有两与固定杆13相匹配的贯穿槽18，每个固定杆13滑动连接在贯穿槽18内，每个贯穿槽18上侧开设有多个球形槽，每个球形槽内设有滚珠19，第一导板14与第二导板15均通过多个滚珠19滚动连接在固定杆13上，使得接触面积大大减少，可以更大程度的减少第一导板14与第二导板15滑动时的摩擦阻力，当直线电机3的输出轴伸长时将会推动第二滑动板6向右侧移动，第二滑动板6底侧的第二导板15位于第一滑动板5内，当第二导板15滑动到第二滑动槽17的右侧壁时，将带动第一滑动板5一起向右侧移动，进而可以使得接触杆8的伸长距离更远。
20.请参阅图1，测量装置包括编码阅读器10，编码阅读器10侧壁上固定连接有滑杆9，第二滑动板6侧壁上标尺11，滑杆9滑动连接在标尺11上侧，当第二滑动板6移动时可带动侧壁上的标尺11移动，编码阅读器10可通过读取单位时间内的滑杆9在标尺11上移动的距离，可计算出直线电机3带动第二滑动板6移动时的重力加速度a。
21.请参阅图1，基座1侧壁上设有警告牌20，警告牌20上设有荧光粉，在白天或夜间都可以通过警告牌20提醒非专业人员，请勿拆卸设备，防止非专业人员拨弄设备对装置造成损伤。
22.请参阅图1，直线电机3上设有防氧化涂料，防氧化涂料呈均匀喷涂在直线电机3表面上，防氧化涂料为镀锌涂料，镀锌涂料可比未镀锌的材料氧化速度减缓二十倍，可大大减小空气对装置的氧化腐蚀，延长装置的使用寿命。
23.请参阅图1，每个固定杆13的表面上设有特氟龙涂层，特氟龙涂层厚度为15μm，固定杆13的表面采用表面为特氟龙的结构，以减少固定杆13的表面摩擦力系数，使得滚珠19在固定杆13上滚动更加流畅，大大减少摩擦阻力。
24.请参阅图1，接触杆8的一端呈椭圆形设置，呈椭圆形的一端为接触点，使得接触点在与测量物体进行测量时，更加便于着力。
25.请参阅图1，直线电机3为型号bm202的直线微型电机，该直线电机3具有加速度快、定位时间短、动态性能好的优点，更加便于控制。
26.本发明的工作原理是：直线电机3的力由控制器12通过控制电流的大小进行控制，但电流中有部分电流用于克服滑动装置的摩擦力，一部分克服运动部分工件的重力，克服运动部分工件加减速的力，接触点接触到外部工件的力等，电机的力为fm，装置组成的重力加速度为fa，克服阻力部分为fr，接触力为f，则f=fm-fr-fa，控制器12可获取直线电机3的实时电流值，已知直线电机3的常数kf（n/a）可计算出来力fm;重力加速度fa=m（运动部分质量）*a（重力加速度），其中m为该装置的质量，可测量取得，a可通过编码阅读器10的变化量获取，fr为导轨阻
力，通过摩擦力公式fr=μ*fn易测得fr。
27.首先通过控制器12控制直线电机3输出轴推动第二滑动板6移动，进而使得接触杆8的一端高速接近工件，然后缓慢接触到工件上，当位置不变电流增加时表示已经接触到工件，然后通过f=fm-fr-fa计算出受力值f，该装置在弹簧、按键力曲线测量等应用中，该装置主动伸出接触杆8，可测量弹簧，按键等工件在不同深度位置时的力，该装置因同时具有编码阅读器10和测力的功能，还可以测量在一定行程内的位置和力的曲线，使用非常方便；较传统力基于材料型变的力传感器，相同量程下，本装置可承受各种方向的外力，弯矩等，且在相同精度指标下，抗冲击能力更强；本装置因考虑了运动部分加速度带来的力，支持动态测量，传统传感器多用于静态测量，因动态测量时，需要额外计算运动工件受到加减速时的力，使用难度较大。
28.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。