本實用新型涉及計量校準技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種六分量力傳感器校準裝置。

背景技術(shù)：

六分量力傳感器可以用于測量三維坐標空間內(nèi)六個方向的力或力矩信息（F_x、F_y、F_z、M_x、M_y、M_z），由于其測力信息豐富，測量精度高，因而得到了廣泛的應(yīng)用，在力—位控制、精密裝配、機器人、空間站對接仿真、火箭發(fā)動機推力測試等場合發(fā)揮了極其重要的作用。

對接機構(gòu)綜合試驗臺是我國載人航天二期工程最大的地面試驗設(shè)備，總重量達100多噸。采用“半物理仿真試驗”原理，能模擬最大質(zhì)量為8噸~100噸的空間飛行器之間的對接與分離全過程，進行各種相對位置和姿態(tài)偏差條件下兩航天器的對接模擬，包括接觸捕獲、緩沖校正等過程，重點全面地試驗對接機構(gòu)的捕獲與緩沖校正能力?？臻g對接機構(gòu)綜合試驗臺采用六分量力傳感器測量對接機構(gòu)模擬空間飛行器進行對接接觸時的相互作用力與力矩，將測量得到的結(jié)果傳輸?shù)缴衔豢刂茩C，根據(jù)對接碰撞所得的六分量力以及航天器動力學(xué)模型，實時解算模擬的空間飛行器的對接狀態(tài)。因此，對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力傳感器測量數(shù)據(jù)的準確與否，將直接影響到航天器空間對接仿真精度和對接機構(gòu)試驗結(jié)果的正確性，無法對接機構(gòu)的性能與可靠性做出正確判斷，并最終關(guān)系到航天器空間對接的成敗。

對接機構(gòu)綜合試驗臺的六分量力傳感器一經(jīng)安裝后無法進行重新拆裝，必須在傳感器原位進行現(xiàn)場校準。六分量力傳感器是為對接機構(gòu)綜合試驗臺專門研制的非標定制傳感器，傳感器中間部位為通孔，不能采用常規(guī)手段進行標準力值加載；由于六分量力傳感器安裝在模擬空間飛行器的上部對接環(huán)內(nèi)，主方向校準需要從下往上加載標準力值，也給現(xiàn)場校準帶來一定困難。此外，六分量力傳感器離地面距離高，整個試驗臺比較龐大，人員上下比較麻煩，因此需要設(shè)計適合六分量力傳感器現(xiàn)場校準的校準工裝，滿足對其現(xiàn)場校準需求。

目前國內(nèi)沒有查閱到對于類似對接機構(gòu)綜合試驗臺結(jié)構(gòu)的六分量力傳感器現(xiàn)場校準工裝的研究資料，俄羅斯航天局的對接機構(gòu)綜合試驗臺采用彈性棒的方法對航天器對接機構(gòu)進行地面試驗，目前也沒有查閱到相關(guān)對于試驗臺多分量力傳感器的在線校準研究資料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：提供一種六分量力傳感器校準裝置，包括主體結(jié)構(gòu)框架、受力球座、傳力機構(gòu)和標準測力儀；所述主體結(jié)構(gòu)框架包括固定于所述六分量傳感器主平面上的主向安裝板和固定于與所述六分量傳感器主平面垂直且向另的兩個側(cè)面的兩塊側(cè)向安裝板，所述主向安裝板和側(cè)向安裝板通過標準緊固件緊固在六分量傳感器上；所述主向安裝板上固連有承力架；所述受力球座包括定位底座和鋼球，所述鋼球設(shè)置在定位底座上的球形槽內(nèi)，并進行機械限位；所述定位底座為永磁體材料制成，能夠牢固吸附在所述六分量力傳感器的受力面上；所述傳力機構(gòu)在主向安裝板方向由三個蝸輪蝸桿配合伺服電機組成，側(cè)向安裝板方向由三個內(nèi)置行星齒輪的伺服電動缸配合控制器的結(jié)構(gòu)組成；所述蝸輪蝸桿和伺服電動缸的前端分別與所述標準測力儀相連；所述蝸輪蝸桿和伺服電動缸的輸出端與受力球座連接；在所述標準測力儀上設(shè)定需要輸出的標準力值，所述傳力機構(gòu)輸出所述標準力值，并由受力球座對所述主體結(jié)構(gòu)框架施加標準力；通過與所述六分量力傳感器數(shù)值進行比較，即可對所述六分量力傳感器校準。

進一步地，所述主向安裝板與所述承力架之間還安裝有調(diào)整座，所述調(diào)整座上安裝有微調(diào)機構(gòu)，實現(xiàn)對所述主向安裝板的微調(diào)。

進一步地，所述微調(diào)機構(gòu)為粗微調(diào)二維手動偏擺機構(gòu)，實現(xiàn)對主向安裝板二維俯仰、滾轉(zhuǎn)角的微調(diào)。

進一步地，所述主向安裝板和側(cè)向安裝板為不銹鋼板。

進一步地，所述主向安裝板和側(cè)向安裝板上設(shè)置有加強筋。

進一步地，所述調(diào)整座底部設(shè)有標準安裝螺孔，用于與承力架相連；調(diào)整座臺面上設(shè)有安裝孔，用于與所述主向安裝板固連。

本實用新型提供的六分量力傳感器校準裝置的技術(shù)效果為：

1. 對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力現(xiàn)場校準工裝解決了對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力傳感器現(xiàn)場校準的難題；

2. 現(xiàn)場校準工裝采用不銹鋼板結(jié)構(gòu)制成工裝主體框架，剛度強度較大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，解決在六分量力傳感器現(xiàn)場校準過程中工裝不變形、標準力值正確施加的難題；

3. 現(xiàn)場校準工裝基于蝸輪蝸桿絲伺服電機與內(nèi)置行星齒輪伺服電缸的傳動機械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在狹小空間和大加載力值情況下的現(xiàn)場校準工位；

4. 現(xiàn)場校準工裝配合控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)六分量力傳感器的幾個分量的同時校準，一次安裝即可實現(xiàn)，無需反復(fù)拆裝更換。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對實用新型作進一步說明：

圖1為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的對接機構(gòu)綜合臺示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的受力板示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的主向安裝板示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的側(cè)向安裝板示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的受力球座示意圖；

圖7為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的調(diào)整座示意圖；

圖8為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的蝸輪蝸桿升降機示意圖；

圖9為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的內(nèi)置行星齒輪伺服電動缸示意圖；

圖10為本實用新型實施例提供的六分量力傳感器校準裝置的六分量力同時校準示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提出的六分量力傳感器校準裝置作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力現(xiàn)場校準工裝由主體結(jié)構(gòu)框架、受力球座（含定位底座）、調(diào)整座、傳力機構(gòu)組成。采用不銹鋼部件組成主體機構(gòu)框架，通過標準緊固件固定在被校的六分量力傳感器上。采用機械加載方式作為現(xiàn)場校準工裝的傳動機構(gòu)，配合標準測力儀可以完成對六分量力傳感器的基于比較法校準原理的現(xiàn)場高精度校準。

傳動機構(gòu)的主方向由三個蝸輪蝸桿配合伺服電機的結(jié)構(gòu)組成，側(cè)方向由三個內(nèi)置行星齒輪的伺服電動缸配合控制器的結(jié)構(gòu)組成。蝸輪蝸桿和伺服電動缸的前端加工與標準測力儀相匹配的標準外螺紋，使其組成一套能夠進行現(xiàn)場加載的標準力源，將標準力值通過標準測力儀平穩(wěn)施加到被校傳感器上。

1、主體結(jié)構(gòu)框架

主體結(jié)構(gòu)框架主要由板狀零件、桿狀零件組成和標準緊固件連接，整套設(shè)計中沒有焊接件，結(jié)構(gòu)簡單，位置精度控制<1mm，角度精度控制<0.5°。

現(xiàn)場校準工裝的安裝均使用六分量力傳感器安裝底座上的螺紋孔作為安裝基準，可保證工裝的定位精度。對試驗臺X向校準中存在懸掛安裝，因此在安裝板上設(shè)置了加強筋，以減小受力過程中引起的形變?，F(xiàn)場校準工裝的安裝主要為螺釘連接，位置精度主要由工件加工精度和安裝精度決定。在實施過程中采用實時測量和安裝微調(diào)座的方法來保證精度，滿足組合精度控制在1mm和0.5°以內(nèi)。

對接綜合試驗臺的六分量力傳感器中間部位為通孔，無法進行X向的校準工作，故在原有法蘭的基礎(chǔ)上加裝一個蓋板，采用厚30mm的不銹鋼板制成，作為受力板，受力板采用不銹鋼板制成，強度、尺寸均滿足要求。

現(xiàn)場校準工裝的主方向（縱向）安裝板，采用厚20mm的不銹鋼板制成，圖示分別標明了校準X向力的加載裝置安裝位置、校準M_y力矩的加載裝置安裝位置與校準M_z力矩的加載裝置安裝位置。安裝板采用8根筋條與六分量力傳感器安裝塊連接，以確保滿足使用要求。

現(xiàn)場校準工裝的側(cè)方向（橫向）安裝板，采用厚10mm的不銹鋼框架結(jié)構(gòu)制成，在校準過程中可直接對六分量力傳感器傳感器加載。固定支架均安裝到傳感器的安裝底座上，用于固定安裝板，再在安裝板上安裝傳力機構(gòu)。

2、受力球座

通過對校準現(xiàn)場的考察和加載裝置的研究，為了保證施力過程中受力的準確性，需要對受力點進行精確確定，本發(fā)明采用球點接觸的形式保證力的傳遞為點受力傳遞，精確度遠高于面受力，能夠有效地控制加載力值精度。鋼球設(shè)置在球座的球形槽內(nèi)，通過蓋板和螺釘進行限位。

為了滿足現(xiàn)場對于受力點的定位和微調(diào)，受力球座的安裝底座采用永磁體材料，能夠牢固吸附在被校六分量力傳感器受力面上。拆卸掉鋼球和蓋板的安裝底座能夠與激光跟蹤儀的測量靶球底座匹配，并使得激光跟蹤儀靶球坐標系與受力球座坐標系受力軸線方向重合，確保測量坐標一致。

受力點定位時，首先通過劃線法粗定位，然后將受力球座蓋板拆卸并取出鋼球，利用安裝底座的磁性吸附在受力點處。將激光跟蹤儀測量靶球與底座牢固安裝在受力安裝座上，利用激光跟蹤儀進行坐標點測量，同時微調(diào)安裝底座到正確受力位置，并記錄坐標點坐標信息。最后用硅膠槍將其固定，保持每一次施力過程中受力點的穩(wěn)定。整個現(xiàn)場校準過程無需調(diào)整，避免人員頻繁操作的麻煩。

3、調(diào)整座

調(diào)整座的作用一是與安裝板和承力架連接起到安裝固定作用，二是通過微調(diào)機構(gòu)確?，F(xiàn)場校準工裝能夠與受力軸線坐標系重合，保持車輛軸線與定位軸線一致，從而實現(xiàn)現(xiàn)場校準。調(diào)整座具有足夠的剛度和強度，確保在校準過程中受力后角度偏差滿足不大于0.5°的要求，同時具備各自由度的鎖緊功能。

調(diào)整座的微調(diào)機構(gòu)采用粗微調(diào)二維手動偏擺機構(gòu)實現(xiàn)對安裝板二維俯仰、滾轉(zhuǎn)角的微調(diào)。采用手輪操作，可以小范圍調(diào)整水平角度，微調(diào)分辨率小于0.005o。機構(gòu)底部有標準安裝螺孔，可以直接連接在承力架上，臺面上有安裝孔，可與現(xiàn)場校準工裝的安裝板固定連接。

4、傳力機構(gòu)

對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力現(xiàn)場校準工裝的傳力機構(gòu)采用兩套設(shè)計方案：

主方向傳力機構(gòu)采用蝸輪蝸桿升降機與伺服電機的方案。蝸輪蝸桿傳動具有傳動比大，工作平穩(wěn)，噪聲小，反行程可自鎖等優(yōu)點，能夠輕松進行力的加載，滿足主方向從下往上加載力值的特殊要求；并能停留在量程內(nèi)的任何一個力值點。采用伺服電機作為動力機構(gòu)部分驅(qū)動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動。伺服電機內(nèi)置高精度旋轉(zhuǎn)編碼器讀取電機轉(zhuǎn)速，通過控制器控制伺服電機電流來控制電機轉(zhuǎn)速，達到對蝸輪蝸桿傳力的控制。

側(cè)方向傳力機構(gòu)采用內(nèi)置行星齒輪伺服電動缸的方案。內(nèi)置行星齒輪伺服電動缸采用創(chuàng)新的行星絲杠傳動技術(shù)和先進的伺服控制技術(shù)，具有體積小、精度高、速度快、剛性高、抗沖擊性能強、壽命長、環(huán)保節(jié)能、維護簡單等優(yōu)點，避免了液壓伺服結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗能高、維護成本高的缺點以及氣缸定位精度差的缺點。在傳力加載過程中，通過電機來驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，通將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線平動，對六分量力傳感器進行加載。

整個傳力機構(gòu)配合控制器，并與上位機連接，通過對各個分量的控制器下達控制指令，能夠?qū)Ρ恍５牧至苛鞲衅鬟M行多分量同時校準，滿足六分量力傳感器耦合誤差現(xiàn)場校準需求。

本發(fā)明設(shè)計研制的對接機構(gòu)綜合試驗臺六分量力現(xiàn)場校準工裝具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、定位精度高、傳動力值大等特點，并能夠?qū)α至苛鞲衅鬟M行多分量同時加載，實現(xiàn)對其耦合誤差的校準。整個工裝在一次裝調(diào)后無需反復(fù)拆卸，避免人員頻繁上下操作臺的不便，滿足對接機構(gòu)綜合試驗臺特殊結(jié)構(gòu)下的六分量力傳感器在線校準需求。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變形而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。