一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置，屬于機(jī)械工程測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是該裝置由被測(cè)量移動(dòng)軸、軸向移動(dòng)測(cè)量擋板、小量程高精度位移傳感器、電動(dòng)缸缸體、伺服電機(jī)、配重砝碼等組成。被測(cè)量移動(dòng)軸在加載過(guò)程中帶動(dòng)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板主要實(shí)現(xiàn)向下移動(dòng)。小量程高精度位移傳感器的觸頭垂直朝向放置用于檢測(cè)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板的位移變化。兩套小量程高精度位移傳感器安裝定位相互錯(cuò)開(kāi)一定距離保證測(cè)量的連續(xù)性。兩個(gè)小量程高精度位移傳感器反復(fù)交替行走精確定位控制實(shí)現(xiàn)了大量程位移的連續(xù)高精度測(cè)量。本發(fā)明的效果和益處是：該裝置結(jié)構(gòu)靈巧、布局合理、測(cè)量精度高，解決了大量程全范圍內(nèi)的高精度測(cè)量問(wèn)題，具有良好的推廣價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械工程測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及土力學(xué)三軸試驗(yàn)，尤其是一種大量程的高精度位移檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]測(cè)量土壤的強(qiáng)度和變形而常使用三軸試驗(yàn)儀，該儀器應(yīng)用廣泛，可用于測(cè)量多種參數(shù)，包括剪切強(qiáng)度和變形特性、固結(jié)特點(diǎn)和土壤滲透性。其中一定應(yīng)力作用下試樣軸向位移的變化是個(gè)非常重要的測(cè)量參數(shù)，軸向位移測(cè)量精度的高低決定了三軸試驗(yàn)的成敗。對(duì)于中小型三軸試驗(yàn)儀，試樣軸向位移變化區(qū)間通常小于150_，目前現(xiàn)有的線性位移傳感器(如:電感式、電阻式,磁環(huán)式位移傳感器等)基本能滿足要求。試樣軸向位移變化區(qū)間越小，選用的位移傳感器的量程越小，整個(gè)區(qū)間的測(cè)量精度越高，反之亦然。然而，對(duì)于大型、超大型三軸試驗(yàn)儀，三軸試驗(yàn)過(guò)程中試樣軸向變形區(qū)間可達(dá)500mm (針對(duì)直徑1.0米，高2.5米的圓柱試樣，試驗(yàn)中圓柱試樣高度變化〈20% )，如選用量程為500mm的位移傳感器會(huì)導(dǎo)致局部測(cè)量的精度非常低。因此,大型、超大型三軸試驗(yàn)中,試樣軸向位移的全局高精度測(cè)量是非常困難的。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有針對(duì)大型、超大型三軸試驗(yàn)儀專用的大量程高精度測(cè)量裝置。大量程光柵尺能夠保證整個(gè)區(qū)間的測(cè)量精度，由于大型、超大型三軸試驗(yàn)儀通常采用液壓伺服系統(tǒng)，施加重載的條件下會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻抖動(dòng)干擾，這就導(dǎo)致了大量程光柵尺會(huì)在大噪聲背景下產(chǎn)生累積誤差，導(dǎo)致測(cè)量精度的降低。另外光柵尺斷電后無(wú)法確認(rèn)當(dāng)前位置，需要回零位清零后重新測(cè)量。因此，由于無(wú)法消除大噪聲背景下的累積誤差，高精度的大量程光柵尺并不適合在大型、超大型三軸試驗(yàn)儀中應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種利用高精度小量程位移傳感器實(shí)現(xiàn)了整個(gè)試樣軸向大變形區(qū)間的高精度連續(xù)測(cè)量的裝置，解決大型、超大型三軸試驗(yàn)中試樣軸向大變形的精確測(cè)量問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置由兩套相同的小量程檢測(cè)子系統(tǒng)組成。小量程檢測(cè)子系統(tǒng)由被測(cè)量移動(dòng)軸1，軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2，小量程高精度位移傳感器3，位移傳感器固定支架4，電動(dòng)缸輸出軸5，前加載架立柱6，前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)7，電動(dòng)缸缸體8，伺服電機(jī)9，配重支柱AlO，配重下支撐板11，配重砝碼A12，后加載架立柱13,后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)14,電動(dòng)缸支撐架15,配重上支撐板16,位移傳感器支架17，前置法蘭盤18，配重支柱B19，配重砝碼B20等組成。
[0006]其中:被測(cè)量移動(dòng)軸I在加載過(guò)程中帶動(dòng)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2主要實(shí)現(xiàn)向下移動(dòng)。前加載架立柱6和后加載架立柱13固定于地面上，電動(dòng)缸支撐架15通過(guò)前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)7和后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)14固定于前加載架立柱6和后加載架立柱13上。電動(dòng)缸缸體8通過(guò)前置法蘭盤18固定在電動(dòng)缸支撐架15下方。電動(dòng)缸輸出軸5垂直于電動(dòng)缸支撐板15，并在電動(dòng)缸支撐板15上方上下高精度定位移動(dòng)。電動(dòng)缸輸出軸5的頂端通過(guò)位移傳感器固定支架4與小量程高精度位移傳感器3固定。此外，電動(dòng)缸輸出軸5的頂端通過(guò)螺紋連接將配重上支撐板16與配重支柱AlO和配重支柱B19固定。配重下支撐板11通過(guò)螺紋連接與配重支柱AlO和配重支柱B19固定。配重砝碼A12和配重砝碼B20固定于配重支柱AlO和配重支柱B19的下端。小量程高精度位移傳感器3的觸頭垂直朝向放置用于檢測(cè)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2的位移變化。
[0007]本發(fā)明的效果和益處是:在被測(cè)量移動(dòng)軸的下方設(shè)計(jì)了兩套完全相同的小量程檢測(cè)子系統(tǒng)(A系統(tǒng)和B系統(tǒng))，這兩套小量程檢測(cè)子系統(tǒng)相互錯(cuò)開(kāi)一定距離(小于量程)，通過(guò)精確控制兩個(gè)小量程高精度位移傳感器的位置實(shí)現(xiàn)兩個(gè)小量程高精度位移傳感器分時(shí)工作，在大量程位移范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)高精度測(cè)量。該裝置選用高精度小位移傳感器和伺服電機(jī)保證了測(cè)量和定位精度。配重消除了電動(dòng)缸中伺服電機(jī)、絲杠螺母間隙誤差，從根本上保證位移測(cè)量的精度。該裝置結(jié)構(gòu)靈巧、布局合理、測(cè)量精度高，解決了大量程全范圍內(nèi)的高精度測(cè)量問(wèn)題，具有良好推廣價(jià)值。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0009]圖中:1被測(cè)量移動(dòng)軸；2軸向移動(dòng)測(cè)量擋板；3小量程高精度位移傳感器；4位移傳感器固定支架；5電動(dòng)缸輸出軸；6前加載架立柱；7前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；8電動(dòng)缸缸體；9伺服電機(jī)；10配重支柱A ;11配重下支撐板；12配重砝碼A。
[0010]圖2是一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0011]圖中:13后加載架立柱；14后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；15電動(dòng)缸支撐架；16配重上支撐板；17位移傳感器支架；6前加載架立柱；7前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)。
[0012]圖3是一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0013]圖中:1被測(cè)量移動(dòng)軸；2軸向移動(dòng)測(cè)量擋板；5電動(dòng)缸輸出軸；6前加載架立柱；7前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；8電動(dòng)缸缸體；9伺服電機(jī)；10配重支柱A ;11配重下支撐板；12配重砝碼A ; 13后加載架立柱；14后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；15電動(dòng)缸支撐架；16配重上支撐板；18前置法蘭盤；19配重支柱B ；20配重砝碼B。
[0014]圖4是一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)的等軸測(cè)圖
[0015]圖中:5電動(dòng)缸輸出軸；6前加載架立柱；7前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；8電動(dòng)缸缸體；9伺服電機(jī)；10配重支柱A ; 11配重下支撐板；12配重砝碼A ；13后加載架立柱；14后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)；15電動(dòng)缸支撐架；16配重上支撐板；17位移傳感器支架；19配重支柱B ;20配重砝碼B。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]如附圖1?4所示，裝配時(shí)零件用煤油清洗，晾干后配合表面涂油，各零件不加工表面應(yīng)清洗干凈，除去毛邊毛刺，浸涂防銹漆；圖1中有兩套完全相同的小量程檢測(cè)子系統(tǒng)，假定左邊為A系統(tǒng)和右邊為B系統(tǒng)，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)均包含了小量程高精度位移傳感器、位移傳感器固定支架、電動(dòng)缸輸出軸、前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)、電動(dòng)缸缸體、伺服電機(jī)、配重支柱、配重砝碼等。下面以A系統(tǒng)為例說(shuō)明:
[0018]根據(jù)圖1和圖2可以看出A系統(tǒng)處于三軸試驗(yàn)儀的左邊，B系統(tǒng)處于三軸試驗(yàn)儀的右邊。A系統(tǒng)中前加載架立柱6、后加載架立柱13和被測(cè)量移動(dòng)軸I屬于原大型、超大型三軸試驗(yàn)儀。前加載架立柱6和后加載架立柱13固定于地面上。大型、超大型三軸試驗(yàn)加載過(guò)程中被測(cè)量移動(dòng)軸I向下移動(dòng)，最大行程可達(dá)500_。同時(shí)被測(cè)量移動(dòng)軸I帶動(dòng)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2實(shí)現(xiàn)向下移動(dòng)。移動(dòng)測(cè)量擋板2的彈性變性可忽略，因此，移動(dòng)測(cè)量擋板2的移動(dòng)狀況與被測(cè)量移動(dòng)軸I完全相同。電動(dòng)缸支撐架15通過(guò)前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)7和后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)14固定于前加載架立柱6和后加載架立柱13上。電動(dòng)缸缸體8通過(guò)前置法蘭盤18固定在電動(dòng)缸支撐架15下方。電動(dòng)缸輸出軸5垂直于電動(dòng)缸支撐板15,并在電動(dòng)缸支撐板15上方上下高精度定位移動(dòng)。電動(dòng)缸輸出軸5的頂端通過(guò)位移傳感器固定支架4與小量程高精度位移傳感器3固定。小量程高精度位移傳感器3的觸頭垂直朝向放置用于檢測(cè)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2的位移變化。
[0019]圖1中可以發(fā)現(xiàn)A、B系統(tǒng)安裝定位相互錯(cuò)開(kāi)一定距離D (該距離D要小于小量程高精度位移傳感器3的量程，取量程的80%)保證測(cè)量的連續(xù)性。測(cè)量時(shí)B系統(tǒng)首先工作，被測(cè)量移動(dòng)軸I位移的變化到達(dá)B系統(tǒng)相應(yīng)位移傳感器量程的80 %時(shí)，觸發(fā)A系統(tǒng)工作，這時(shí)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2剛好接觸到A系統(tǒng)的小量程高精度位移傳感器3，滯后一定時(shí)間待A系統(tǒng)小量程高精度位移傳感器3正常工作后(其間被測(cè)量移動(dòng)軸I位移的變化小于量程的20% )，精確控制B系統(tǒng)位移處感器向下移動(dòng)距離D的兩倍大小，這時(shí)軸向位移變化繼續(xù)增大，被測(cè)量移動(dòng)軸I位移變化到達(dá)A系統(tǒng)位移傳感器量程的80%時(shí)，觸發(fā)B系統(tǒng)工作，這時(shí)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板2剛好接觸到B系統(tǒng)的位移傳感器，滯后一定時(shí)間待B系統(tǒng)位移傳感器正常工作后，精確控制A系統(tǒng)位移處感器向下移動(dòng)距離D的兩倍大小，這樣A系統(tǒng)和B系統(tǒng)反復(fù)交替行走精確定位控制實(shí)現(xiàn)了大量程位移的連續(xù)高精度測(cè)量。
[0020]電動(dòng)缸中的伺服電機(jī)9采用高精度位置控制式伺服電機(jī)，脈沖數(shù)為10000個(gè)/圈。絲杠的螺距采用5mm，具有較高的運(yùn)動(dòng)速度和位置控制精度，能夠滿足測(cè)量要求。小量程高精度位移傳感器3的傳感元件調(diào)理成0-5V/10V的信號(hào)電壓，經(jīng)過(guò)16位A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接收，然后數(shù)據(jù)采集器把結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)判斷位移傳感器量程的80%的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)距離D計(jì)算伺服電機(jī)9所需的脈沖數(shù)，然后控制A系統(tǒng)和B系統(tǒng)中位移傳感器的移動(dòng)距離。
[0021]此外，電動(dòng)缸輸出軸5的頂端通過(guò)螺紋連接將配重上支撐板16與配重支柱AlO和配重支柱B19固定。配重下支撐板11通過(guò)螺紋連接與配重支柱AlO和配重支柱B19固定。配重砝碼A12和配重砝碼B20固定于配重支柱AlO和配重支柱B19的下端。這樣消除了電機(jī)、絲杠和螺母之間間隙，大大提高了控制精度。該測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)靈巧，操作方便，制造成本低，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種行走式高精度大量程位移檢測(cè)裝置，由兩套相同的小量程檢測(cè)子系統(tǒng)組成，每一個(gè)小量程檢測(cè)子系統(tǒng)包括被測(cè)量移動(dòng)軸(1)，軸向移動(dòng)測(cè)量擋板(2)，小量程高精度位移傳感器(3),位移傳感器固定支架(4),電動(dòng)缸輸出軸(5),前加載架立柱(6),前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)(7)，電動(dòng)缸缸體(8)，伺服電機(jī)(9)，配重支柱A (10)，配重下支撐板(11)，配重砝碼A (12)，后加載架立柱(13)，后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)(14)，電動(dòng)缸支撐架(15)，配重上支撐板(16)，位移傳感器支架(17)，前置法蘭盤(18)，配重支柱B (19)，配重砝碼B (20);其特征在于:被測(cè)量移動(dòng)軸(1)在加載過(guò)程中帶動(dòng)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板(2)主要實(shí)現(xiàn)向下移動(dòng)，前加載架立柱(6)和后加載架立柱(13)固定于地面上，電動(dòng)缸支撐架(15)通過(guò)前電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)(7)和后電動(dòng)缸支撐板固定環(huán)(14)固定于前加載架立柱(6)和后加載架立柱(13)上，電動(dòng)缸缸體(8)通過(guò)前置法蘭盤(18)固定在電動(dòng)缸支撐架(15)下方，電動(dòng)缸輸出軸(5)垂直于電動(dòng)缸支撐板(15),并在電動(dòng)缸支撐板(15)上方上下高精度定位移動(dòng)，電動(dòng)缸輸出軸(5)的頂端通過(guò)位移傳感器固定支架(4)與小量程高精度位移傳感器(3)固定，此外，電動(dòng)缸輸出軸(5)的頂端通過(guò)螺紋連接將配重上支撐板(16)與配重支柱A(10)和配重支柱B(19)固定，配重下支撐板(11)通過(guò)螺紋連接與配重支柱A(10)和配重支柱B(19)固定，配重砝碼A (12)和配重砝碼B (20)固定于配重支柱A (10)和配重支柱B (19)的下端，小量程高精度位移傳感器⑶的觸頭垂直朝向放置用于檢測(cè)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板⑵的位移變化。
2.一種行走式高精度大量程位移測(cè)量的方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)大量程位移的連續(xù)高精度測(cè)量，兩套完全相同的小量程檢測(cè)子系統(tǒng)分別為A系統(tǒng)和B系統(tǒng)，A、B系統(tǒng)安裝定位相互錯(cuò)開(kāi)一定距離D(該距離D要小于小量程高精度位移傳感器(3)的量程，取量程的80%)保證測(cè)量的連續(xù)性；測(cè)量時(shí)B系統(tǒng)首先工作，被測(cè)量移動(dòng)軸(1)位移的變化到達(dá)B系統(tǒng)相應(yīng)位移傳感器量程的80%時(shí)，觸發(fā)A系統(tǒng)工作，這時(shí)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板(2)剛好接觸到A系統(tǒng)的小量程高精度位移傳感器(3)，滯后一定時(shí)間待A系統(tǒng)小量程高精度位移傳感器(3)正常工作后(其間被測(cè)量移動(dòng)軸(1)位移的變化小于量程的20% )，精確控制B系統(tǒng)位移處感器向下移動(dòng)距離D的兩倍大小，這時(shí)軸向位移變化繼續(xù)增大，被測(cè)量移動(dòng)軸(1)位移變化到達(dá)A系統(tǒng)位移傳感器量程的80%時(shí)，觸發(fā)B系統(tǒng)工作，這時(shí)軸向移動(dòng)測(cè)量擋板(2)剛好接觸到B系統(tǒng)的位移傳感器,滯后一定時(shí)間待B系統(tǒng)位移傳感器正常工作后，精確控制A系統(tǒng)位移處感器向下移動(dòng)距離D的兩倍大小，A系統(tǒng)和B系統(tǒng)反復(fù)交替行走精確定位控制實(shí)現(xiàn)了大量程位移的連續(xù)高精度測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01B21/02GK104406839SQ201410589263
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】孔憲京, 桑勇, 鄒德高, 周晨光, 劉京茂 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)