專利名稱：機械零部件可重構力學試驗系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種力學試驗設備，具體涉及一種機械零部件可重構力學試驗系統。
背景技術：
近年來制造業(yè)發(fā)展迅速，傳統制造行業(yè)面臨著產品轉型升級速度加快，生產線需要動態(tài)調整等諸多挑戰(zhàn)。傳統的單一功能機械零部件力學試驗系統已經不能適應此類要求。事實上，不同的機械零部件力學試驗項目可按其相似性分別歸類。例如，從試驗方式劃分，力學試驗可分為振動試驗、疲勞試驗、性能試驗等；按試驗時間分，力學試驗可分為 長期試驗和短期試驗；從參數測量類型劃分，力學試驗可分為位移、轉角、移動速度、轉速、力、轉矩測量等。如果將機械零部件的試驗項目進一步抽象為功能的組合，再從物理上開發(fā)相應的可重組模塊分別實現這些功能，這樣通過這些功能模塊的組合即可實現針對不同種類零部件的試驗設備。基于可重構方式組建的機械零部件力學試驗系統，在被試件或試驗項目發(fā)生變化時，用戶可通過重新選擇試驗系統的模塊，改變整體構架以快速響應被測對象的測試需求?？芍貥嬃W試驗系統有助于提高試驗設備的重用程度，加快企業(yè)生產線的轉型升級速度?？芍貥嬃W試驗系統強調用戶參與試驗設備的重新設計與配置，在模塊化結構的基礎上便于用戶主導開發(fā)，以適應多品種機械零部件。經過對現有文獻技術的檢索，發(fā)現目前可重構制造系統和可重構設備的理論技術已經取得了一定的發(fā)展，但處于生產重要環(huán)節(jié)的產品檢測過程尚沒有相應的可重構試驗設備出現，導致可重構制造系統的部署存在缺環(huán)。目前可重構力學試驗系統尚沒有技術資料見諸于世，其他可重構設備的相關技術與可重構力學試驗系統相差較大，不足以支撐可重構力學試驗系統的設計與制造。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種機械零部件可重構力學試驗系統，它可以對試驗系統的構型進行變化，滿足動態(tài)變化的測試需求。為解決上述技術問題，本實用新型機械零部件可重構力學試驗系統的技術解決方案為包括多個模塊，多個模塊通過控制系統進行控制；多個模塊包括核心模塊和輔助模塊，核心模塊包括作動測量模塊和空間定位模塊，作動測量模塊用于實現對被測零部件進行某一類別物理量作動和測量的功能；空間定位模塊用以確定作動測量模塊在空間中的位姿；作動測量模塊通過機械接口與空間定位模塊連接，使作動測量模塊能夠安裝到空間定位模塊上，實現作動與測量過程在空間六自由度環(huán)境中任意位置和姿態(tài)的確定。所述作動測量模塊包括綜合作動測量模塊、獨立測量模塊，綜合作動測量模塊包括旋轉作動測量模塊、直線作動測量模塊、流體作動測量模塊；旋轉作動測量模塊用于對旋轉自由度下角度、轉速、力矩等物理量進行作動加載以及測量；直線作動測量模塊用于對直線自由度下位移、速度、力等物理量進行作動加載以及測量；流體作動測量模塊用于對流體運動中的流量、流速、壓力等物理量進行作動加載以及測量；獨立測量模塊用于對單一物理量位移、速度、力、轉角、轉速、力矩、流量、流速、壓強進行測量。所述作動測量模塊的每個模塊包括電氣組件、機械組件和控制器，電氣組件和機械組件通過控制器實現控制；所述作動測量模塊的每個模塊設置有信號接口、電氣連接接口、機械接口，供與其他模塊的相互連接。所述空間定位模塊包括底板模塊、直線定位模塊、回轉定位模塊、擺動定位模塊； 底板模塊為系統重構的基座，其他空間定位模塊均由底板模塊開始裝配并確定初始位姿；直線定位模塊用于確定直線自由度下其他模塊的位姿；回轉定位模塊用于確定其他模塊相對于豎直軸的旋轉姿態(tài)；擺動定位模塊用于確定其他模塊相對于水平軸的旋轉位姿。所述輔助模塊包括通用工夾具模塊、環(huán)境生成模塊、動力源模塊，通用工夾具模塊包括通用鉸鏈、多功能連桿、通用夾具；通用鉸鏈用于對被測零部件添加自由度，多功能連桿用于延伸作動測量模塊的工作范圍，通用夾具用于機械零部件的定位和夾持；環(huán)境生成模塊包括溫度環(huán)境模塊、臭氧環(huán)境模塊、鹽霧環(huán)境模塊、泥水環(huán)境模塊；環(huán)境生成模塊用于生成機械零部件力學試驗的環(huán)境條件；動力源模塊包括液壓動力源模塊、電力源模塊、氣壓動力源模塊；動力源模塊用于為作動測量及定位模塊提供動力。本實用新型可以達到的技術效果是本實用新型采用模塊化設計，具有標準的機械結構和連接界面。本實用新型的模塊采用軟硬件同粒度的設計方式，各模塊封裝有獨立控制核心、機電硬件等。用戶通過重構方法可以對試驗系統的構型進行變化，滿足如試驗產品變化、試驗方法變化等動態(tài)變化的測試需要，以適應機械行業(yè)中被試零部件種類或試驗項目變化的需求。
以下結合附圖
和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明圖I是本實用新型機械零部件可重構力學試驗系統的示意圖；圖2是本實用新型的構型方式；圖3是本實用新型的模塊構型；圖4是本實用新型的重構方法；圖5是本實用新型的實施例的構型；圖6是本實用新型的實施例的實施過程。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型機械零部件可重構力學試驗系統，包括多個模塊，多個模塊通過控制系統進行控制；多個模塊包括核心模塊和輔助模塊，核心模塊包括作動測量模塊和空間定位模塊，作動測量模塊用于實現對被測零部件進行某一類別物理量作動和測量的功能；空間定位模塊用以確定作動測量模塊在空間中的位姿；作動測量模塊通過機械接口與空間定位模塊連接，使作動測量模塊可以安裝到空間定位模塊上，實現作動與測量過程在空間六自由度環(huán)境中任意位置和姿態(tài)的確定；作動測量模塊包括綜合作動測量模塊、獨立測量模塊，綜合作動測量模塊包括旋轉作動測量模塊、直線作動測量模塊、流體作動測量模塊；旋轉作動測量模塊用于對旋轉自由度下角度、轉速、力矩等物理量進行作動加載以及測量；直線作動測量模塊用于對直線自由度下位移、速度、力等物理量進行作動加載以及測量；流體作動測量模塊用于對流體運動中的流量、流速、壓力等物理量進行作動加載以及測量；獨立測量模塊用于對位移、轉速等單一物理量進行測量； 作動測量模塊的每個模塊內部含有獨立的控制器，控制器根據預制的程序主持內部事務，根據控制系統發(fā)送要求自主完成目標物理量的加載和測量以及與其他模塊、控制系統的信息交互；本實用新型的多個模塊所組成的模塊體在邏輯上是緊密聯系的完整個體，而在物理上則可以是集中式結構也可以是分布式結構；如圖2所示，對于某具體試驗項目，需要對多個模塊進行重構變形，從底板開始，多個空間定位模塊依次連接，形成定位鏈結構；作動測量模塊與被測零部件連接在定位鏈的末端；空間定位模塊形成的定位鏈決定了作動測量模塊相對于被測零部件的相對位姿；控制系統分別與作動測量模塊以及空間定位模塊相連，完成信息的交互；具體地說，控制系統向空間定位模塊發(fā)送定位信息，如直線定位模塊的移動距離等；控制系統向作動測量模塊發(fā)送控制物理量目標信息，如直線作動測量模塊的加載目標力等；作動測量模塊向控制系統發(fā)送實測物理量數據，如旋轉作動測量模塊實測的被測零部件旋轉速度等。如圖3所示，作動測量模塊的每個模塊還包括電氣組件和機械組件，電氣組件和機械組件通過控制器實現控制；作動測量模塊的每個模塊設置有標準化的信號接口、電氣連接接口、機械接口，供與其他模塊(即模塊體的其他模塊)的相互連接；由于模塊的封裝性，對外僅體現參數和接口，因此同類的模塊可以納入一個模塊庫進行管理，便于重構時根據參數選擇相應的模塊；每一個具體模塊都是同類模塊的一個實例，與同類其他模塊僅有參數內容的區(qū)別；空間定位模塊包括底板模塊、直線定位模塊、回轉定位模塊、擺動定位模塊；底板模塊為系統重構的基座，其他空間定位模塊均由底板模塊開始裝配并確定初始位姿；直線定位模塊用于確定直線自由度下其他模塊的位姿；回轉定位模塊用于確定其他模塊相對于豎直軸的旋轉姿態(tài)；擺動定位模塊用于確定其他模塊相對于水平軸(水平面內的軸)的旋轉位姿；輔助模塊包括通用工夾具模塊、環(huán)境生成模塊、動力源模塊，通用工夾具模塊包括通用鉸鏈、多功能連桿、通用夾具；通用鉸鏈用于對被測零部件添加自由度，多功能連桿用于延伸作動測量模塊的工作范圍，通用夾具用于對圓柱、孔、鈑金等機械零部件常見特征的定位和夾持；環(huán)境生成模塊包括溫度環(huán)境模塊、臭氧環(huán)境模塊、鹽霧環(huán)境模塊、泥水環(huán)境模塊；環(huán)境生成模塊用于生成機械零部件力學試驗的環(huán)境條件，如各種溫度、臭氧等零部件測試環(huán)境；動力源模塊包括液壓動力源模塊、電力源模塊、氣壓動力源模塊；動力源模塊用于為作動測量及定位模塊提供動力。本實用新型可用于滿足生產環(huán)境中產品種類或產品試驗項目發(fā)生變化的情況，例如企業(yè)原生產汽車減震器，擁有通 過本實用新型模塊搭建的示功試驗臺，當前新增汽車液壓式制動踏板分總成生產項目，即可通過對原示功試驗臺的重構形成新的汽車液壓式制動踏板分總成性能試驗臺。汽車液壓式制動踏板分總成的性能試驗需要模擬實際工況，使踏板移動一定距離，并在此過程中讀取踏板輸出點的輸出力以及制動主缸輸出的流體壓強，并做出這兩個物理量與踏板移動距離的關系圖表。如圖4所示，本實用新型機械零部件可重構力學試驗系統的重構方法，包括以下步驟I、系統根據試驗標準，查詢現有試驗系統是否滿足新試驗任務的功能參數要求，若不滿足則啟動重構過程；根據試驗標準，踏板分總成性能試驗需要施加行程和作用力，并測定輸出力和流體壓強；根據當前試驗臺功能參數，現有的減震器示功試驗臺僅可進行單軸方向的力和速度作動以及相應的力、行程和速度測量，即現有的系統功能不能滿足踏板分總成性能的試驗要求，因此啟動系統重構過程；2、對試驗功能進行分解對試驗功能依據作動點和測量點的類型進行分解；汽車液壓式制動踏板分總成的性能試驗可分解為對踏板施加行程一項作動過程和踏板力、踏板輸出力、制動液壓強三項測量過程；3、通過功能-作動測量方式映射確定需要參與重構的作動測量模塊和空間定位模塊；根據對踏板分總成性能試驗的分解，行程作動和踏板力測量處于同一直線自由度，可以合并映射到一個直線作動測量模塊，而其他兩項測量量分別映射到兩個對應的測量模塊，從而確定作動測量模塊；根據作動測量物理量相對于被測零部件的相對位姿，確定空間定位模塊選定底板模塊作為所有模塊和零部件定位的基礎；被測踏板需要定位在底板上確定高度，選定直線定位模塊；直線作動測量模塊需要與踏板面垂直并接觸，選定直線定位模塊和擺動定位模塊；壓強測量和力測量模塊需定位于被測工件之上，不需選擇定位模塊；最后確定重構方案的構型(如圖5所示)；4、依據每個作動測量動作的功能要求，分別進行機械系統和控制系統的重構；選定模塊實例依據被測作動量和測量量的范圍以及作動和測量量的空間定位方案，查詢模塊庫，分別選定相應的作動測量模塊實例；包括查詢作動測量模塊庫內作動測量模塊屬性參數，與作動測量目標參數做比較，保證所選模塊屬性參數滿足目標參數，選定作動測量模塊實例；依據作動測量模塊的接口參數，查詢空間定位模塊庫，選定空間定位模塊實例；控制系統重構查詢控制軟件模塊庫，選定生成控制系統；控制系統是試驗系統模塊內，用于向直接參與重構的下級模塊發(fā)送系統級控制指令并輸出試驗結果的中央控制軟件，測量過程中采集測量模塊測得的物理量并將采集的數據經過處理后，以操作者定制的方式反饋給操作者；[0054]由于選定的最適直線作動測量模塊即為原減震器示功試驗臺上的直線作動測量模塊，因此可直接沿用，僅需將其空間定位模塊調整到新的定位位置即可；新增的壓強測量和力測量模塊需定位于被測工件之上，不需要另選空間定位模塊；本次重構不需要使用輔助豐吳塊；5、系統重構完成根據機械接口參數，將所有模塊通過機械接口按所需位置定位依次安裝；根據信息接口參數，連接電氣接口，生成控制系統，規(guī)劃信息渠道使系統模塊能正確輸出所需測量結果；所有參與重構的模塊進行空間和邏輯上的重組，可復現出試驗標準中的空間作動和測量要求，系統重構過程即告完成，如圖6所示。
權利要求1.一種機械零部件可重構力學試驗系統，其特征在于包括多個模塊，多個模塊通過控制系統進行控制； 多個模塊包括核心模塊和輔助模塊，核心模塊包括作動測量模塊和空間定位模塊，作動測量模塊用于實現對被測零部件進行某一類別物理量作動和測量的功能；空間定位模塊用以確定作動測量模塊在空間中的位姿；作動測量模塊通過機械接口與空間定位模塊連接，使作動測量模塊能夠安裝到空間定位模塊上，實現作動與測量過程在空間六自由度環(huán)境中任意位置和姿態(tài)的確定。
2.根據權利要求I所述的機械零部件可重構力學試驗系統，其特征在于所述作動測量模塊包括綜合作動測量模塊、獨立測量模塊，綜合作動測量模塊包括旋轉作動測量模塊、直線作動測量模塊、流體作動測量模塊； 旋轉作動測量模塊用于對旋轉自由度下的物理量包括角度、轉速、力矩進行作動加載以及測量； 直線作動測量模塊用于對直線自由度下的物理量包括位移、速度、力進行作動加載以及測量； 流體作動測量模塊用于對流體運動中的物理量包括流量、流速、壓力進行作動加載以及測量； 獨立測量模塊用于對單一物理量位移、速度、力、轉角、轉速、力矩、流量、流速、壓強進行測量。
3.根據權利要求2所述的機械零部件可重構力學試驗系統，其特征在于所述作動測量模塊的每個模塊包括電氣組件、機械組件和控制器，電氣組件和機械組件通過控制器實現控制；所述作動測量模塊的每個模塊設置有信號接口、電氣連接接口、機械接口，供與其他模塊的相互連接。
4.根據權利要求I所述的機械零部件可重構力學試驗系統，其特征在于所述空間定位模塊包括底板模塊、直線定位模塊、回轉定位模塊、擺動定位模塊；底板模塊為系統重構的基座，其他空間定位模塊均由底板模塊開始裝配并確定初始位姿； 直線定位模塊用于確定直線自由度下其他模塊的位姿；回轉定位模塊用于確定其他模塊相對于豎直軸的旋轉姿態(tài)；擺動定位模塊用于確定其他模塊相對于水平軸的旋轉位姿。
5.根據權利要求I所述的機械零部件可重構力學試驗系統，其特征在于所述輔助模塊包括通用工夾具模塊、環(huán)境生成模塊、動力源模塊，通用工夾具模塊包括通用鉸鏈、多功能連桿、通用夾具；通用鉸鏈用于對被測零部件添加自由度，多功能連桿用于延伸作動測量模塊的工作范圍，通用夾具用于機械零部件的定位和夾持； 環(huán)境生成模塊包括溫度環(huán)境模塊、臭氧環(huán)境模塊、鹽霧環(huán)境模塊、泥水環(huán)境模塊；環(huán)境生成模塊用于生成機械零部件力學試驗的環(huán)境條件； 動力源模塊包括液壓動力源模塊、電力源模塊、氣壓動力源模塊；動力源模塊用于為作動測量及定位模塊提供動力。
專利摘要本實用新型公開了一種機械零部件可重構力學試驗系統，包括多個模塊，多個模塊通過控制系統進行控制；多個模塊包括核心模塊和輔助模塊，核心模塊包括作動測量模塊和空間定位模塊，作動測量模塊用于實現對被測零部件某一類別的物理量作動和測量功能；空間定位模塊用以確定作動測量模塊在空間中的位姿；作動測量模塊通過機械接口與空間定位模塊連接，使作動測量模塊能夠安裝到空間定位模塊上，實現作動與測量過程在空間六自由度環(huán)境中任意位置和姿態(tài)的確定。本實用新型采用模塊化設計，具有標準的機械結構和連接界面。用戶通過重構方法可以對試驗系統的構型進行變化，以適應機械行業(yè)中被試零部件種類或試驗項目變化的需求。
文檔編號G01D21/02GK202382772SQ20112056251
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者王維銳, 葛正 申請人:浙江大學臺州研究院