基于微孔气流流量控制的同步顶升方法和装置与流程

1.本发明涉及微孔气流控制技术领域，具体涉及基于微孔气流流量控制的同步顶升方法和装置。


背景技术：

2.常见的质量质心测量系统一般包括称重传感器1、顶升机构2、测量平台3以及支撑平台4，顶升机构2设有多组，其中有半数上面安装有称重传感器1，组成称重机构，另外半数是单独顶升机构，仅作为顶升使测量平台3脱离下方支撑平台4。测量过程中，常常包括以下几种状态：
3.安装状态：称重机构落下，单独顶升机构升起，测量平台3脱离支撑平台4，如图1所示；
4.质量质心测量状态：单独顶升机构降下，称重机构升起，测量平台3脱离支撑平台4，仅由称重机构支撑，由此来测得上方的所有质量，如图2所示。
5.放置状态：当不需要测量产品时，即对设备断电时，所有顶升机构全部落下到支撑平台上。
6.可见，多点称重法采用三个或四个称重传感器的读数及其相对位置关系计算出待测产品的质心位置。在测量状态下，固定有待测件的测量平台被称重传感器顶升至与支撑机构分离的状态，并依靠称重传感器承载测量平台，在非测量状态下，测量平台重新落在支撑机构上，因此，测量平台经常在顶升与非顶升状态之间变化。由于顶升机构设有多组，在控制其顶升与非顶升时，若不能做到同步升起，将会导致其上的测量平台倾斜，甚至出现测量平台倾覆侧滑等不可预期的危险，无法确保被测产品的绝对安全。现有技术中有一些通过电机带动减速器控制来实现同步的方案，但是电机控制过程比较麻烦，需要外接很多电路模块，增加了大量的空间布局，成本也比较高。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提出了基于微孔气流流量控制的同步顶升方法和装置，能够通过气流控制实现顶升机构同步升起，避免测量平台出现倾斜。
8.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
9.一种基于微孔气流流量控制的同步顶升装置，包括气路以及气泵以及多个顶升机构，其中所述顶升机构包括气缸，通过气泵给气缸通气实现对测量平台的顶升，气缸的气路入口处接有节流孔板，通过控制气泵保证各气缸进气气压一致，通过控制进气量实现各顶升机构上升速度一致，进而实现同步顶升。
10.其中，所述节流孔板上的节流孔直径为0.1-0.3mm。
11.其中，所述顶升机构包括支架、气缸、滑动轴、拉簧和滑套，通过调节气缸进气口和出气口的气流量，可调整其上升和下降的速度；气缸与上方的滑动轴之间由球头接触，当下降时，上方传感器和座体因自重和拉簧的拉力下自动回位；滑动轴和滑套之间采用滚珠式
滑动的定型产品。
12.其中，还包括油压阻尼器，用于缓冲顶升机构降落时测量平台和支撑平台之间的冲击。
13.其中，测量平台的四周布置有4个保护座，在水平方向和垂直方向均留有不超过10mm的间隙量。
14.其中，在顶升机构的整体支架周围采用可拆卸式封闭或门开式结构，对需要操作的部件均留有操作空间。
15.本发明还提供了一种基于微孔气流流量控制的同步顶升方法，采用本发明所述的顶升装置实现，包括如下步骤：
16.步骤1，将流量值一样的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口，保证每个气路入口的节流孔板流量一致；
17.步骤2，调整气泵输出，保证各气缸进气气压一致；
18.步骤3，根据需求控制各气缸的气路开关，通过进气实现对测量平台的顶升，通过关闭进气实现测量平台的降落。
19.其中，所述步骤1中，通过通路差压流量理论分析结合实验选出流量值一样的节流孔板，具体做法是：给一批安装有节流孔板的气路入口供一定的压力气压，从气路出口监测气体流量，将定压下流量值相同的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口。
20.其中，所述步骤3中，非测量状态下，称重机构中气缸的气路进气关闭，单独顶升机构中气缸的气路打开，单独顶升机构升起托住测量平台，然后将被测产品或工装安装到测量平台上；开始测量后，关闭单独顶升机构中气缸的气路，打开称重机构中气缸的气路，称重机构升起到位后，进行质量和质心测量；当不需要测量产品时，关闭所有气缸的气路，单独顶升机构以及称重机构全部落下到支撑平台上。
21.有益效果：
22.1、本发明对顶升结构进行了创新设计，通过气缸通气实现顶升，与电机控制手段相比，成本低而且容易控制，并且由于节流孔板引入，通过微孔气流的控制进一步提高了不同顶升机构上升或下降时的同步性。
23.2、本发明顶升结构中，气缸与上方的滑动轴之间由球头接触，不需紧固连接，当下降时，上方传感器和座体会因自重和拉簧的拉力下自动回位。滑动轴和滑套之间采用滚珠式滑动的定型产品，最大限度的降低摩擦力并保证运动精度，避免因运动副的间隙导致称重传感器的位置变化从而降低质量质心的测量准确度。
24.3、本发明还布置了油压阻尼器来缓冲顶升机构降落时测量平台和支撑平台之间的冲击，并且在测量平台的四周布置了4个保护座，在水平方向和垂直方向均留有不超过10mm的间隙量，在极端情况下消除了测量平台倾覆侧滑等不可预期的危险，确保产品的绝对安全。
25.4、本发明的基于微孔气流流量控制的同步顶升方法，利用本明装置实现，在所有顶升结构的气缸入口处都设有相同流量的节流孔板，同时保证进气气压一致，通过控制进气量实现上升速度一致，进而实现同步顶升。
26.5、本发明基于差压式流量计的原理并结合实验选取节流孔板，能够保证所有节流法的流量一致。
附图说明
27.图1为常见的质量质心测量系统非测量状态示意图。
28.图2为常见的质量质心测量系统测量状态示意图。
29.图3为本发明顶升机构示意图。
30.其中，1—称重传感器，2—顶升机构，3—测量平台，4-支撑平台；21—支架，22—气缸，23—拉簧，24—滑套。
31.图4为本发明测量平台下方俯视剖面图。
具体实施方式
32.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
33.本发明对顶升结构进行了创新设计，通过气缸通气实现顶升，与电机控制手段相比，成本低而且容易控制，并且由于节流孔板引入，通过微孔气流的控制进一步提高了不同顶升机构上升或下降时的同步性，其中，实现同步的关键是保证每个气路入口的节流孔板流量一致，具体原理是传统的差压式流量的原理，属于节流式差压流量仪表，基于封闭管道中流体质量守恒(连续性方程)和能量守恒(伯努利方程)两个定律。
34.质量守恒具体为：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后它的质量是不变的，用连续性方程表示为：v1*a1*ρ1＝v2*a2*ρ2；
35.能量守恒：用伯努利方程来表示为是指封闭管道中流体的压力和流速有如下的关系：其中p为压力，ρ为流体密度，v为流速。
36.对于安装有节流件的管道则有：
37.式中：a1、a2分别是节流件前后的截面积；v1、v2分别是a1、a2处的流速；p1、p2分别是a1、a2处的压力；ρ1、ρ2分别是a1、a2处的流体密度。
38.因此，通过气缸通气实现顶升的情况下，在气缸的气路入口处接有节流孔板(节流孔直径为0.1-0.2mm)，只要保证进气气压一致，便可以通过控制进气量实现上升速度一致，进而实现同步顶升。
39.通过以上分析，本发明提供了一种基于微孔气流流量控制的同步顶升装置，包括气路以及气泵以及多个顶升机构。本发明对顶升结构进行了创新设计，通过气泵对气缸通气实现对测量平台的顶升，在气缸的气路入口处接有节流孔板(节流孔直径为0.1-0.3mm，优选0.2mm)，通过控制气泵保证各气缸进气气压一致，通过控制进气量实现各顶升机构上升速度一致，进而实现同步顶升。
40.具体地，所述顶升机构如图3所示，包括支架21、气缸22、滑动轴、拉簧23和滑套24，通过调节气缸进气口和出气口的气流量，可调整顶升机构上升和下降的速度，避免过快冲击或过慢效率低下。气缸与上方的滑动轴之间由球头接触，不需紧固连接，当顶升机构下降时，上方传感器和座体会因自重和拉簧的拉力下自动回位。滑动轴和滑套之间采用滚珠式滑动的定型产品，最大限度的降低摩擦力并保证运动精度，避免因运动副的间隙导致称重传感器的位置变化从而降低质量质心的测量准确度。
41.本实施例测量平台可通过下方的顶升机构脱离支撑平台，顶升机构共有六组，测
量平台下方俯视剖面图如图4所示，有三组顶升机构上安装有称重传感器，组成称重机构，另外三组是单独顶升机构，仅作为顶升使测量平台脱离下方支撑平台。单独顶升机构与三个称重机构交错布置，同样呈正三角形分布，其作用是在非测量状态时，比如在工装或产品的安装时，使测量平台脱离支撑平台和称重传感器，避免二者的损坏或冲击，此时测量平台完全作用到三个单独顶升机构上，由气缸一直保持顶升状态。本实施例中，顶升机构的驱动采用薄形气缸，行程25mm，缸径100mm，最大输出推力可达600kg，三个气缸共同作用可产生1.8t的推力，满足上方测量平台、工装和被测产品的动作需要。
42.进一步地，本发明质量质心的测量过程采用气缸驱动系统进行顶升和状态切换，气缸的行程最大为25mm，且顶升速度和下降速度可调，以较慢的速度升降避免冲击，此外，本发明还布置了油压阻尼器来缓冲顶升机构降落时测量平台和支撑平台之间的冲击，并且在测量平台的四周布置了4个保护座，在水平方向和垂直方向均留有不超过10mm的间隙量，在极端情况下消除了测量平台倾覆侧滑等不可预期的危险，确保产品的绝对安全。
43.进一步地，在顶升机构的整体支架周围采用可拆卸式封闭或门开式结构，对需要操作的部件均留有足够的操作空间，考虑了其零件更换的可达性。
44.本发明还提供了一种基于微孔气流流量控制的同步顶升方法，基于本明装置实现，包括如下步骤：
45.步骤1，将流量值一样的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口，保证每个气路入口的节流孔板流量一致；
46.其中，进一步地，可以通过通路差压流量理论分析结合实验精确选出流量值一样的节流孔板，具体做法是：
47.给一批安装有节流孔板的气路入口供一定的压力气压，从气路出口监测气体流量，在定压下看流量值是不是相同，将流量值相同的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口，保证每个气路入口的节流孔板流量一致。
48.步骤2，调整气泵输出，保证各气缸进气气压一致；
49.步骤3，根据需求控制各气缸的气路开关，通过进气实现对测量平台的顶升，通过关闭进气实现测量平台的降落。
50.具体地，非测量状态下，称重机构中气缸的气路进气关闭，单独顶升机构中气缸的气路打开，单独顶升机构升起托住测量平台，然后将被测产品或工装安装到测量平台上；开始测量后，关闭单独顶升机构中气缸的气路，打开称重机构中气缸的气路，称重机构升起到位后，进行质量和质心测量；当不需要测量产品时，关闭所有气缸的气路，单独顶升机构以及称重机构全部落下到支撑平台上。
51.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

技术特征：
1.一种基于微孔气流流量控制的同步顶升装置，其特征在于，包括气路以及气泵以及多个顶升机构，其中所述顶升机构包括气缸，通过气泵给气缸通气实现对测量平台的顶升，气缸的气路入口处接有节流孔板，通过控制气泵保证各气缸进气气压一致，通过控制进气量实现各顶升机构上升速度一致，进而实现同步顶升。2.如权利要求1所述的顶升装置，其特征在于，所述节流孔板上的节流孔直径为0.1-0.3mm。3.如权利要求1或2所述的顶升装置，其特征在于，所述顶升机构包括支架、气缸、滑动轴、拉簧和滑套，通过调节气缸进气口和出气口的气流量，可调整其上升和下降的速度；气缸与上方的滑动轴之间由球头接触，当下降时，上方传感器和座体因自重和拉簧的拉力下自动回位；滑动轴和滑套之间采用滚珠式滑动的定型产品。4.如权利要求3所述的顶升装置，其特征在于，还包括油压阻尼器，用于缓冲顶升机构降落时测量平台和支撑平台之间的冲击。5.如权利要求4所述的顶升装置，其特征在于，测量平台的四周布置有4个保护座，在水平方向和垂直方向均留有不超过10mm的间隙量。6.如权利要求3所述的顶升装置，其特征在于，在顶升机构的整体支架周围采用可拆卸式封闭或门开式结构，对需要操作的部件均留有操作空间。7.一种基于微孔气流流量控制的同步顶升方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的顶升装置实现，包括如下步骤：步骤1，将流量值一样的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口，保证每个气路入口的节流孔板流量一致；步骤2，调整气泵输出，保证各气缸进气气压一致；步骤3，根据需求控制各气缸的气路开关，通过进气实现对测量平台的顶升，通过关闭进气实现测量平台的降落。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，通过通路差压流量理论分析结合实验选出流量值一样的节流孔板，具体做法是：给一批安装有节流孔板的气路入口供一定的压力气压，从气路出口监测气体流量，将定压下流量值相同的节流孔板挑选出来，装到气缸的气路入口。9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，非测量状态下，称重机构中气缸的气路进气关闭，单独顶升机构中气缸的气路打开，单独顶升机构升起托住测量平台，然后将被测产品或工装安装到测量平台上；开始测量后，关闭单独顶升机构中气缸的气路，打开称重机构中气缸的气路，称重机构升起到位后，进行质量和质心测量；当不需要测量产品时，关闭所有气缸的气路，单独顶升机构以及称重机构全部落下到支撑平台上。

技术总结
本发明提出了基于微孔气流流量控制的同步顶升方法和装置，能够通过气流控制实现顶升机构同步升起，避免测量平台出现倾斜。本发明对顶升结构进行了创新设计，通过气缸通气实现顶升，与电机控制手段相比，成本低而且容易控制，并且由于节流孔板引入，通过微孔气流的控制进一步提高了不同顶升机构上升或下降时的同步性。本发明的基于微孔气流流量控制的同步顶升方法，利用本明装置实现，在所有顶升结构的气缸入口处都设有相同流量的节流孔板，同时保证进气气压一致，通过控制进气量实现上升速度一致，进而实现同步顶升。进而实现同步顶升。进而实现同步顶升。


技术研发人员：缪寅宵 孙凤举 田俊宏 闫磊 白天 黄其刚 高炳涛 郭一梦 王小三
受保护的技术使用者：北京航天计量测试技术研究所
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/20