專利名稱：機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力學(xué)試驗方法，具體涉及一種機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
近年來制造業(yè)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)制造行業(yè)面臨著產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級速度加快，生產(chǎn)線需要動態(tài)調(diào)整等諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的單一功能機械零部件力學(xué)試驗系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)此類要求。事實上，不同的機械零部件力學(xué)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(xué)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(xué)試驗可分為長期試驗和短期試驗；從參數(shù)測量類型劃分，力學(xué)試驗可分為位移、轉(zhuǎn)角、移動速度、轉(zhuǎn)速、 力、轉(zhuǎn)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(yīng)的可重組模塊分別實現(xiàn)這些功能，這樣通過這些功能模塊的組合即可實現(xiàn)針對不同種類零部件的試驗設(shè)備?；诳芍貥?gòu)方式組建的機械零部件力學(xué)試驗系統(tǒng)，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(tǒng)的模塊，改變整體構(gòu)架以快速響應(yīng)被測對象的測試需求。 可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)有助于提高試驗設(shè)備的重用程度，加快企業(yè)生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)型升級速度。 可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)強調(diào)用戶參與試驗設(shè)備的重新設(shè)計與配置，在模塊化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上便于用戶主導(dǎo)開發(fā)，以適應(yīng)多品種機械零部件。經(jīng)過對現(xiàn)有文獻技術(shù)的檢索，發(fā)現(xiàn)目前可重構(gòu)制造系統(tǒng)和可重構(gòu)設(shè)備的理論技術(shù)已經(jīng)取得了一定的發(fā)展，但處于生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)的產(chǎn)品檢測過程尚沒有相應(yīng)的可重構(gòu)試驗設(shè)備出現(xiàn)，導(dǎo)致可重構(gòu)制造系統(tǒng)的部署存在缺環(huán)。目前可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)尚沒有技術(shù)資料見諸于世，其他可重構(gòu)設(shè)備的相關(guān)技術(shù)與可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)相差較大，不足以支撐可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的設(shè)計與制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法，它可以對試驗系統(tǒng)的構(gòu)型進行變化，滿足動態(tài)變化的測試需求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法的技術(shù)解決方案為，包括以下步驟
(1)、系統(tǒng)根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)，查詢現(xiàn)有試驗系統(tǒng)是否滿足新試驗任務(wù)的功能參數(shù)要求，若不滿足則啟動重構(gòu)過程；
(2)、對試驗功能進行分解對試驗功能依據(jù)作動點和測量點的類型以及作動點和測量點相對零部件的空間位姿進行分解；
(3)、確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊、空間定位模塊；
依據(jù)作動點和測量點確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊；依據(jù)作動點和測量點相對零部件的空間位姿確定需要參加重構(gòu)的空間定位模塊；
(4)、依據(jù)每個作動測量動作的功能要求，分別進行機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的重構(gòu)；選定模塊實例依據(jù)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(yīng)的作動測量模塊實例；
所述選定模塊實例的方法包括以下步驟
查詢作動測量模塊庫內(nèi)作動測量模塊屬性參數(shù)，與作動測量目標(biāo)參數(shù)做比較，使所選模塊屬性參數(shù)滿足目標(biāo)參數(shù)，選定作動測量模塊實例；
依據(jù)作動測量模塊的接口參數(shù)，查詢空間定位模塊庫，選定空間定位模塊實例； 控制系統(tǒng)的重構(gòu)查詢控制軟件模塊庫，選定模塊，規(guī)劃數(shù)據(jù)流，生成控制系統(tǒng)。(5)、系統(tǒng)重構(gòu)完成根據(jù)機械接口參數(shù)，將所有模塊通過機械接口按所需位置定位依次安裝；根據(jù)信息接口參數(shù)，連接電氣接口，生成控制系統(tǒng)，規(guī)劃信息渠道使系統(tǒng)模塊能正確輸出所需測量結(jié)果；所有參與重構(gòu)的模塊進行空間和邏輯上的重組，復(fù)現(xiàn)出試驗標(biāo)準(zhǔn)中的空間作動和測量要求，系統(tǒng)重構(gòu)過程即告完成。本發(fā)明可以達到的技術(shù)效果是
本發(fā)明采用模塊化設(shè)計形成試驗系統(tǒng)，具有標(biāo)準(zhǔn)的機械結(jié)構(gòu)和連接界面。試驗系統(tǒng)的模塊采用軟硬件同粒度的設(shè)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(gòu)方法可以對試驗系統(tǒng)的構(gòu)型進行變化，滿足如試驗產(chǎn)品變化、試驗方法變化等動態(tài)變化的測試需求，以適應(yīng)機械行業(yè)中被試零部件種類或試驗項目變化。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明 圖1是本發(fā)明機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的示意圖2是本發(fā)明的構(gòu)型方式； 圖3是本發(fā)明的模塊構(gòu)型； 圖4是本發(fā)明的重構(gòu)方法； 圖5是本發(fā)明的實施例的構(gòu)型； 圖6是本發(fā)明的實施例的實施過程。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)，包括多個模塊，多個模塊通過控制系統(tǒng)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(xiàn)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，使作動測量模塊可以安裝到空間定位模塊上，實現(xiàn)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(zhuǎn)作動測量模塊、直線作動測量模塊、流體作動測量模塊；
旋轉(zhuǎn)作動測量模塊用于對旋轉(zhuǎn)自由度下角度、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速等單一物理量進行測量；
作動測量模塊的每個模塊內(nèi)部含有獨立的控制器，控制器根據(jù)預(yù)制的程序主持內(nèi)部事務(wù)，根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)送要求自主完成目標(biāo)物理量的加載和測量以及與其他模塊、控制系統(tǒng)的信息交互；
本發(fā)明的多個模塊所組成的模塊體在邏輯上是緊密聯(lián)系的完整個體，而在物理上則可以是集中式結(jié)構(gòu)也可以是分布式結(jié)構(gòu)；
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(gòu)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(jié)構(gòu)；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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)向作動測量模塊發(fā)送控制物理量目標(biāo)信息，如直線作動測量模塊的加載目標(biāo)力等；作動測量模塊向控制系統(tǒng)發(fā)送實測物理量數(shù)據(jù)，如旋轉(zhuǎn)作動測量模塊實測的被測零部件旋轉(zhuǎn)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(xiàn)控制；作動測量模塊的每個模塊設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)參數(shù)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(gòu)時根據(jù)參數(shù)選擇相應(yīng)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(shù)內(nèi)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(zhuǎn)定位模塊、擺動定位模塊； 底板模塊為系統(tǒng)重構(gòu)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(zhuǎn)定位模塊用于確定其他模塊相對于豎直軸的旋轉(zhuǎn)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(nèi)的軸)的旋轉(zhuǎn)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(xué)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。本發(fā)明可用于滿足生產(chǎn)環(huán)境中產(chǎn)品種類或產(chǎn)品試驗項目發(fā)生變化的情況，例如企業(yè)原生產(chǎn)汽車減震器，擁有通過本發(fā)明模塊搭建的示功試驗臺，當(dāng)前新增汽車液壓式制動踏板分總成生產(chǎn)項目，即可通過對原示功試驗臺的重構(gòu)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(guān)系圖表。如圖4所示，本發(fā)明機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法，包括以下步驟
1、系統(tǒng)根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)，查詢現(xiàn)有試驗系統(tǒng)是否滿足新試驗任務(wù)的功能參數(shù)要求，若不滿足則啟動重構(gòu)過程；
根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)，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(jù)當(dāng)前試驗臺功能參數(shù)，現(xiàn)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(yīng)的力、行程和速度測量，即現(xiàn)有的系統(tǒng)功能不能滿足踏板分總成性能的試驗要求，因此啟動系統(tǒng)重構(gòu)過程；
2、對試驗功能進行分解對試驗功能依據(jù)作動點和測量點的類型以及作動點和測量點相對零部件的空間位姿進行分解；
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(gòu)的作動測量模塊和空間定位模塊； 依據(jù)作動點和測量點確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊；依據(jù)作動點和測量點相對零
部件的空間位姿確定需要參加重構(gòu)的空間定位模塊；
根據(jù)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(yīng)的測量模塊，從而確定作動測量模塊；
根據(jù)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(chǔ)；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(gòu)方案的構(gòu)型(如圖5所示)；
4、依據(jù)每個作動測量動作的功能要求，分別進行機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的重構(gòu)； 選定模塊實例依據(jù)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(yīng)的作動測量模塊實例；
包括查詢作動測量模塊庫內(nèi)作動測量模塊屬性參數(shù)，與作動測量目標(biāo)參數(shù)做比較，保證所選模塊屬性參數(shù)滿足目標(biāo)參數(shù)，選定作動測量模塊實例；
依據(jù)作動測量模塊的接口參數(shù)，查詢空間定位模塊庫，選定空間定位模塊實例； 控制系統(tǒng)重構(gòu)查詢控制軟件模塊庫，選定模塊，規(guī)劃數(shù)據(jù)流，生成控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)是試驗系統(tǒng)模塊內(nèi)，用于向直接參與重構(gòu)的下級模塊發(fā)送系統(tǒng)級控制指令并輸出試驗結(jié)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(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，以操作者定制的方式反饋給操作者；
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(diào)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(gòu)不需要使用輔助模塊；
5、系統(tǒng)重構(gòu)完成根據(jù)機械接口參數(shù)，將所有模塊通過機械接口按所需位置定位依次安裝；根據(jù)信息接口參數(shù)，連接電氣接口，生成控制系統(tǒng)，規(guī)劃信息渠道使系統(tǒng)模塊能正確輸出所需測量結(jié)果；
所有參與重構(gòu)的模塊進行空間和邏輯上的重組，可復(fù)現(xiàn)出試驗標(biāo)準(zhǔn)中的空間作動和測量要求，系統(tǒng)重構(gòu)過程即告完成，如圖6所示。
權(quán)利要求
1.一種機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、系統(tǒng)根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)，查詢現(xiàn)有試驗系統(tǒng)是否滿足新試驗任務(wù)的功能參數(shù)要求，若不滿足則啟動重構(gòu)過程；(2)、對試驗功能進行分解對試驗功能依據(jù)作動點和測量點的類型以及作動點和測量點相對零部件的空間位姿進行分解；(3)、確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊、空間定位模塊；依據(jù)作動點和測量點確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊；依據(jù)作動點和測量點相對零部件的空間位姿確定需要參加重構(gòu)的空間定位模塊(4)、依據(jù)每個作動測量動作的功能要求，分別進行機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的重構(gòu)；選定模塊實例依據(jù)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(yīng)的作動測量模塊實例；(5)、系統(tǒng)重構(gòu)完成根據(jù)機械接口參數(shù)，將所有模塊通過機械接口按所需位置定位依次安裝；根據(jù)信息接口參數(shù)，連接電氣接口，生成控制系統(tǒng)，規(guī)劃信息渠道使系統(tǒng)模塊能正確輸出所需測量結(jié)果；所有參與重構(gòu)的模塊進行空間和邏輯上的重組，復(fù)現(xiàn)出試驗標(biāo)準(zhǔn)中的空間作動和測量要求，系統(tǒng)重構(gòu)過程即告完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法，其特征在于 所述步驟(4)中的選定模塊實例的方法包括以下步驟查詢作動測量模塊庫內(nèi)作動測量模塊屬性參數(shù)，與作動測量目標(biāo)參數(shù)做比較，使所選模塊屬性參數(shù)滿足目標(biāo)參數(shù)，選定作動測量模塊實例；依據(jù)作動測量模塊的接口參數(shù)，查詢空間定位模塊庫，選定空間定位模塊實例；控制系統(tǒng)的重構(gòu)查詢控制軟件模塊庫，選定模塊，規(guī)劃數(shù)據(jù)流，生成控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機械零部件可重構(gòu)力學(xué)試驗系統(tǒng)的重構(gòu)方法，包括以下步驟(1)查詢現(xiàn)有試驗系統(tǒng)是否滿足新試驗任務(wù)的功能參數(shù)要求；(2)對試驗功能進行分解；(3)確定需要參與重構(gòu)的作動測量模塊、空間定位模塊；(4)依據(jù)每個作動測量動作的功能要求，選定模塊實例，分別進行機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的重構(gòu)；(5)系統(tǒng)重構(gòu)完成。本發(fā)明所述試驗系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有標(biāo)準(zhǔn)的機械結(jié)構(gòu)和連接界面。試驗系統(tǒng)的模塊采用軟硬件同粒度的設(shè)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(gòu)方法可以對試驗系統(tǒng)的構(gòu)型進行變化，滿足如試驗產(chǎn)品變化、試驗方法變化等動態(tài)變化的測試需求，以適應(yīng)機械行業(yè)中被試零部件種類或試驗項目變化。
文檔編號G01D21/02GK102519518SQ20111045036
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者王維銳, 葛正 申請人:浙江大學(xué)臺州研究院