一种离心式毫牛级微力测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种离心式毫牛级微力测试系统，包括底座，在底座上设置测试平台组件、高帧数视频成像系统组件和电机组件，其中高帧数视频成像系统组件包括置于测试平台组件正上方的高帧数CCD摄像头，高帧数CCD摄像头通过水平设置的高帧数CCD摄像头支架固定，高帧数CCD摄像头支架端部分别通过滚珠丝杠滑块与三组滚珠丝杠丝杆连接，三组滚珠丝杠丝杆绕底座中心均匀分布，每根滚珠丝杠丝杆通过两个滚珠丝杠支杆支撑，滚珠丝杠支杆上下两端均固定。本实用新型专利技术能够准确测试测试昆虫在测试材料表面产生的毫牛级摩擦力、附着力等，具有显著的稳定性和精确度。

A centrifugal milli cow micro force test system

The utility model discloses a centrifugal millinewton level micro force testing system, which comprises a base, component testing platform and frame rate video imaging system components and electrical components are arranged on the base, wherein the frame rate video imaging system components including is placed above the test platform components of high frame CCD camera, CCD camera with high frame rate support frame CCD camera through a fixed set level, high frame CCD camera bracket end respectively by ball screw block and three groups of ball screw screw connection, three groups of ball screw screw around the center of the base is evenly distributed, each ball screw rod by two ball screw rod, ball screw rod on the upper and lower ends are fixed. The utility model can accurately measure the milli cow friction force and adhesion force on the surface of the tested insect, and has remarkable stability and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种离心式毫牛级微力测试系统
技术涉及微力测试系统
，尤其是一种离心式毫牛级微力测试系统。
技术介绍
在研究机械化滑移捕集治理农业灾害昆虫过程中，需要测试甲虫、飞蛾、蚂蚁等体型较小昆虫在材料表面的产生的附着力、摩擦力等力学数据时，如果采取以测力传感器为核心部件的常规测试技术及方法，则难以实现毫牛级微力的精确测试。目前公知的测力系统所采用的核心单元是测力传感器，传感器的量程、分辨率直接决定了测力系统的测量范围与测量精度。中国专利CN1760662A公开了二维小量程力传感器，能够同时测量水平方向和垂直方向上的力，具有结构简单、弹性体整体刚度高、有过载保护结构、安全性和可靠性高等优点。但由于该传感器的法向力、切向力的分辨力均是9.8mN，比较适合测量壁虎等体型较大动物脚掌产生的力，对于甲虫、蚂蚁、飞蛾等体型较小昆虫所产生的力，该传感器在精度方面并不能满足需求。中国专利CN100412521C公开了量程为0-1.5N的三维力传感器，具有结构简单、灵敏度高等优点，能够测量蜘蛛、昆虫、壁虎爬行时产生的接触力。该三维力传感器的分辨力为1mN，对于蚂蚁等小型昆虫产生的力，测试精度仍旧不能满足要求；在测量昆虫整个附着系统产生的力时，需要若干个该传感器组成阵列，显著提高了测力系统的成本。目前，针对现有的传感器微力测试系统测量精度不高的问题，市场上出现了不以测力传感器为核心部件的微力测试系统。专利技术人提交申请了关于一种离心式测微力系统的专利技术专利（申请号：201210577820.8），该专利包括机座、调速电机、转速控制及显示单元、联轴器、测试平台、可升降连杆和高帧数视频监控系统。该微力测试系统的测量精度在理论上最高可达0.01mN，能够解决现有测力传感器和测力系统的分辨力低的问题；同时具有结构简单、易操作、测试范围大、分辨力高、应用范围广等优点。但是上述专利技术专利提及的系统，由于电机和机座为一体结构，电机安装支架采用的是非对称结构，在测量时电机的振动会影响高帧数视频监控系统的采集精度，从而对昆虫的离心运动轨迹的测量产生误差，影响系统的测试准确度。专利技术申请人已获授权的技术专利ZL201620712022.5涉及的离心式毫牛尺度微力测试系统，该测微力系统包括底座圆盘和调速电机，底座圆盘通过电机支架与调速电机连接，在调速电机的输出轴上设有与底座圆盘平行设置的测试平台，在测试平台的正上方设有视频监控器，底座圆盘的中心位置设有通孔，调速电机置于通孔内，并且在调速电机和通孔之间紧密配合。该测微力系统通过整体结构上的优化改进，可最大限度地消除电机振动对测试结果的影响，能够提高测量的可靠性和稳定性。但是上述技术专利提及的测微力系统，用于获取测试对象离心运动半径信息的高帧数视频监控系统在高度调节时，依靠的是连杆之间的通孔，调节的准确度低；此外，固定安装高帧数视频监控系统的连杆与底座直接接触，电机运转时产生的振动在一定程度上传递给高帧数视频监控系统，加重影响高帧数视频监控系统对测试平台图像的采集清晰度，进而制约测试对象离心运动半径信息的准确获取，最终严重影响本测微力系统测量结果的准确性。因此有必要在保持离心式微力测试原理的基础上，对系统的整体结构进一步优化，尤其是优化高帧数视频监控系统的高度调节机构，以便最大限度地提高测量结果的准确性。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种离心式毫牛级微力测试系统，该系统能够准确测试测试昆虫在测试材料表面产生的毫牛级摩擦力、附着力等，具有显著的稳定性和精确度。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种离心式毫牛级微力测试系统，其特征在于包括底座，在底座上设置测试平台组件、高帧数视频成像系统组件和电机组件，其中高帧数视频成像系统组件包括置于测试平台组件正上方的高帧数CCD摄像头，高帧数CCD摄像头通过水平设置的高帧数CCD摄像头支架固定，高帧数CCD摄像头支架端部分别通过滚珠丝杠滑块与三组滚珠丝杠丝杆连接，三组滚珠丝杠丝杆绕底座中心均匀分布，每根滚珠丝杠丝杆通过两个滚珠丝杠支杆支撑，滚珠丝杠支杆上下两端均固定。对上述方案作进一步补充，还包括侧部安全罩和顶部安全罩，其中侧部安全罩为弧形板，侧部安全罩底部与底座固定，侧部安全罩顶部与顶部安全罩连接，侧部安全罩和顶部安全罩围城的空间包围测试平台组件、高帧数视频成像系统组件和电机组件。对上述方案作进一步优选，所述滚珠丝杠丝杆上端通过滚珠丝杠顶部固定轴承与顶部安全罩配合，滚珠丝杠丝杆下端通过滚珠丝杠底部固定组件与底座配合，其中滚珠丝杠底部固定组件包括嵌套块以及设置于嵌套块中心的滚珠丝杠底部固定轴承，嵌套块与底座之间设有嵌套块固定橡胶套，在嵌套块的两边、底座表面设有两个滚珠丝杠支杆固定孔。对上述方案作进一步优选，所述测试平台组件包括可旋转的测试平台，测试平台下表面中心位置设有测试平台支架，测试平台支架通过平行设置的测试平台支架上支撑板和测试平台支架下支撑板支撑，在测试平台支架与测试平台支架上支撑板、测试平台支架下支撑板之间设有测试平台支架上轴承和测试平台支架下轴承，测试平台支架上支撑板和测试平台支架下支撑板两端固定于右立板和左立板上，右立板和左立板下端固定在底座表面。对上述方案作进一步优选，所述电机组件包括电机，电机通过电机固定螺栓与电机支架连接，电机支架两相对侧面通过电机支架固定螺钉分别与右立板和左立板表面固接，电机的输出轴通过联轴器与测试平台支架连接，驱动测试平台转动。对上述方案作进一步优选，所述电机侧面设有电机转速控制系统接口和电机电源接口。对上述方案作进一步优选，所述测试平台上表面粘贴有测试平台标尺，测试平台标尺的刻度沿着测试平台表面径向布置，并由圆心向外刻度增大。设计本技术的理论依据：依据物理学知识，由离心力计算公式，即，其中，m表示做离心运动物体的质量，kg；r表示物体做离心运动的半径，m；n表示物体做离心运动的转速，r/min。因此，通过获取质量m、离心运动半径r、离心运动转速n等3个参数，可获取做离心运动的测试昆虫被甩出的时刻所承受的离心力，即为测试物体在材料表面产生的最大摩擦力。测试昆虫的质量m可通过高精度天平测出，其余两个参数需要借助于本实用测试系统测试获取。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有离心式微力测试系统相比，本技术涉及的一种离心式毫牛级微力测试系统，采用三组滚珠丝杠丝杆调整高帧数CCD摄像头与测试平台的距离，具有显著的稳定性和精确度；此外，固定安装高帧数CCD摄像头的滚珠丝杠支杆、滚珠丝杠丝杆、嵌套块与底座之间的连接用嵌套块固定橡胶套隔开，能够最大限度地降低电机运转时产生的振动对高帧数CCD摄像头的影响，因此更易实现对测试平台图像的清晰采集，故获取的测试昆虫做离心运动的半径信息更加精确和稳定。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图1是本技术的整体结构示意图；图2是图1中测试平台组件结构示意图；图3是图2中测试平台结构俯视图；图4是本技术中高帧数视频成像系统组件结构示意图；图5是本技术中电机组件结构示意图；图中，1、测试平台组件；1-1、测试平台；1-2、测试平台支架；1-3、测试平台支架固定螺钉；1-4、测试平台支架上轴承；1-5、测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心式毫牛级微力测试系统，其特征在于包括底座（6），在底座（6）上设置测试平台组件（1）、高帧数视频成像系统组件（2）和电机组件（3），其中高帧数视频成像系统组件（2）包括置于测试平台组件（1）正上方的高帧数CCD摄像头（2‑1），高帧数CCD摄像头（2‑1）通过水平设置的高帧数CCD摄像头支架（2‑2）固定，高帧数CCD摄像头支架（2‑2）端部分别通过滚珠丝杠滑块（2‑6）与三组滚珠丝杠丝杆（2‑8）连接，三组滚珠丝杠丝杆（2‑8）绕底座（6）中心均匀分布，每根滚珠丝杠丝杆（2‑8）通过两个滚珠丝杠支杆（2‑7）支撑，滚珠丝杠支杆（2‑7）上下两端均固定。

【技术特征摘要】
1.一种离心式毫牛级微力测试系统，其特征在于包括底座（6），在底座（6）上设置测试平台组件（1）、高帧数视频成像系统组件（2）和电机组件（3），其中高帧数视频成像系统组件（2）包括置于测试平台组件（1）正上方的高帧数CCD摄像头（2-1），高帧数CCD摄像头（2-1）通过水平设置的高帧数CCD摄像头支架（2-2）固定，高帧数CCD摄像头支架（2-2）端部分别通过滚珠丝杠滑块（2-6）与三组滚珠丝杠丝杆（2-8）连接，三组滚珠丝杠丝杆（2-8）绕底座（6）中心均匀分布，每根滚珠丝杠丝杆（2-8）通过两个滚珠丝杠支杆（2-7）支撑，滚珠丝杠支杆（2-7）上下两端均固定。2.根据权利要求1所述的一种离心式毫牛级微力测试系统，其特征在于还包括侧部安全罩（7）和顶部安全罩（8），其中侧部安全罩（7）为弧形板，侧部安全罩（7）底部与底座（6）固定，侧部安全罩（7）顶部与顶部安全罩（8）连接，侧部安全罩（7）和顶部安全罩（8）围城的空间包围测试平台组件（1）、高帧数视频成像系统组件（2）和电机组件（3）。3.根据权利要求2所述的一种离心式毫牛级微力测试系统，其特征在于所述滚珠丝杠丝杆（2-8）上端通过滚珠丝杠顶部固定轴承（2-10）与顶部安全罩（8）配合，滚珠丝杠丝杆（2-8）下端通过滚珠丝杠底部固定组件（2-9）与底座（6）配合，其中滚珠丝杠底部固定组件（2-9）包括嵌套块（2-9-1）以及设置于嵌套块（2-9-1）中心的滚珠丝杠底部固定轴承（2-9-2），嵌套块（2-9-1）与底座（6）之间设有嵌套块固定橡胶套（2-9-5），在嵌套块（2-9-1）的两边、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：新型
国别省市：河北,13