轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法
2023-04-23 12:30:56 1
轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法，包括角度檢測單元、速度檢測單元、數據採集單元、中央處理單元和至少一個電流傳感器；電流傳感器接入轉臺被測轉軸的電機驅動線，電流傳感器輸出模擬電壓信息至數據採集單元；數據採集單元輸出數字電壓信息送入中央處理單元；角度檢測單元和速度檢測單元均設置在轉臺被測轉軸上，角度檢測單元和速度檢測單元分別輸出角度信息和速度信息送入中央處理單元；中央處理單元的控制輸出端接至轉臺，用以控制轉臺被測轉軸的轉動角度和轉速；中央處理單元將接收到的數字電壓信息轉換為力矩信息並存儲。本發明提供了一種操作方便、測量精度高的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法。
【專利說明】轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]現有摩擦力矩測量大多採用人工手動方法測量，這種測量方法受到很多人為因素影響，測量結果不準確；同時也有一些採用電動測量方法，然而這些測量方法一般採用力傳感器來配合測量，結構複雜，給測試帶來不便。因此需要一種結構簡單，操作方便的摩擦力矩電子測量裝置。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種結構簡單、操作方便的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置及測量方法。
[0004]本發明的第一種技術解決方案如下:
[0005]轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特殊之處在於:
[0006]包括角度檢測單元、速度檢測單元、數據採集單元、中央處理單元和至少一個電流傳感器；
[0007]所述電流傳感器接入轉臺被測轉軸的電機驅動線，用於採集電機驅動線的電流信息、將電流信息轉換為模擬電壓信息並輸出至所述數據採集單元；數據採集單元輸出數字電壓信息送入中央處理單元；
[0008]所述角度檢測單元和速度檢測單元均設置在轉臺被測轉軸上，角度檢測單元和速度檢測單元分別輸出角度信息和速度信息送入中央處理單元；
[0009]所述中央處理單元的控制輸出端接至轉臺，用以控制轉臺被測轉軸的轉動角度和轉速；中央處理單元將接收到的數字電壓信息轉換為電流信息，再與轉臺的電機轉矩係數相乘得到力矩信息並存儲。
[0010]基於上述技術方案，本發明還做出以下優化和限定:
[0011]上述數據採集單元包括微處理器和多通道模數轉換器，微處理器控制模數轉換器將電流傳感器輸出的模擬電壓信息轉換為數字電壓信息、並將數字電壓信息送入中央處理單元，所述電流傳感器與多通道模數轉換器相匹配；轉臺被測轉軸有多個，電流傳感器的數量與轉臺被測轉軸的數量一致，電流傳感器分別接入各自的轉臺被測轉軸的電機驅動線。
[0012]上述電流傳感器是高精度霍爾電流傳感器，角度檢測單元是光電編碼器、速度檢測單元是測速機。
[0013]上述微處理器和多通道模數轉換器均焊接在印製電路板上，微處理器和多通道模數轉換器通過印製電路板上的電路相連。
[0014]上述電流傳感器分別焊接在獨立的印製電路板上。
[0015]上述電流傳感器與多通道模數轉換器之間以及微處理器和中央處理單元之間均通過線纜及相應的插件相連。[0016]本發明的第二種技術解決方案如下:
[0017]轉臺轉軸摩擦力矩的測量方法，其特徵在於:包括以下步驟:
[0018]I】轉臺被測轉軸從初始啟動位置開始加速並最終做勻速轉動，對特定時刻下轉臺被測轉軸的角度、速度及電機驅動電流進行採集，繪製角度-採樣點曲線，速度-採樣點曲線，電流-採樣點曲線；
[0019]2】根據輸入電機轉矩係數和電流採樣值的乘積，計算得到電機的輸出力矩，繪製力矩-採樣點曲線；
[0020]3】通過速度-採樣點曲線得到轉臺剛剛轉動的時刻，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時刻對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線得到該時刻電機輸出的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的靜摩擦力矩；
[0021]通過速度-採樣點曲線得到轉臺做等速運動的時間段，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時間段對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線相應時刻電機作用在轉軸上的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的動摩擦力矩；
[0022]4】改變轉臺被測轉軸的初始啟動位置，重複步驟I至3，可以得到轉臺轉軸不同角度的靜摩擦力矩和動摩擦力矩。
[0023]上述步驟I】中採集到的電機驅動電流轉換為電壓信息後送入中央處理單元，再通過中央處理單元將電壓信息轉換為電機驅動電流，然後繪製電流-採樣點曲線。
[0024]本發明具有以下有益效果:
[0025](I)測量精度高。與人工手動測量方法相比，採用本發明使得測量精度更高。
[0026](2)操作方便。本發明通過接插件連接，運行轉臺被測轉軸使其勻速運動，通過中央處理單元得出轉臺轉軸動靜摩擦力矩。
[0027](3)結構簡單，節約成本。與現有電動測量裝置相比，不需要力傳感器，節約了成本，簡化了結構。
[0028](4)採用多通道模數轉換器，可以同時對多路電流傳感器採集到的模擬電流信息進行轉換。
[0029](5)多個電流傳感器各自焊接在獨立的印製板上，可以同時測量轉臺多個轉軸摩擦力矩。
[0030](6)線纜的連接端均設置有插件，待測轉臺轉軸的電機驅動線、多個高精度霍爾電流傳感器、多通道模數轉換器、中央處理單元與相應的線纜之間均通過插件相連，因此可以方便更換不同長度的線纜，以適應不同距離環境的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】`
[0032]如圖1所示，本發明提供一種轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，包括角度檢測單元、速度檢測單元、數據採集單元、中央處理單元和至少一個電流傳感器；電流傳感器可以採用高精度霍爾電流傳感器，角度檢測單元可以採用光電編碼器、速度檢測單元可以採用測速機。[0033]電流傳感器接入轉臺被測轉軸的電機驅動線，轉臺被測轉軸的電機驅動線與轉臺被測轉軸相連。具體接入方法為:將轉臺被測轉軸的電機驅動線一端穿過電流傳感器，並通過線卡將電流傳感器固定在電機驅動線上。電流傳感器用於採集電機驅動線的電流信息、將電流信息轉換為模擬電壓信息並輸出至所述數據採集單元；數據採集單元輸出數字電壓信息送入中央處理單元；角度檢測單元和速度檢測單元均設置在轉臺被測轉軸上，角度檢測單元和速度檢測單元分別輸出角度信息和速度信息送入中央處理單元。中央處理單元的控制輸出端接至轉臺，用以控制轉臺被測轉軸的轉動角度和轉速；中央處理單元將接收到的數字電壓信息轉換為電流信息，再與轉臺的電機轉矩係數相乘得到力矩信息並存儲。其中，中央處理單元可以採用轉臺主控計算機實現。 [0034]數據採集單元包括焊接在印製電路板上的微處理器和多通道模數轉換器，微處理器和多通道模數轉換器通過印製電路板上的電路相連，微處理器控制模數轉換器將電流傳感器輸出的模擬電壓信息轉換為數字電壓信息，並將數字電壓信息送入中央處理單元。電流傳感器與多通道模數轉換器相匹配；轉臺被測轉軸有多個，電流傳感器的數量與轉臺被測轉軸的數量一致，電流傳感器分別接入各自的轉臺被測轉軸的電機驅動線，為了便於測量，可以將電流傳感器分別焊接在獨立的印製電路板上。本發明的電流傳感器的印製電路板上均有兩個螺釘孔，通過螺釘鎖緊線卡，該線卡用於將電流傳感器固定在轉臺被測轉軸電機驅動線上。
[0035]本發明的電流傳感器與多通道模數轉換器之間以及微處理器和中央處理單元之間均通過線纜及相應的插件相連。
[0036]基於本發明提供的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，本發明還提供的一種轉臺轉軸摩擦力矩的測量方法，包括以下步驟:
[0037]I】中央處理單元控制轉臺被測轉軸從初始啟動位置開始加速並最終做勻速轉動，同時，中央處理單元對特定時刻下轉臺被測轉軸的角度、速度及電機驅動電流進行採樣並存儲，繪製角度-採樣點曲線，速度-採樣點曲線，電流-採樣點曲線；
[0038]2】轉臺被測轉軸轉動完成後，通過中央處理單元輸入電機轉矩係數，並將輸入的電機轉矩係數和電流採樣值相乘，計算得到電機的輸出力矩，繪製力矩-採樣點曲線；
[0039]3】通過速度-採樣點曲線得到轉臺剛剛轉動的時刻，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時刻對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線得到該時刻電機輸出的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的靜摩擦力矩；
[0040]通過速度-採樣點曲線得到轉臺做等速運動的時間段，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時間段對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線相應時刻電機作用在轉軸上的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的動摩擦力矩；
[0041]4】改變轉臺被測轉軸的初始啟動位置，重複步驟I至3，可以得到轉臺被測轉軸不同角度的靜摩擦力矩和動摩擦力矩。
[0042]當接入一個電流傳感器時，測量一個轉軸的摩擦力矩；當接入多個電流傳感器時，通過本發明可以同時測量多個轉軸的摩擦力矩。
[0043]其中，步驟I】中採集到的電機驅動電流轉換為電壓信息後送入中央處理單元，再通過中央處理單元將電壓信息轉換為電機驅動電流，然後繪製電流-採樣點曲線。
【權利要求】
1.轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於: 包括角度檢測單元、速度檢測單元、數據採集單元、中央處理單元和至少一個電流傳感器； 所述電流傳感器接入轉臺被測轉軸的電機驅動線，用於採集電機驅動線的電流信息、將電流信息轉換為模擬電壓信息並輸出至所述數據採集單元；數據採集單元輸出數字電壓信息送入中央處理單元； 所述角度檢測單元和速度檢測單元均設置在轉臺被測轉軸上，角度檢測單元和速度檢測單元分別輸出角度信息和速度信息送入中央處理單元； 所述中央處理單元的控制輸出端接至轉臺，用以控制轉臺被測轉軸的轉動角度和轉速；中央處理單元將接收到的數字電壓信息轉換為電流信息，再與轉臺的電機轉矩係數相乘得到力矩信息並存儲。
2.根據權利要求1所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於:所述數據採集單元包括微處理器和多通道模數轉換器，微處理器控制模數轉換器將電流傳感器輸出的模擬電壓信息轉換為數字電壓信息、並將數字電壓信息送入中央處理單元，所述電流傳感器與多通道模數轉換器相匹配；轉臺被測轉軸有多個，電流傳感器的數量與轉臺被測轉軸的數量一致，電流傳感器分別接入各自的轉臺被測轉軸的電機驅動線。
3.根據權利要求1或2所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於:所述電流傳感器是高精度霍爾電流傳感器，角度檢測單元是光電編碼器、速度檢測單元是測速機。
4.根據權利要求3所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於:所述微處理器和多通道模數轉換器均焊接在印製電路板上，微處理器和多通道模數轉換器通過印製電路板上的電路相連。
5.根據權利要求4所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於:所述電流傳感器分別焊接在獨立的印製電路板上。
6.根據權利要求5所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量裝置，其特徵在於:所述電流傳感器與多通道模數轉換器之間以及微處理器和中央處理單元之間均通過線纜及相應的插件相連。
7.轉臺轉軸摩擦力矩的測量方法，其特徵在於:包括以下步驟: I】轉臺被測轉軸從初始啟動位置開始加速並最終做勻速轉動，對特定時刻下轉臺被測轉軸的角度、速度及電機驅動電流進行採集，繪製角度-採樣點曲線，速度-採樣點曲線，電流-採樣點曲線； 2】根據輸入電機轉矩係數和電流採樣值的乘積，計算得到電機的輸出力矩，繪製力矩-採樣點曲線； 3】通過速度-採樣點曲線得到轉臺剛剛轉動的時刻，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時刻對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線得到該時刻電機輸出的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的靜摩擦力矩； 通過速度-採樣點曲線得到轉臺做等速運動的時間段，並對比角度-採樣點曲線可以得到該時間段對應的角度，同時對比力矩-採樣點曲線相應時刻電機作用在轉軸上的力矩，最終得到該轉臺被測轉軸對應角度的動摩擦力矩； 4】改變轉臺被測轉軸的初始啟動位置，重複步驟I至3，可以得到轉臺轉軸不同角度的靜摩擦力矩和動摩擦力矩。
8.根據權利要求7所述的轉臺轉軸摩擦力矩的測量方法，其特徵在於:步驟I】中採集到的電機驅動電流轉換為電壓信息後送入中央處理單元，再通過中央處理單元將電壓信息轉換為電機驅動電流，然後繪製電流-採樣點曲線。
【文檔編號】G01L3/00GK103759869SQ201410022827
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】井峰, 李大偉, 楊曉許, 楊大偉, 韓俊鋒, 魏宇, 張欣 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所