一種飼服減速器性能參數的測試裝置的製作方法

2023-10-05 03:13:54

專利名稱：一種飼服減速器性能參數的測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於機電一體化技術領域，涉及齒輪傳動測量技術，尤其是飼服減速器性 能參數的測試裝置，主要應用於控制電機用齒輪減速器行業對伺服減速器靜態技術指標的測量。
背景技術：
伺服減速器具有體積小、重量輕、剛性好、傳遞扭矩大、傳動精度高、傳動效率高、 運動平穩等優點，主要用於與專業數控工業設備的伺服電機或步進電機配套使用。伺服減 速器的規格由所連接的伺服電機或步進電機的功率決定，以匹配電機的連接端蓋寬度來分 類，如40、60、90、115、142、180等。伺服減速器的型號根據減速比來分類，如25表示減速比 為25 1。伺服減速器的傳動比通常在3 100之間。伺服減速器的性能參數可分為靜態參數和動態參數。靜態參數包括扭轉剛度、空 載精度、傳動精度以及破壞力矩(額定扭矩)等。動態參數包括傳動效率、工作噪聲等。目前，伺服減速器國產化在很大程度上得到了發展，但其測量技術和裝置還比較 落後，尤其針對多規格、多型號伺服減速器的測量。現有的靜態性能參數採用簡單的力學測 量裝置來獲得減速器的技術參數。現有的技術方案只能測量空載精度、傳動精度或扭轉剛度中的某一項或兩項技術 參數。方案一測量空載精度與傳動精度該方案所使用的儀器包括光學分度頭、直光管、光學多面稜體等。傳動精度的測量方法為將減速器的輸入軸與光學分度頭的主軸相連，多面稜體 固定在減速器的輸出軸上，並調整直光管垂直對準多面稜體的一個面，輸出軸相對於輸入 軸的理論轉角與實際轉角之差即為傳動精度。空載精度的測量方法為將減速器的輸入軸與光學分度頭的主軸相連，多面稜體 固定在減速器的輸出軸上，並調整直光管垂直對準多面稜體的一個面，當輸入軸由正轉改 為反轉時的兩極限轉角之差處於傳動比即為空載精度。方案二 測量空載精度與扭轉剛度該方案所使用的儀器包括彈性柱銷連接器、光電測角器或角位移傳感器、加載裝置等。空載精度的測量方法為減速器的輸入端固定，輸出軸通過精密彈性柱銷聯軸器 與角位移傳感器連接，指定扭矩在輸出軸沿正反方向分別加載，通過數值顯示器讀出間隙 空程值即為空載精度。扭轉剛度的測量方法減速器的輸入端固定，輸出軸通過精密彈性柱銷聯軸器與 光電測角器連接。沿輸出軸某一旋轉方向加載到一定值，通過數值顯示器讀出輸出軸轉角 值，沿同一方向等間隔加載到額定扭矩，分別記錄每次加載時對輸出軸所產生的扭矩及輸 出軸轉角，然後逐步卸載，並記錄每次轉矩及轉角值，沿另一轉向重複該過程。對記錄的數據進行處理得到滯回曲線後可計算扭轉剛度。現有的飼服減速器性能參數的測量裝置或方法均是對飼服減速器單項技術參數 進行測量，且測量所得數據需要人工處理。目前市面上未見有關多規格、多型號伺服減速器 性能參數的測量儀器設備的報導，能在單臺設備上完成多項指標的測量的系統測量裝置更 是未見報導。

發明內容
本發明提供一種飼服減速器性能參數的測量裝置，具有針對多規格、多型號伺服 減速器的多項性能參數(包括扭轉剛度、空載精度、傳動精度以及破壞力矩等性能參數) 進行綜合測試的功能。本發明技術方案如下一種飼服減速器性能參數的測量裝置，如

圖1所示，包括機械部分和控制部分。所 述機械部分由交流伺服電機1、伺服減速器2、磁粉離合器4、角位移放大器5、被測伺服減速 器裝載工位6、扭矩傳感器7、磁粉制動器8和五個聯軸器3構成；交流伺服電機1與伺服減 速器2連接、伺服減速器2通過聯軸器與磁粉離合器4連接、磁粉離合器4通過聯軸器與角 位移放大器5連接、數扭矩傳感器7通過聯軸器與磁粉制動器8連接；測試時，將被測飼服 減速器安裝於被測伺服減速器裝載工位6上，被測飼服減速器兩端分別通過聯軸器與角位 移放大器5和扭矩傳感器7連接。所述控制部分由磁粉制動器控制器9、扭矩傳感器調理電 路10、數據採集卡11、角位移傳感器12、磁粉離合器控制器13、工業控制計算機14和運動 控制卡15構成；運動控制卡15與交流伺服電機1電氣連接；磁粉離合器4與磁粉離合器控 制器13電氣連接；角位移傳感器12機械安裝在角位移放大器5上並與數據採集卡11電氣 連接；扭矩傳感器7與扭矩傳感器調理電路10電氣連接、扭矩傳感器調理電路10與數據採 集卡11電氣連接；磁粉制動器8與磁粉制動器控制器9電氣連接；運動控制卡15、磁粉離 合器控制器13、數據採集卡11、磁粉制動器控制器9與工業控制計算機14電氣連接至工業 控制計算機14的操作控制臺。測量裝置通過計算機軟體控制電機驅動、磁粉離合器離合、磁粉制動器加載、數據 採集以及進行測量結果的分析，並且使得機械系統和控制系統協調工作。上述技術方案中，被測伺服減速器裝載工位6具有可調支架，能夠根據被測飼服 減速器外形結構調整中心距，以適應不同規格和型號的被測伺服減速器性能參數的測試。本發明工作過程如下1)空載精度、傳動精度與扭轉剛度的測量過程。將被測伺服減速器安裝在被測伺服減速器裝載工位上，在測量軟體中選擇被測伺 服減速器對應的規格和型號。根據測量的技術參數(空載精度、傳動精度與扭轉剛度的測 量都歸結為滯回曲線的測量)選項，測量軟體產生交流伺服電機的驅動指令傳給運動控制 卡對伺服驅動器進行控制，從而使電機以極低的速度轉動(正轉或反轉)。與此同時，測量 軟體給出指令控制磁粉離合器的離合扭矩大小以保護測量裝置，給出指令控制磁粉制動器 的扭矩大小作為負載。在伺服電機的轉動過程中，測量軟體通過數據採集卡11採集角位移傳感器12感 應的角位移放大器5的轉角數據，記錄並保存於工業控制計算機中；扭矩傳感器7感應的被測飼服減速器的輸出扭矩信號經調理電路10作信號濾波和放大處理後，經數據採集卡11 採集到工業控制計算機中。當伺服電機完成連續的正向加載、正向卸載、反向加載、反向卸載四個過程後，控 制電機停止。伺服電機連續加載範圍從零到被測減速器的額定扭矩，連續卸載從被測減速 器的額定扭矩到零。測量結束後，測量軟體對數據進行處理得到以扭矩為橫坐標、轉角為縱坐標的滯 回曲線。滯回曲線中包含了空載精度、傳動精度與扭轉剛度三項技術參數，可直接通過測量 軟體顯示或列印結果。2)破壞力矩的測量。將被測減速器安裝在被測伺服減速器裝載工位上，在測量軟體中選擇被測減速器 對應的規格和型號。根據測量的破壞扭矩選項，測量軟體產生交流伺服電機的驅動指令傳 給運動控制卡對伺服驅動器進行控制，從而使電機以極低的速度正向轉動。與此同時，測量 軟體給出指令控制磁粉離合器的離合扭矩大小以保護測量裝置，給出指令控制磁粉制動器 的扭矩大小作為負載。在伺服電機的轉動過程中，測量軟體通過數據採集卡11採集角位移傳感器12感 應的角位移放大器5的轉角數據，記錄並保存於工業控制計算機中；扭矩傳感器7感應的被 測飼服減速器的輸出扭矩信號經調理電路10作信號濾波和放大處理後，經數據採集卡11 採集到工業控制計算機中。當伺服減速器破壞或者扭矩傳感器測得的數據超過4倍額定扭矩時，控制電機停 止。測量結束後，測量軟體對數據進行處理得到以轉角為橫坐標、扭矩為縱坐標的扭矩—— 轉角曲線。扭矩——轉角曲線上的直線段(線彈性變形段)中對應的最大扭矩值即為破壞 力矩，可直接通過測量軟體顯示或列印結果。與現有技術相比，本發明具有以下特點1)在單個測量裝置上可完成多項性能參數(扭轉剛度、空載精度、傳動精度以及 破壞力矩等)的測量；2)採用伺服電機連續加載，測量精度高，並且與伺服減速器的工業應用場合匹 配；3)測量結果的分析報告以計算機綜合處理，使得測試效率大大提高；4)能適應不同規格、不同型號的飼服減速器外形尺寸。綜上，本發明技術方案帶來的有益效果是本發明提供的飼服減速器性能參數的測量裝置，具有針對伺服減速器的多項性能參 數(包括扭轉剛度、空載精度、傳動精度以及破壞力矩等性能參數)進行綜合測試的功能，可 適應不同規格和型號的被測飼服減速器的外形尺寸。整體裝置結構簡單、使用方便、操作易控、 測量精度和測量效率較高，可應用於飼服減速器生產廠家測試其飼服減速器的性能參數或評 價出飼服減速器質量的優劣。本發明可促進國內飼服減速器行業的標準化生產，使伺服減速器 的各項指標的基礎標準與國際標準保持一致，達到推動伺服減速器產品升級的目的。
具體實施例方式—種飼服減速器性能參數的測量裝置，如圖1所示，包括機械部分和控制部分。所述機械部分由交流伺服電機1、伺服減速器2、磁粉離合器4、角位移放大器5、被測伺服減速 器裝載工位6、扭矩傳感器7、磁粉制動器8和五個聯軸器3構成；交流伺服電機1與伺服減 速器2連接、伺服減速器2通過聯軸器與磁粉離合器4連接、磁粉離合器4通過聯軸器與角 位移放大器5連接、數扭矩傳感器7通過聯軸器與磁粉制動器8連接；測試時，將被測飼服 減速器安裝於被測伺服減速器裝載工位6上，被測飼服減速器兩端分別通過聯軸器與角位 移放大器5和扭矩傳感器7連接。所述控制部分由磁粉制動器控制器9、扭矩傳感器調理 電路10、數據採集卡11、角位移傳感器12、磁粉離合器控制器13、工業控制計算機14和運 動控制卡15構成；運動控制卡15與交流伺服電機1電氣連接；磁粉離合器4與磁粉離合 器控制器13電氣連接；角位移傳感器12機械安裝在角位移放大器5上並與數據採集卡11 電氣連接；扭矩傳感器7與調理電路10電氣連接、調理電路10與數據採集卡11電氣連接； 磁粉制動器8與磁粉制動器控制器9電氣連接；運動控制卡15、磁粉離合器控制器13、數據 採集卡11、磁粉制動器控制器9與工業控制計算機14電氣連接至工業控制計算機14的操 作控制臺。測量裝置通過計算機軟體控制電機驅動、磁粉離合器離合、磁粉制動器加載、數據 採集以及進行測量結果的分析，並且使得機械系統和控制系統協調工作。上述技術方案中，被測伺服減速器裝載工位6具有可調支架，能夠根據被測飼服 減速器外形結構調整中心距，以適應不同規格和型號的被測伺服減速器性能參數的測試。本發明提供的飼服減速器性能參數的測量裝置，各組成部分均採用現有的產品， 其中所用到的各種傳感器、控制器和運動控制卡的選擇可嚴格按照測量要求的精度級別選 擇。本發明具有在適合的構架中運行的設備驅動程序，使用符合工業標準的應用編程接口 降低了系統集成難度。具備軟體的可升級性和硬體的可升級性。本發明通過機械部分的改造，可以使用與高精度諧波齒輪減速器以及小模數圓柱 齒輪減速器的破壞力矩、扭轉剛度、空載精度、傳動精度技術參數的測量。
權利要求
一種飼服減速器性能參數的測量裝置，包括機械部分和控制部分；所述機械部分由交流伺服電機(1)、伺服減速器(2)、磁粉離合器(4)、角位移放大器(5)、被測伺服減速器裝載工位(6)、扭矩傳感器(7)、磁粉制動器(8)和五個聯軸器(3)構成；交流伺服電機(1)與伺服減速器(2)連接、伺服減速器(2)通過聯軸器與磁粉離合器(4)連接、磁粉離合器(4)通過聯軸器與角位移放大器(5)連接、數扭矩傳感器(7)通過聯軸器與磁粉制動器(8)連接；測試時，將被測飼服減速器安裝於被測伺服減速器裝載工位(6)上，被測飼服減速器兩端分別通過聯軸器與角位移放大器(5)和扭矩傳感器(7)連接；所述控制部分由磁粉制動器控制器(9)、扭矩傳感器調理電路(10)、數據採集卡(11)、角位移傳感器(12)、磁粉離合器控制器(13)、工業控制計算機(14)和運動控制卡(15)構成；運動控制卡(15)與交流伺服電機(1)電氣連接；磁粉離合器(4)與磁粉離合器控制器(13)電氣連接；角位移傳感器(12)機械安裝在角位移放大器(5)上並與數據採集卡(11)電氣連接；扭矩傳感器(7)與扭矩傳感器調理電路(10)電氣連接、扭矩傳感器調理電路(10)與數據採集卡(11)電氣連接；磁粉制動器(8)與磁粉制動器控制器(9)電氣連接；運動控制卡(15)、磁粉離合器控制器(13)、數據採集卡(11)、磁粉制動器控制器(9)與工業控制計算機(14)電氣連接至工業控制計算機(14)的操作控制臺；測量裝置通過計算機軟體控制電機驅動、磁粉離合器離合、磁粉制動器加載、數據採集以及進行測量結果的分析，並且使得機械系統和控制系統協調工作。
2.根據權利要求1所述的飼服減速器性能參數的測量裝置，其特徵在於，所述被測伺 服減速器裝載工位(6)具有可調支架，能夠根據被測飼服減速器外形結構調整中心距，以 適應不同規格和型號的被測伺服減速器性能參數的測試。
全文摘要
一種飼服減速器性能參數的測量裝置，屬於機電一體化技術領域，涉及齒輪傳動測量技術。包括機械部分和控制部分；機械部分包括交流伺服電機、伺服減速器、磁粉離合器、角位移放大器、被測伺服減速器裝載工位、扭矩傳感器和磁粉制動器，各部件之間通過聯軸器連接；控制部分包括磁粉制動器控制器、扭矩傳感器調理電路、數據採集卡、角位移傳感器、磁粉離合器控制器、工業控制計算機和運動控制卡。本發明可測試伺服減速器的多項性能參數(扭轉剛度、空載精度、傳動精度以及破壞力矩等)，可適應不同規格和型號的被測飼服減速器。整體裝置結構簡單、使用方便、操作易控、測量精度和測量效率較高。
文檔編號G01M13/02GK101865768SQ20091016773
公開日2010年10月20日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者石明全, 範樹遷, 郭連忠, 鍾世謀, 陳鐵豔 申請人:電子科技大學