CN102410806B - 磁感应检测abs齿圈节距误差的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，包括：旋转机构；开关式磁感应传感器，其位于旋转机构一侧；数据采集与存储装置，及信号分析装置。本发明中的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，采用非接触式测试，不会对待测ABS齿圈造成表面损坏。测试流程自动进行，避免了人工测量时存在的测试点选择不一与主观因素造成的附加误差。在评价齿圈节距误差的同时可以进行超差齿定位，为ABS齿圈生产商在产品质量存在问题或不稳定地情况下改进相应生产方法与流程提供了分析基础。

Description

磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置

技术领域

本发明涉及一种磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置。

背景技术

ABS齿圈是由导磁性材料制作的齿轮结构，齿形节距在5±1mm，齿数一般在20到80范围内，齿高弧长与节距比值在30％到70％之间，压力角在0°到20°之间，齿顶与齿底倒角半径不超过0.2mm，最小为0.05mm；齿高大于2mm，一般最高为5mm；齿厚度大于5mm，一般最厚为10mm。

ABS齿圈的节距单齿误差与累计误差是评价ABS齿圈质量的重要指标之一，其误差值大小直接决定轮速传感器产生信号的准确度，进而直接影响ABS性能。因此作为代表车辆制动安全性的ABS系统要求ABS齿圈节距单齿误差与累计误差不能超过4％。其中，ABS齿圈超差齿位置的确定，对其生产商有改进生产方式和工艺的重大指导意义。

ABS齿圈在车辆使用时经常安装在转动轴靠近转向节处或轴承内圈，所以其直径尺寸一般在60mm-120mm范围内，且轴向或径向一般分布40-60个齿。齿分布比较密集。

常用的齿轮节距测量方法有多种，但用于ABS齿圈节距误差测量时存在缺陷：

机械法；当ABS齿圈的齿分布很密例如2mm左右时，为了检测其是否小于限值要求的4％，使用机械式测量方法很难准确的进行测量，且因为取点位置每次测量结果相差很大，误差可能已经超过要求的4％。

投影法/激光法/光栅法：因为ABS齿圈有时为端面齿，无法进行投影，所以这些方法在ABS齿圈检测中存在局限性。

电感式长度传感器法：当电感式长度传感器的测头与齿面达到预定接触位置时，电感式长度传感器发出计时开始信号，直至测头与下一齿面达到预定接触位置为止。这种方法在应用在齿圈检测时，因为齿非常密集且尺寸小，测头在齿面上选择不同的预定位置，测量结果相差较大，很难确定待测ABS齿圈的节距误差是否在4％要求范围内。

综上所述，目前在ABS齿圈节距误差测量领域，使用机械或光电式的齿轮测量方法无法满足精度要求，测试结果偏差较大无法信服。使用磁传感器的测量方法不能对超差齿进行定位，没有对单齿误差测试结果进行防错处理。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可精确地得出ABS齿圈单齿节距误差及累计误差的磁感应检测ABS齿圈节距误差的方法。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，包括：

旋转机构，用于驱动待测ABS齿圈旋转；

开关式磁感应传感器，其位于旋转机构一侧，在齿圈的每个齿切割磁力线时，开关式磁感应传感器均输出第一种电流信号；在没有齿切割磁力线时，开关式磁感应传感器输出第二种电流信号；第一种电流信号与相邻的下一个第二种电流信号持续的时间长度与齿的节距相对应；

数据采集与存储装置，采集并存储齿圈的所有齿的切割磁力线所产生的第一种电流信号和第二种电流信号持续的时间长度；

信号分析装置，选取齿圈旋转X圈所采集的每个齿节距对应的第一种电流信号和第二种电流信号持续时间长度值；计算所有齿旋转X圈所采集的时间长度的平均值，作为基准节距对应的基准时间长度值；选取每一个齿的节距对应的时间长度值与基准时间长度值对比，计算得出单个齿的节距误差；X为大于0的整数。

优选地是，还包括定位装置，所述定位装置包括与齿圈同步旋转的定位轮、信号发送装置和信号接收装置；所述定位轮设置有通槽；信号发送装置和信号接收装置分别安装在定位轮两侧；在通槽旋转至信号发送装置和信号接收装置之间时，信号接收装置接收到信号发送装置发送的信号；信号接收装置向数据采集装置发送电信号。

优选地是，所述的信号发送装置为光信号发送装置。

优选地是，所述信号发送装置为红外信号发送装置。

优选地是，所述的信号发送装置和信号接收装置安装于位置可调的第一支架上。

优选地是，所述的定位装置还包括激光发射装置，所述的激光发射装置可朝待测ABS齿圈发射激光。

优选地是，所述的激光发射装置安装于第一支架上。

优选地是，所述开关式磁感应传感器为霍尔式磁感应传感器或磁阻式磁感应传感器。

优选地是，所述旋转机构为电机，电机设置有输出轴，输出轴用于驱动待测齿圈旋转。

优选地是，所述开关式磁感应传感器设置于位置可调的第二支架上。

优选地是，还包括采样电阻，所述采样电阻用于将开关式磁感应传感器输出的电流信号转换为电压信号后，供数据采集与存储装置采集与存储。

本发明中的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，采用非接触式测试，不会对待测ABS齿圈造成表面损坏。测试流程可自动进行，避免了人工测量时存在的测试点选择不一与主观因素造成的附加误差。通过与待测ABS齿圈等速的定位轮产生的每周期脉冲实现待测ABS齿圈齿数识别，无需人工数，减少测试时间，降低人工数错风险。采用磁感应检测方法，以采用Allegro公司的A642芯片为例，理论精度可达0.02％，满足精确测量ABS齿圈节距误差不超过4％要求。对待测ABS齿圈的节距单齿误差进行防错判断，提高了测试系统可信性与可靠性，避免测试系统出现问题得出错误的测试结果。在评价齿圈节距误差的同时可以进行超差齿定位，为ABS齿圈生产商在产品质量存在问题或不稳定地情况下改进相应生产方法与流程提供了分析基础。

附图说明

图1是本发明的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置立体结构示意图。

图2为旋转机构、定位轮及待测齿轮位置示意图。

图3是本发明的工作原理图。

图4为齿的节距与电流信号的波形对应图；

图5为发明中的霍尔式磁感应传感器和光电传感器输出的电信号波形曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1、图2所示，本发明中的检测装置，包括电机15，电机15设置有输出轴(图中未示出)，用于输出旋转驱动力。定位轮14安装与电机15的输出轴上。定位轮14上设置有通槽19。待测ABS齿圈13，需要检测其节距单齿误差、累计误差与超差齿的位置。待测ABS齿圈13安装于电机15的输出轴上，与定位轮14同步旋转。霍尔式磁感应传感器11安装于第二支架17上。光电传感器12安装于第一支架18上。第一支架18安装于第一可调支架16上。第一可调支架16安装于定位板110上且位置可调，以使光电传感器12沿定位轮14的径向移动。第二支架17安装于第二可调支架111上。第二可调支架111安装于定位板110上且位置可调，以使霍尔式磁感应传感器11靠近或远离待测ABS齿圈13。设置第一可调支架16和第二可调支架111，使得本发明可适用于不同大小的ABS齿圈误差检测。光电传感器12上安装有激光发射装置20，激光发射装置20发射的激光可照射到齿圈的单个齿上。供电电源(图中未示出)分别独立供给霍尔式磁感应传感器11、光电传感器12与电机15相应电能。数据采集与存储设备113，完成霍尔式磁感应传感器11、光电传感器12的信号采集与存储。信号分析装置114，用于分析霍尔式磁感应传感器11和光电传感器12的信号并计算ABS齿圈单个齿节距误差及齿圈累计误差。

本发明中的装置可分为：提供信号输出的机械安装与电路部分及传感器信号分析、单齿误差计算与超差齿定位装置部分。

提供信号输出的机械安装与电路部分包括：

1、旋转运动发生部分；待测ABS齿圈13与定位轮14按顺序装配在电机15的旋转输出轴上，连接方式为刚性连接。待测ABS齿圈13与定位轮14按照相同转速旋转。为了符合真实工况，旋转的转速可以调节。因转速精度直接影响节距误差测量精度，在旋转驱动设备15直接输出轴处可添加减速器设计，减速比越大转动精度越高。通过适当的减速比，达到既满足转速要求，又提高转速精度。

2、待测ABS齿圈标号与安装定位部分；为了后续实现超差齿定位，在待测ABS齿圈13安装前需要对所有齿按照1、2、3、4…依次进行标号。由于进行了标号，并且设置了激光发射装置20，在安装定位时，通槽19位于光电传感器12之间，激光发射装置20发射的激光照射在第1个齿上。而且，光电传感器12每产生一个信号，意味着齿圈一个旋转周期的开始。因此，本发明可确保在开始检测时，信号采集与存储装置113采集到的霍尔式磁感应传感器11的第一个电信号是标为1的齿切割磁力线所产生的电信号。利用标号和光电传感器12，既有利于确定待测ABS齿圈13旋转的周期，又有利于确定某一段第一种电流信号对应的齿的位置。

3、霍尔式磁感应传感器11固定、调整安装与电路部分；霍尔式磁感应传感器11与待测ABS齿圈13配合工作。霍尔式磁感应传感器11是一种开关式磁感应式传感器，如Allegro公司的A642型霍尔开关式磁感应传感器。在传感器内部有集成处理芯片与磁钢。当霍尔式磁感应传感器11安装到待测ABS齿圈13一定距离时，随着待测ABS齿圈13的旋转，其圆周上的齿以一定频率切割由磁钢产生的磁力线，导致穿过集成处理芯片的磁场强度发生变化，传感器将这种变化转换为不同的电流信号，利用采样电阻可将不同的电流信号转换为高电平信号和低电平信号，即图5中高电平信号26与低电平信号27。

因霍尔式磁感应传感器11工作时需要靠近待测ABS齿圈13到一定距离，且要对准待测ABS齿圈13厚度中心处，所以，固定霍尔式磁感应传感器11的第二支架17与第二可调支架111连接，方便X、Y、Z方向的调节，以适应不同尺寸与厚度的待测ABS齿圈13。这个第二可调支架111可以是通用的XYZ自动或手动滑台。在对待测ABS齿圈13进行测试前，将霍尔式磁感应传感器11移动到适合的位置并对其进行锁死。在测试中，霍尔式磁感应传感器11位置不发生变化，且不允许发生振动导致其与待测ABS齿圈13之间距离发生变化。

霍尔式磁感应传感器11工作时需要提供其工作电路，主要包括供电电源与采样电阻，如上述A642型霍尔式开关式磁传感器，其供电电源为12V。

4、定位部分，包括定位轮14、光电传感器12及激光发射器20。其功能方便定位待测ABS齿圈13的某一个齿是第几个。在定位轮14上有一径向分布的通槽19。光电传感器12为通槽位置感应传感器。光电传感器12包括光线发射极和光线接收极。在定位轮14旋转一周过程中，通槽19仅有一次位于光电传感器12的光线发射极和光线接收极之间，光线接收极接收到光信号后会产生脉冲信号。定位轮14连续旋转使得光电传感器12不断产生脉冲信号，将其按照时间进度绘制为坐标图，如图5中波形的脉冲24。当待测ABS齿圈13大小发生变化时，可以移动该激光发射装置20，确认其投影点在齿圈齿顶处。光电传感器12工作需要5V电压供电，信号端会输出如图5中相应高电平28与低电平29。

传感器信号分析、单齿误差计算与超差齿定位方法的软件部分包括：

1、信号采集与存储设备；霍尔式开关式磁传感器11输出的信号如图5中21所示，以波形频率大小表示的转速快慢。以一个高电平信号产生的开始至下一个高电平信号产生之间的时间长度表示单齿的节距。相应地，单齿节距对应的时间误差也就是待测ABS齿圈13单齿节距误差。图3示出了本发明工作原理图，如图3所示，当待测ABS齿圈13的齿不断切割霍尔式开关式磁传感器11的磁力线时，霍尔式开关式磁传感器11的芯片接收到的磁场强度变化曲线23为波形曲线，霍尔式开关式磁传感器11因芯片接收到的磁场强度变化而输出波形信号曲线21。在待测ABS齿圈13的齿切割磁力线时，霍尔式开关式磁传感器11输出高电平信号26，在待测ABS齿圈13的齿未切割磁力线时，霍尔式开关式磁传感器11输出低电平信号27。高电平信号26与相邻的下一个低电平信号27的持续时间长度与齿节距相对应，节距大，持续时间长；节距小，持续时间短。如图4所示，齿的节距为A、B两点之间的弧长；其对应的高电平信号26和相邻的下一个低电平信号27的持续时间长度为D、E之间的时间长度。也就是说，自一个高电平信号产生之始，至下一个高电平信号产生之间的时间长度与齿的节距相对应。

光电传感器12输出的信号如图5中波形曲线22所示，因待测ABS齿圈13与定位轮14同步，所以待测ABS齿圈13每转一圈则会产生一个高电平脉冲。在定位时，定位轮14的通槽19与待测ABS齿圈13的第一个齿的齿顶位置相对应，因此图5中波形曲线22的高电平信号28对应待测ABS齿圈13的第一个齿，且相邻的两个高脉冲28之间的时间长度25为待测ABS齿圈旋转一圈的时间长度。

霍尔式开关式磁传感器11和光电传感器12输出波形信号被数据采集设备(例如示波器卡等设备)采集并存储在计算机内。在进行信号采集时，因波形信号上升沿时间约为1μs，所以采样频率应保证100M HZ以上，可以精确的采集整个波形。

2、节距误差计算；根据上述采集并存储到的信号波形曲线21和波形曲线22所示，进行单齿与累计节距误差的计算。

为了提高计算的准确性，采取统计的方法。以一个待测ABS齿圈13有48个齿为例说明。进行节距误差计算时，从已存波形曲线22中11个高电平信号28之间为待测ABS齿圈13旋转10圈的时间长度，在波形曲线21长度截取一段完整的10个周期波形的时间长度。并基于此截取对应的10个周期的波形曲线21的时间长度，该长度范围内，含有48个齿分别旋转10圈所采集的480个时间段值。将截取的480个节距对应的时间段的平均值作为基准节距对应的基准时间，记为A。

一般认为，待测ABS齿圈13旋转时，在运行一段时间后，旋转将变得稳定，且采集到的信号也比较精确。在开始单齿节距误差计算前，需要从上述截取的10个完整周期内取出最靠近中间的一个完整周期波形，本实施例取第5个周期的时间段作为计算依据。为了后续进行超差齿定位，在截取第5个完整周期波形信号时，其起始脉冲位置应与图5中定位轮信号22的高电平脉冲位置一致。这时，第5个完整周期内第1个齿的节距对应的时间段记为a。当A值与a值确定后，则第一个齿的节距误差为(a-A)×100％/A。

在单齿节距误差计算结束后，待测ABS齿圈13还需要计算累计误差。累计误差也是评价待测ABS齿圈的重要指标之一。评价待测ABS齿圈累计误差32的原因是避免待测ABS齿圈相邻的齿在加工时都取一个方向公差，这样在待测ABS齿圈13工作时会产生误差累计效果，因此待测ABS齿圈的累计误差32同单齿误差一样都要求在±4％之内。累计误差的计算方法是：将每一个单齿节距误差依次累计相加，得出累计误差。

3、超差齿定位；当待测ABS齿圈单齿节距误差与累计误差都低于限值时，。性能符合使用要求。当单齿节距误差超过限值时，如果没有超差齿定位功能，则对于这些超差ABS齿圈还是不能确定哪个齿的节距超出允许范围。

本发明所涉及的方法在之前已经对待测ABS齿圈13的每个齿进行了标号，并使其自第1个齿开始产生测试信号。在计算每个单齿节距误差后，很容易确认在计算的是第几个齿，如果此齿的节距误差超过限值，则比较容易定位。确定超差齿位置后，便于改进相应生产方法与流程。

系统测量精度计算：根据霍尔式开关式磁传感器11的性能指标：jitter-开关信号上升误差为±2％，则上升时间最大值为1.2μs ±2％，在100M HZ采样频率下，采样点会产生+/-3个点的误差；当旋转速度在3000rpm时，待测ABS齿圈一般有48个齿，其产生的信号频率为2400HZ，一个周期采集到的点数为41700，待测ABS齿圈设计时的占空比为30％-70％，所以高电平采集点最少应为12510。则因此在采样频率100M HZ情况下，本检验系统的测量误差仅为到+/-3/12510*100％＝0.02％。因为该检测方式是非接触式，只要在传感器一到待测ABS齿圈距离在允许范围内，系统的转动跳动对测量精度不会产生影响，因此可以认为本检验系统的测量误差实际值应在0.02％范围内。待测ABS齿圈的合格范围为+/-3％，因此本检验系统精度可以完成测试需求。

本发明所提出的检测方法包含防错功能：在计算待测ABS齿圈的单齿误差时，由于这所有的齿组成整圆，其单齿误差之和应为0，当在检测过程中发现误差之和过大超过设定值时，测试终止，提示用户检查测试装置，是否圆跳动过大、夹具松动等因素造成单齿误差之和不为0。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，包括： 

旋转机构，用于驱动待测ABS齿圈旋转； 

开关式磁感应传感器，其位于旋转机构一侧，在齿圈的每个齿切割磁力线时，开关式磁感应传感器均输出第一种电流信号；在没有齿切割磁力线时，开关式磁感应传感器输出第二种电流信号；第一种电流信号与相邻的下一个第二种电流信号持续的时间长度与齿的节距相对应； 

数据采集与存储装置，采集并存储齿圈的所有齿的切割磁力线所产生的第一种电流信号和第二种电流信号持续的时间长度； 

信号分析装置，选取齿圈旋转X圈所采集的每个齿节距对应的第一种电流信号和第二种电流信号持续时间长度值；计算所有齿旋转X圈所采集的时间长度的平均值，作为基准节距对应的基准时间长度值；选取每一个齿的节距对应的时间长度值与基准时间长度值对比，计算得出单个齿的节距误差；X为大于0的整数。 

定位装置，所述定位装置包括与齿圈同步旋转的定位轮、信号发送装置和信号接收装置；所述定位轮设置有通槽；信号发送装置和信号接收装置分别安装在定位轮两侧；在通槽旋转至信号发送装置和信号接收装置之间时，信号接收装置接收到信号发送装置发送的信号；信号接收装置向数据采集装置发送电信号。 

2.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述的信号发送装置为光信号发送装置。 

3.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述信号发送装置为红外信号发送装置。 

4.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述的信号发送装置和信号接收装置安装于位置可调的第一支架上。 

5.根据权利要求1、2、3或4所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述的定位装置还包括激光发射装置，所述的激光发射装置可朝待测ABS齿圈发射激光。 

6.根据权利要求5所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述的激光发射装置安装于第一支架上。 

7.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述开关式磁感应传感器为霍尔式磁感应传感器或磁阻式磁感应传感器。 

8.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述旋转机构为电机，电机设置有输出轴，输出轴用于驱动待测齿圈旋转。 

9.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，所述开关式磁感应传感器设置于位置可调的第二支架上。 

10.根据权利要求1所述的磁感应检测ABS齿圈节距误差的装置，其特征在于，还包括采样电阻，所述采样电阻用于将开关式磁感应传感器输出的电流信号转换为电压信号后，供数据采集与存储装置采集与存储。 

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