CN102735445A - 基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置。现有的装置精度低，操作复杂，测量不够全面。本发明包括输入输出部分和测量数据采集处理部分。所述的输入输出部分包括主动伺服电机和负载伺服电机，主动伺服电机输出轴与齿轮箱输入轴经由第一精密联轴器连接；负载伺服电机输出轴与齿轮箱输出轴经由第二精密联轴器连接。所述的测量数据采集处理部分，由主动伺服放大器、负载伺服放大器、数据采集卡和计算机组成，主动伺服放大器、负载伺服放大器通过通讯线与数据采集卡信号连接，数据采集卡与计算机信号连接。本发明伺服电机集成有编码器，同轴度误差小，无需使用带轮传递动力，不会引入带轮副传动误差，提高测量精度。

Description

基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置
技术领域
本发明涉及齿轮副传动精度检测技术，特别涉及一种采用双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置。
背景技术
早期的齿轮箱传动精度测量往往采用传感器分别测量齿轮箱输入转角和输出转角并结合人工判读的方法，进行的是静态误差的测量。这种方法精度低，操作复杂，测量不够全面。
目前齿轮变速箱的传动精度测量方法多利用高精度编码器或角度传感器，如将两个编码器（或角度传感器）通过联轴器分别连接在变速箱的输入轴和输出轴上，输入轴的转动有电机通过皮带轮带动，联轴器和皮带轮会给系统引入两级外来误差，降低测量的精确性。
采用这种方法，带动输入轴转动的电机仅仅作为动力存在，浪费资源；通过皮带轮带动轴转动的方式，机械结构复杂，不够稳定，会引入外来误差。
发明内容
本发明的目的是简化机械结构，提高器件利用率，减小编码器与齿轮箱同轴度误差和传统传动精度测量通过带轮副传递动力引入的误差，提高测量精度而提供一种基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置。
本发明技术方案如下：
基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置，包括输入输出部分和测量数据采集处理部分。
所述的输入输出部分包括主动伺服电机和负载伺服电机，主动伺服电机输出轴与齿轮箱输入轴经由第一精密联轴器连接；负载伺服电机输出轴与齿轮箱输出轴经由第二精密联轴器连接。
所述的主动伺服电机、主动伺服电机编码器与主动伺服电机输出轴为一体；负载伺服电机、负载伺服电机编码器与负载伺服电机输出轴为一体。
所述的测量数据采集处理部分，由主动伺服放大器、负载伺服放大器、数据采集卡和计算机组成，主动伺服放大器、负载伺服放大器通过通讯线与数据采集卡信号连接，数据采集卡与计算机信号连接。
所述的主动伺服放大器、负载伺服放大器分别与主动伺服电机，负载伺服电机配套。
本发明的有益效果：伺服电机集成有编码器，同轴度误差小，无需使用带轮传递动力，不会引入带轮副传动误差，提高测量精度，利用采集卡从伺服放大器取得编码器信号，直接传送回计算机，不需另外设计的电路板进行信号处理，没有单独设计的机械结构，结构简单。电器部分都放入电气箱，使用十分方便。测量精度好，分辨率高。角度检测精度可达5角秒以内，识别误差达1角秒以内。伺服电机的启停和转速控制利用按钮和电位器控制，简单实用。测量装置升级方便，采用的伺服电机为成熟产品，需要提高测量精度和检测速度只需更换相应的产品即可。装置结构简单，维护方便。
附图说明
图1为测量平台示意图；
图2为测量原理图；
图3为各路信号对比图；
图中：1.主动伺服电机编码器，2.主动伺服电机，3.主动伺服电机输出轴，4.第一精密联轴器，5.齿轮箱输入轴，6.齿轮箱,7齿轮箱输出轴，8.第二精密联轴器,9.负载伺服电机输出轴，10.负载伺服电机，11.负载伺服电机编码器，12.主动伺服放大器,13.数据采集卡,14.负载伺服放大器，15.计算机，16.通讯线，17.高频时钟信号CLK，18.高速端空间脉冲信号H，19.低速端空间脉冲信号L，20.小数部分信号X。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示本发明包括主动伺服电机编码器1，主动伺服电机2，主动伺服电机输出轴3,负载伺服电机输出轴9，负载伺服电机10，负载伺服电机编码器11，主动伺服放大器12,数据采集卡13和负载伺服放大器14。
所述的主动伺服电机编码器1与主动伺服电机2及主动伺服电机输出轴3为整体封装。负载伺服电机输出轴9与负载伺服电机10及负载伺服电机编码器11为整体封装。伺服电机为日本三菱MR-J3系列，伺服放大器选用MR-J3 20A型。
所述的主动伺服电机输出轴3经由第一精密联轴器4与齿轮箱输入轴5相连。齿轮箱输出轴7经由第二精密联轴器8与负载伺服电机输出轴9相连。
所述的主动伺服放大器12通过通讯线16分别与主动伺服电机编码器1和数据采集卡13相连。负载伺服放大器14通过通讯线16分别与负载伺服电机编码器11和数据采集卡13相连。
所述的数据采集卡13使用通讯线16与计算机15相连。
如图2所示，为测量装置的原理图。齿轮箱6传动精度测量分为传动误差测量与回差测量。
所述的齿轮箱的动态传动误差测量，原理如下：输入端转速                                               
Figure 2012102368485100002DEST_PATH_IMAGE002
与理论传动比i1的比值
Figure 2012102368485100002DEST_PATH_IMAGE004
，与输入端转速
Figure 508618DEST_PATH_IMAGE002
与实际传动比i' 1的比值
Figure 2012102368485100002DEST_PATH_IMAGE006
，即。
流程如下：主动伺服电机的控制由一个外接的电位器和一个带自保持的按钮作为控制开关，控制主动伺服电机的启停和转速。主动伺服电机编码器将高速端空间脉冲信号H 18经由主动伺服放大器传递给数据采集卡；主动伺服电机通过齿轮箱将动力传递给负载伺服电机。负载伺服电机编码器将低速端空间脉冲信号L 19经由负载伺服放大器传递给数据采集卡。数据采集卡将两路信号传输至计算机，由计算机完成信号的比较，细分，获得动态传动误差曲线。
所述的信号的比较、细分，采用了微机脉冲细分技术。如图3所示，以高速端空间脉冲信号H为时钟插补单位，在一个低速端空间脉冲信号L内包含高速端空间脉冲信号H的个数，即为减速箱的实际传动比。传动比非整数时，其小数部分提取较复杂。
所述的实际传动比的小数部分，其提取过程如下：小数部分信号X 20在低速端空间脉冲信号L上升沿时变为低电平，在高速端空间脉冲信号H 为上升沿时变为高电平。以高频时钟信号CLK 17为插补时钟单位，分别计算出高速端空间脉冲信号H与低速端空间脉冲信号L中一个脉冲包含高频时钟信号CLK的时钟数 H_count、L_count，就可得到两者在此脉冲段的时间为H_count/ fCLK、L_count/ fCLK，高速端、低速端一个空间脉冲在空间角位移上，只跟光栅传感器的刻线有关，测试过程为一个定值，从而可分别推算出高速、低速端此时的单端转动速度。以高频时钟信号CLK为时钟或一个更高的时钟为基准，同样计算出小数部分信号X每个脉冲低电平部分包含的时钟数。得到小数部分脉冲段的时间为X_count/ fCLK,,将其转化为速度后与整数部分相加后，算的低速端转速，就可得到总的实际传动比。
所述动态传动误差曲线，采用直观的坐标曲线（直角坐标和极坐标）显示传动误差，利用数值的方式显示最大误差，及最大误差所在的角度。
所述的回差测量的原理为扭矩大小一致的情况下，正反向加载时的输出轴角度的差值即为回差值。将各个扭矩下，收到的脉冲进行计数，并换算成角度。最终将大小一致，方向相反的扭矩加载下的角度相减，得到该扭矩下的回差，并列表显示。
所述的回差测量采用的方法是，固定齿轮箱输入轴，对负载伺服电机进行加载，由零逐步加载至额定扭矩，然后卸载至零，依此进行反向加载，同时负载伺服电机编码器的信号，通过数据采集卡采集并传送至计算机，由其进行信号处理，测得各个扭矩下的回差。并以坐标曲线的形式直观的显示，并利用数值的方式显示最大扭矩下的回差。

Claims (1)

1. 基于双伺服电机的齿轮箱传动精度测量装置，包括输入输出部分和测量数据采集处理部分，其特征在于：
所述的输入输出部分包括主动伺服电机(2)和负载伺服电机(10)，主动伺服电机输出轴（3）与齿轮箱输入轴（5）经由第一精密联轴器（4）连接；负载伺服电机输出轴（9）与齿轮箱输出轴（7）经由第二精密联轴器（8）连接；
所述的主动伺服电机(2)、主动伺服电机编码器（1）与主动伺服电机输出轴（3）为一体；负载伺服电机(10)、负载伺服电机编码器（11）与负载伺服电机输出轴（9）为一体；
所述的测量数据采集处理部分，由主动伺服放大器（12）、负载伺服放大器（14）、数据采集卡(13)和计算机(15)组成，主动伺服放大器（12）、负载伺服放大器（14）通过通讯线（16）与数据采集卡(13)信号连接，数据采集卡(13)与计算机(15)信号连接；
所述的主动伺服放大器（12）、负载伺服放大器(14) 分别与主动伺服电机（2），负载伺服电机（10）配套。
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