CN103759869A - 转台转轴摩擦力矩的测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转台转轴摩擦力矩的测量装置及测量方法，包括角度检测单元、速度检测单元、数据采集单元、中央处理单元和至少一个电流传感器；电流传感器接入转台被测转轴的电机驱动线，电流传感器输出模拟电压信息至数据采集单元；数据采集单元输出数字电压信息送入中央处理单元；角度检测单元和速度检测单元均设置在转台被测转轴上，角度检测单元和速度检测单元分别输出角度信息和速度信息送入中央处理单元；中央处理单元的控制输出端接至转台，用以控制转台被测转轴的转动角度和转速；中央处理单元将接收到的数字电压信息转换为力矩信息并存储。本发明提供了一种操作方便、测量精度高的转台转轴摩擦力矩的测量装置及测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种转台转轴摩擦力矩的测量装置及测量方法。
背景技术
现有摩擦力矩测量大多采用人工手动方法测量，这种测量方法受到很多人为因素影响，测量结果不准确；同时也有一些采用电动测量方法，然而这些测量方法一般采用力传感器来配合测量，结构复杂，给测试带来不便。因此需要一种结构简单，操作方便的摩擦力矩电子测量装置。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、操作方便的转台转轴摩擦力矩的测量装置及测量方法。
本发明的第一种技术解决方案如下：
转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特殊之处在于：
包括角度检测单元、速度检测单元、数据采集单元、中央处理单元和至少一个电流传感器；
所述电流传感器接入转台被测转轴的电机驱动线，用于采集电机驱动线的电流信息、将电流信息转换为模拟电压信息并输出至所述数据采集单元；数据采集单元输出数字电压信息送入中央处理单元；
所述角度检测单元和速度检测单元均设置在转台被测转轴上，角度检测单元和速度检测单元分别输出角度信息和速度信息送入中央处理单元；
所述中央处理单元的控制输出端接至转台，用以控制转台被测转轴的转动角度和转速；中央处理单元将接收到的数字电压信息转换为电流信息，再与转台的电机转矩系数相乘得到力矩信息并存储。
基于上述技术方案，本发明还做出以下优化和限定：
上述数据采集单元包括微处理器和多通道模数转换器，微处理器控制模数转换器将电流传感器输出的模拟电压信息转换为数字电压信息、并将数字电压信息送入中央处理单元，所述电流传感器与多通道模数转换器相匹配；转台被测转轴有多个，电流传感器的数量与转台被测转轴的数量一致，电流传感器分别接入各自的转台被测转轴的电机驱动线。
上述电流传感器是高精度霍尔电流传感器，角度检测单元是光电编码器、速度检测单元是测速机。
上述微处理器和多通道模数转换器均焊接在印制电路板上，微处理器和多通道模数转换器通过印制电路板上的电路相连。
上述电流传感器分别焊接在独立的印制电路板上。
上述电流传感器与多通道模数转换器之间以及微处理器和中央处理单元之间均通过线缆及相应的插件相连。
本发明的第二种技术解决方案如下：
转台转轴摩擦力矩的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】转台被测转轴从初始启动位置开始加速并最终做匀速转动，对特定时刻下转台被测转轴的角度、速度及电机驱动电流进行采集，绘制角度-采样点曲线，速度-采样点曲线，电流-采样点曲线；
2】根据输入电机转矩系数和电流采样值的乘积，计算得到电机的输出力矩，绘制力矩-采样点曲线；
3】通过速度-采样点曲线得到转台刚刚转动的时刻，并对比角度-采样点曲线可以得到该时刻对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线得到该时刻电机输出的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的静摩擦力矩；
通过速度-采样点曲线得到转台做等速运动的时间段，并对比角度-采样点曲线可以得到该时间段对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线相应时刻电机作用在转轴上的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的动摩擦力矩；
4】改变转台被测转轴的初始启动位置，重复步骤1至3，可以得到转台转轴不同角度的静摩擦力矩和动摩擦力矩。
上述步骤1】中采集到的电机驱动电流转换为电压信息后送入中央处理单元，再通过中央处理单元将电压信息转换为电机驱动电流，然后绘制电流-采样点曲线。
本发明具有以下有益效果：
(1)测量精度高。与人工手动测量方法相比，采用本发明使得测量精度更高。
(2)操作方便。本发明通过接插件连接，运行转台被测转轴使其匀速运动，通过中央处理单元得出转台转轴动静摩擦力矩。
(3)结构简单，节约成本。与现有电动测量装置相比，不需要力传感器，节约了成本，简化了结构。
(4)采用多通道模数转换器，可以同时对多路电流传感器采集到的模拟电流信息进行转换。
(5)多个电流传感器各自焊接在独立的印制板上，可以同时测量转台多个转轴摩擦力矩。
(6)线缆的连接端均设置有插件，待测转台转轴的电机驱动线、多个高精度霍尔电流传感器、多通道模数转换器、中央处理单元与相应的线缆之间均通过插件相连，因此可以方便更换不同长度的线缆，以适应不同距离环境的需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种转台转轴摩擦力矩的测量装置，包括角度检测单元、速度检测单元、数据采集单元、中央处理单元和至少一个电流传感器；电流传感器可以采用高精度霍尔电流传感器，角度检测单元可以采用光电编码器、速度检测单元可以采用测速机。
电流传感器接入转台被测转轴的电机驱动线，转台被测转轴的电机驱动线与转台被测转轴相连。具体接入方法为：将转台被测转轴的电机驱动线一端穿过电流传感器，并通过线卡将电流传感器固定在电机驱动线上。电流传感器用于采集电机驱动线的电流信息、将电流信息转换为模拟电压信息并输出至所述数据采集单元；数据采集单元输出数字电压信息送入中央处理单元；角度检测单元和速度检测单元均设置在转台被测转轴上，角度检测单元和速度检测单元分别输出角度信息和速度信息送入中央处理单元。中央处理单元的控制输出端接至转台，用以控制转台被测转轴的转动角度和转速；中央处理单元将接收到的数字电压信息转换为电流信息，再与转台的电机转矩系数相乘得到力矩信息并存储。其中，中央处理单元可以采用转台主控计算机实现。
数据采集单元包括焊接在印制电路板上的微处理器和多通道模数转换器，微处理器和多通道模数转换器通过印制电路板上的电路相连，微处理器控制模数转换器将电流传感器输出的模拟电压信息转换为数字电压信息，并将数字电压信息送入中央处理单元。电流传感器与多通道模数转换器相匹配；转台被测转轴有多个，电流传感器的数量与转台被测转轴的数量一致，电流传感器分别接入各自的转台被测转轴的电机驱动线，为了便于测量，可以将电流传感器分别焊接在独立的印制电路板上。本发明的电流传感器的印制电路板上均有两个螺钉孔，通过螺钉锁紧线卡，该线卡用于将电流传感器固定在转台被测转轴电机驱动线上。
本发明的电流传感器与多通道模数转换器之间以及微处理器和中央处理单元之间均通过线缆及相应的插件相连。
基于本发明提供的转台转轴摩擦力矩的测量装置，本发明还提供的一种转台转轴摩擦力矩的测量方法，包括以下步骤：
1】中央处理单元控制转台被测转轴从初始启动位置开始加速并最终做匀速转动，同时，中央处理单元对特定时刻下转台被测转轴的角度、速度及电机驱动电流进行采样并存储，绘制角度-采样点曲线，速度-采样点曲线，电流-采样点曲线；
2】转台被测转轴转动完成后，通过中央处理单元输入电机转矩系数，并将输入的电机转矩系数和电流采样值相乘，计算得到电机的输出力矩，绘制力矩-采样点曲线；
3】通过速度-采样点曲线得到转台刚刚转动的时刻，并对比角度-采样点曲线可以得到该时刻对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线得到该时刻电机输出的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的静摩擦力矩；
通过速度-采样点曲线得到转台做等速运动的时间段，并对比角度-采样点曲线可以得到该时间段对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线相应时刻电机作用在转轴上的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的动摩擦力矩；
4】改变转台被测转轴的初始启动位置，重复步骤1至3，可以得到转台被测转轴不同角度的静摩擦力矩和动摩擦力矩。
当接入一个电流传感器时，测量一个转轴的摩擦力矩；当接入多个电流传感器时，通过本发明可以同时测量多个转轴的摩擦力矩。
其中，步骤1】中采集到的电机驱动电流转换为电压信息后送入中央处理单元，再通过中央处理单元将电压信息转换为电机驱动电流，然后绘制电流-采样点曲线。
Claims (8)
1.转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：
包括角度检测单元、速度检测单元、数据采集单元、中央处理单元和至少一个电流传感器；
所述电流传感器接入转台被测转轴的电机驱动线，用于采集电机驱动线的电流信息、将电流信息转换为模拟电压信息并输出至所述数据采集单元；数据采集单元输出数字电压信息送入中央处理单元；
所述角度检测单元和速度检测单元均设置在转台被测转轴上，角度检测单元和速度检测单元分别输出角度信息和速度信息送入中央处理单元；
所述中央处理单元的控制输出端接至转台，用以控制转台被测转轴的转动角度和转速；中央处理单元将接收到的数字电压信息转换为电流信息，再与转台的电机转矩系数相乘得到力矩信息并存储。
2.根据权利要求1所述的转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：所述数据采集单元包括微处理器和多通道模数转换器，微处理器控制模数转换器将电流传感器输出的模拟电压信息转换为数字电压信息、并将数字电压信息送入中央处理单元，所述电流传感器与多通道模数转换器相匹配；转台被测转轴有多个，电流传感器的数量与转台被测转轴的数量一致，电流传感器分别接入各自的转台被测转轴的电机驱动线。
3.根据权利要求1或2所述的转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：所述电流传感器是高精度霍尔电流传感器，角度检测单元是光电编码器、速度检测单元是测速机。
4.根据权利要求3所述的转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：所述微处理器和多通道模数转换器均焊接在印制电路板上，微处理器和多通道模数转换器通过印制电路板上的电路相连。
5.根据权利要求4所述的转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：所述电流传感器分别焊接在独立的印制电路板上。
6.根据权利要求5所述的转台转轴摩擦力矩的测量装置，其特征在于：所述电流传感器与多通道模数转换器之间以及微处理器和中央处理单元之间均通过线缆及相应的插件相连。
7.转台转轴摩擦力矩的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】转台被测转轴从初始启动位置开始加速并最终做匀速转动，对特定时刻下转台被测转轴的角度、速度及电机驱动电流进行采集，绘制角度-采样点曲线，速度-采样点曲线，电流-采样点曲线；
2】根据输入电机转矩系数和电流采样值的乘积，计算得到电机的输出力矩，绘制力矩-采样点曲线；
3】通过速度-采样点曲线得到转台刚刚转动的时刻，并对比角度-采样点曲线可以得到该时刻对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线得到该时刻电机输出的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的静摩擦力矩；
通过速度-采样点曲线得到转台做等速运动的时间段，并对比角度-采样点曲线可以得到该时间段对应的角度，同时对比力矩-采样点曲线相应时刻电机作用在转轴上的力矩，最终得到该转台被测转轴对应角度的动摩擦力矩；
4】改变转台被测转轴的初始启动位置，重复步骤1至3，可以得到转台转轴不同角度的静摩擦力矩和动摩擦力矩。
8.根据权利要求7所述的转台转轴摩擦力矩的测量方法，其特征在于：步骤1】中采集到的电机驱动电流转换为电压信息后送入中央处理单元，再通过中央处理单元将电压信息转换为电机驱动电流，然后绘制电流-采样点曲线。
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