CN105526959B - 编码器可靠性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种编码器可靠性试验装置和方法，克服了编码器可靠性试验装置不能够模拟实际工况的问题，试验装置包括编码器安装装置、模拟工况装置以及检测和控制系统；所述编码器安装装置包括支撑座、传动阶梯轴和编码器，传动阶梯轴通过轴承安装在支撑座通孔中，传动阶梯轴能够带动编码器旋转部份旋转，编码器固定部份固定在支撑座上；试验方法包括以下步骤：确定受试编码器型号和台数，确定受试编码器模拟加载工况的要求和需要检测的性能参数；根据受试编码器的型号，将受试编码器安装到编码器安装装置上；根据受试编码器需要模拟加载工况的要求划分；确定可靠性试验的总试验时间、试验流程以及每步试验需要设定的试验参数和试验时间。

Description

编码器可靠性试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种应用于机械领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对编码器施加模拟工况的三个方向振动、温度、湿度等负载的可靠性试验装置和试验方法，同时还能够对编码器的信号进行监测的系统。

背景技术

编码器是集光、机、电一体的数字测量角度的装置，将旋转角位置、角度位移及角速度等物理量转化成电信号的位移传感器。其具有体积小、精度高、数字化接口等优点，广泛应用于数控机床、回转台、机器人、雷达等需要检测角度的设备中。随着科技的发展，尤其是高档数控机床、航空、航天及激光武器等高精度系统的需求，对编码器的测角精度、分辨力以及可靠性提出了更高的要求。然而目前编码器受使用环境温度、湿度、振动等外界的干扰的影响，以及安装条件存在的缺陷，导致编码器故障频发。因此研究开发编码器可靠性试验装置和参数检测系统具有重要的实际意义。可靠性试验及参数的检测能够为编码器故障分析、可靠性改进设计、制作过程的可靠性保证等提供重要的基础数据。

针对编码器可靠性试验的研究，我国起步较晚，目前仅有一些功能简单的试验装置，例如，针对编码器进行空运转试验，没有对其进行模拟实际工况试验。目前国内对编码器参数检测方面已有一些研究，但基本都局限于在常温环境下对其检测，也没有在模拟实际工况环境下进行检测。因此，为了充分模拟编码器的实际工况，本发明提出了一种能够对编码器施加模拟振动、温度、湿度、电压等负载的可靠性试验装置，同时还能够对编码器进行性能参数的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了目前编码器可靠性试验装置和检测系统不能够模拟实际工况的问题，提供了一种具有模拟实际工况的编码器可靠性试验装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种编码器可靠性试验装置，包括编码器安装装置、模拟工况装置以及检测和控制系统；

所述编码器安装装置包括支撑座12、传动阶梯轴13和编码器，传动阶梯轴13通过轴承安装在支撑座12的通孔中，传动阶梯轴13能够带动编码器旋转部份旋转，编码器固定部份固定在支撑座12上；

所述模拟工况装置包括温湿度试验箱1、振动台2、带轮10、伺服电机21；

所述的温湿度试验箱1箱体的内部设有上下两层，上层为密闭的空间，上层空间用于进行模拟实际环境温度、湿度工况的可靠性试验，下层空间安装振动台2，所述温湿度试验箱1设有温湿度试验箱控制器，所述振动台2设有振动台控制器；

所述编码器安装装置中的支撑座12固定在模拟工况装置中的振动台2的台面上；所述传动阶梯轴13与所述带轮10通过键固定连接；

所述检测和控制系统包括工控机、检测仪7、数据采集卡、可编程控制器、伺服驱动器；

所述可编程控制器通过RS232C分别与温湿度试验箱控制器和振动台控制器进行串口通讯，所述编码器的信号通过检测仪7或者数据采集卡反馈到工控机，伺服电机21的编码器信号通过伺服驱动器和可编程控制器反馈给工控机。

技术方案中所述编码器为1号编码器161；

所述编码器安装装置还包括1号支架141、联轴器151；

所述的1号编码器161为分离联轴器内置轴承的编码器，1号编码器161的连接轴通过联轴器151与传动阶梯轴13右端固定连接；

所述1号支架141左侧与支撑座12固定连接，1号支架141右侧与1号编码器161的外圈固定连接；

所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；

所述传动阶梯轴13设有3个，1号支架141设有3个，联轴器151设有3个，1号编码器161设有3个。

技术方案中所述编码器为2号编码器162；

所述编码器安装装置还包括2号支架142、套筒152和固定螺母17；

所述的2号编码器为具有内置轴承和定子联轴器的编码器，由内圈和外圈组成；

所述的2号支架142左侧与支撑座12固定连接，所述的2号支架142右侧与2号编码器162的外圈固定连接；

所述的套筒152左端与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，套筒152右端穿过2号编码器内孔，与固定螺母17固定；

所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；

传动阶梯轴13设有3个，2号支架142设有3个，套筒152设有3个，2号编码器162设有3个，固定螺母17设有3个。

技术方案中所述编码器为3号编码器163；

所述编码器安装装置还包括2号支架142、垫板153和防护罩18；

所述的3号编码器为无内置轴承的编码器，由磁栅鼓和读数头组成；

所述的2号支架142左侧与支撑座12固定连接，所述的2号支架142右侧与防护罩固定。

所述的垫板153一端与3号编码器中的磁栅鼓固定连接，另一端与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，所述的防护罩18固定在2号支架142上；

所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；

传动阶梯轴13设有3个，2号支架142设有3个，垫板153设有3个，3号编码器163设有3个，防护罩18设有3个；

技术方案中所述的模拟工况装置还包括伺服电机支座20、主动带轮19、同步带9和涨紧

轮11；所述带轮10设有3个；

所述的伺服电机支座20固定到支撑座12的侧面，伺服电机21固定在伺服电机支座20上，伺服电机21的输出轴与主动带轮19固定连接，主动带轮19、带轮10分别与同步带9的内圈啮合，涨紧轮11与同步带9外圈啮合，主动带轮19将动力通过同步带9传递给带轮10，两个结构相同的涨紧轮11用于在传动过程中涨紧同步带9，带轮10与传动阶梯轴13固定连接，并将动力传递给受试编码器，来驱动受试编码器的旋转。

技术方案中所述的可编程控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和温湿度试验箱控制器、振动台控制器、伺服驱动器和供电电源8连接，温湿度试验箱控制器与温湿度试验箱连接，振动台控制器与振动台连接，伺服驱动器与伺服电机的电源接口和编码器接口连接，供电电源8为受试编码器提供电源；

上位工控机控制界面由VB编制，在控制界面上设定可靠性试验的温度、湿度、振动的幅值频率参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯；

可编程控制器输出信号指令分别给温湿度试验箱控制器和振动台控制器，按照设定的参数进行调节温度、湿度和振动，同时控制界面上设定伺服电机的转速和供电电源8提供给受试编码器的电压值参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，分别控制伺服驱动器和供电电源；

一种编码器可靠性试验装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)确定受试编码器的型号和台数，确定受试编码器模拟加载工况的要求和需要检测的性能参数；

(2)根据受试编码器的型号，将受试编码器安装到编码器安装装置上；

(3)根据受试编码器需要模拟加载工况的要求分为：温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及对受试编码器输出信号的检测；受试编码器的信号通过检测仪7上传给上位工控机，或通过采集卡上传给上位工控机，伺服电机21的信号通过伺服驱动器和可编程控制反馈给上位工控机；

(4)根据受试编码器模拟加载工况的要求，确定可靠性试验的总试验时间、试验流程以及每步试验需要设定的试验参数和试验时间。

技术方案中所述温度和湿度模拟加载试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定温度和湿度模拟加载试验温度的范围、温度变化的速率以及对应的试验时间，同时确定温度和湿度模拟加载试验湿度的范围、湿度变化的速率以及对应的试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的温度和湿度模拟加载试验的参数；

3)启动温湿度试验箱，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机21信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括温度值、湿度值、伺服电机21的信号以及受试编码器的信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的原因或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。

技术方案中所述XYZ三个方向振动加载试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定振动加载试验中X、Y、Z三个方向每个方向的振动均值、幅值、频率以及试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的振动模拟加载试验的参数；

3)启动振动台，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机21信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括在试验过程中X、Y、Z三个方向每个方向振动的均值、幅值、频率，伺服电机21的信号以及受试编码器的输出信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。

技术方案中所述受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器供电电压变化对测量精度影响试验的要求，确定试验过程中供电电压的变化范围、电压变化的速率以及对应的试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的受试编码器供电电压变化对精度影响试验的参数；

3)启动电源8，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机21信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括在试验过程中的供电电压值、伺服电机21的信号以及受试编码器的输出信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据等进行分类整理和存储。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本发明所述的编码器可靠性试验装置采用温湿度试验箱和振动台对编码器进行模拟环境的温度、湿度以及振动加载的可靠性试验，同时改变受试编码器的供电电压值来测试供电电压对受试编码器精度的影响，采用检测仪或者数据采集卡检测受试编码器的信号。同时对编码器进行温度、湿度以及振动等负载的模拟加载，才能够模拟编码器的实际工况，在这种条件下，对受试编码器进行模拟环境及振动加载的可靠性试验，才能够比较全面的暴露和激发受试编码器的薄弱环节及潜在故障，为编码器的可靠性增长、可靠性评估以及故障分析等提供详实的基础数据。

2.本发明所述的编码器可靠性试验装置的模拟振动加载能够对受试编码器进行在不同频率下，振幅可调的X、Y、Z轴三个方向的振动加载可靠性试验，振动的频率、幅值、方向以及试验时间等参数可以根据不同的实际工况可以进行调节。

3.本发明所述的编码器可靠性试验装置能够对受试编码器进行模拟环境温度和湿度的可靠性试验，试验的温度及温度变化率、湿度及湿度变化率、试验时间等参数可以根据不同的实际工况可以进行调节。

4.本发明所述的编码器可靠性试验装置可以测试供电电压对受试编码器测量精度的影响，根据可靠性试验过程中的需要调整供电的电压值，通过检测仪或者采集卡检测的受试编码器的信号，并反馈给上位工控机，为分析供电电压对编码器测量精度的影响提供详实的基础数据。

5.本发明所述的编码器可靠性试验装置能够实现对不同型号的编码器进行安装和进行可靠性试验，依据受试编码器的型号，从第一种安装方式、第二种安装方式或者第三章安装方式中选择合理的安装方式进行安装，这充分体现出了本发明所述的编码器可靠性试验装置的通用型和实用性。

6.本发明所述的编码器可靠性试验方法是一套完整的编码器可靠性试验方法，首先将受试编码器安装在编码器可靠性试验装置上，然后根据受试编码器需要模拟的实际工况，可以进行温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及在以上试验过程中对受试编码器的信号进行检测，在试验过程中，对受试编码器施加的温度、湿度、振动、供电电压值以及试验时间等参数都可以根据模拟的实际工况进行调节。

附图说明

图1为本发明所述的编码器可靠性试验装置的轴测投影图；

图2为本发明所述的编码器可靠性试验装置中编码器安装装置的第一种安装方式轴测的分解式轴测投影图；

图3为本发明所述的编码器可靠性试验装置中编码器安装装置的第二种安装方式轴测的分解式轴测投影图；

图4为本发明所述的编码器可靠性试验装置中编码器安装装置的第三种安装方式轴测的分解式轴测投影图；

图5为本发明所述的编码器可靠性试验装置中检测和控制系统的结构原理框图；

图6为本发明所述的编码器可靠性试验方法的实施步骤流程图。

图中：1.温湿度试验箱，2.振动台，3.第一种安装方式，4.第二种安装方式，5.第三种安装方式，6.控制柜，7.检测仪，8.供电电源，9.同步带，10.带轮，11.涨紧轮，12.支撑座，13.传动阶梯轴，141.1号支架，142.2号支架,151.联轴器，152.套筒，153.垫板，161.1号编码器，162.2号编码器，163.3号编码器，17.固定螺母，18.防护罩，19.主动带轮，20.伺服电机支座，21.伺服电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所述的编码器可靠性试验装置及方法主要由两大部分组成，即编码器可靠性试验装置部分和编码器可靠性试验方法部分。

一、编码器可靠性试验装置部分

参阅图1，所述的编码器可靠性试验装置部分由编码器安装装置、模拟工况装置以及检测和控制系统组成。

1.编码器安装装置

参阅图2、图3和图4，所述的编码器安装装置根据受试编码器的固定安装方式分为三种，分别是第一种安装方式3、第二种安装方式4和第三种安装方式5。

所述的第一种安装方式3、第二种安装方式4和第三种安装方式5可以实现对多台编码器同时进行可靠性试验，为了便于叙述，每种安装方式本发明专利都采用3台编码器进行叙述。

所述的第一种安装方式3包括支撑座12、传动阶梯轴13(3个)、1号支架141(3个)、联轴器151(3个)和1号编码器161(3个)；

所述的1号编码器161为分离联轴器内置轴承的编码器，1号编码器161的连接轴通过联轴器151与传动阶梯轴13右端固定连接；所述的传动阶梯轴13为阶梯型轴类结构部件，具有一个轴肩，轴肩靠近轴的右端，传动阶梯轴13的右端与联轴器15连接，传动阶梯轴13的左端与带轮通过键固定连接；所述1号支架141呈U字型，由左右两侧的两个立板和底板焊接或者机械方式固定连接，左右两侧的立板中间开有通孔，通孔周围均布有螺纹孔，螺栓穿过1号支架141左侧立板的螺纹孔与支座12右侧面固定连接，1号支架141右侧立板的螺纹孔用于固定1号编码器161的外圈，所述的1号支架141为一系列右侧立板螺纹孔距通孔轴线距离不同的1号支架，右侧立板螺纹孔距通孔轴线的距离根据1号编码器的型号选择对应的1号支架；所述的支撑座12呈倒立的T型，由竖板和底板焊接或者机械方式固定连接，底板左右两侧均布有U型开口，通过螺栓固定在振动台2的振动台面上，竖板右侧面均布开有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，然后再一起装配到支座12竖板右侧面的三个通孔中，支撑座12竖板右侧面三个通孔的周围分别均布有螺纹孔，用于固定1号支架141。

所述的第二种安装方式4包括支撑座12、传动阶梯轴13(3个)、2号支架142(3个)、套筒152(3个)、2号编码器162(3个)和固定螺母17(3个)。

所述的2号编码器为具有内置轴承和定子联轴器的编码器，由内圈和外圈组成；所述的2号支架142为圆环型结构件，2号支架142内孔周围均布有两圈螺纹孔，外圈螺纹孔用于与支座12右侧面固定连接，内圈螺纹孔用于与2号编码器的外圈固定连接，所述的2号支架142为一系列内圈螺纹孔距通孔轴线距离不同的2号支架，内圈螺纹孔距通孔轴线的距离根据2号编码器的型号选择对应的2号支架；所述的套筒152呈台阶型，左端面(大端面)有中心盲孔，中心盲孔周围均布有螺纹孔，用于与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，套筒152右端有外螺纹，套筒152右端穿过2号编码器内孔，用固定螺母17固定，所述的套筒152为一系列右端的直径不同的套筒，套筒右端的直径根据2号编码器的内孔直径选择对应的套筒；所述的支撑座12和传动阶梯轴13与第一种安装方式中的支撑座和传动阶梯轴的结构和安装方式相同；传动阶梯轴13轴肩的右侧轴插入套筒152左端面中心盲孔中，并通过螺栓相互固定，套筒152右端插入2号编码器162的内孔中，固定螺母17安装在套筒152右端的外螺纹上，并顶住2号编码器162，2号编码器162的外圈通过螺栓固定在2号支架142上。

所述的第三种安装方式5包括支撑座12、传动阶梯轴13(3个)、2号支架142(3个)、垫板153(3个)、3号编码器163(3个)和防护罩18(3个)；

所述的3号编码器为无内置轴承的编码器，由磁栅鼓和读数头组成；所述的2号支架142、支撑座12和传动阶梯轴13与第二种安装方式中的2号支架、支撑座和传动阶梯轴的结构和安装方式相同；所述的垫板153呈圆环型结构件，垫板153内孔周围均布有两圈螺纹孔，外圈螺纹孔用于与3号编码器中的磁栅鼓固定连接，内圈螺纹孔用于与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，所述的垫板153为一系列外圈螺纹孔距通孔轴线距离不同的垫板，外圈螺纹孔距通孔轴线的距离根据3号编码器的型号选择对应的垫板；所述的防护罩通过螺栓固定在2号支架142的内圈螺纹孔。

2.模拟工况装置

参阅图1至图4，所述的模拟工况装置包括温湿度试验箱1、振动台2、供电电源8、伺服电机21(3个)、伺服电机支座20(3个)、主动带轮19、同步带9(3个)、带轮10(9个)以及涨紧轮11(6个)等。

所述的温湿度试验箱1(本发明以THV-600型温湿度试验箱为例，其温度可调范围为-40℃～150℃,湿度可调范围为20～98％RH)可以对受试编码器进行模拟环境的温度和湿度的可靠性试验，该温湿度试验箱带有温湿度试验箱控制器，温湿度试验箱1箱体的内部设有上下两层，上层为密闭的空间，上层空间用于进行模拟实际环境温度、湿度工况的可靠性试验，下层空间用于安装振动台2；

所述的振动台2(本发明以MAV-1000-4H型振动台为例，其振动频率调节范围为1～2000HZ，最大加速度为1m/s)主要由试件工作台和三个振动发生器等附件组成，振动台2可以实现对受试编码器进行在不同频率下，振幅可调的振动加载可靠性试验，振动方向可以是X、Y、Z轴三个方向，该振动台带有振动台控制器，振动台2安装在温湿度试验箱1中的下层空间，振动台2的试件工作台穿过温湿度试验箱1中的下层空间，处于温湿度试验箱1中的上层空间，试件工作台上面开有T型槽，用于安装固定编码器安装装置中的支撑座12。

所述的供电电源8用于给1号编码器、2号编码器和3号编码器等受试编码器提供电源，为了测试供电电压对受试编码器测量精度的影响，供电电源8可以根据可靠性试验过程中的需要，改变其对受试编码器的供电电压值；

所述的伺服电机支座20通过螺栓固定到支撑座12的侧面，伺服电机21通过螺栓安装在伺服电机支座20上，伺服电机21的输出轴通过键与主动带轮19固定连接，主动带轮19、带轮10分别与同步带9的内圈啮合，涨紧轮11与同步带9外圈啮合，主动带轮19将动力通过同步带9传递给每个带轮10，2个结构相同的涨紧轮11用于在传动过程中涨紧同步带9，带轮10通过键与传动阶梯轴13固定连接，并将动力转动给受试编码器，来驱动受试编码器的旋转。

3.检测和控制系统

所述的检测和控制系统包括：工控机、检测仪7、数据采集卡、可编程控制器、温湿度试验箱控制器、振动台控制器、伺服驱动器、供电电源8和控制柜6等。

所述的可编程控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和温湿度试验箱控制器、振动台控制器、伺服驱动器以及供电电源8连接，温湿度试验箱控制器与温湿度试验箱连接，温湿度试验箱和振动台控制器按照设定的参数进行调节温度、湿度和振动；振动台控制器与振动台连接，伺服驱动器与伺服电机的电源接口和编码器接口连接，供电电源8为受试编码器提供电源。

上位工控机控制界面由VB编制，在控制界面上设定可靠性试验的温度、湿度、振动的幅值频率等参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，可编程控制器输出信号指令分别给温湿度试验箱控制器和振动台控制器，按照设定的参数进行调节温度、湿度和振动；同时控制界面上也可以设定伺服电机的转速和供电电源8提供给受试编码器的电压值等参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，分别控制伺服驱动器和供电电源；在试验过程中，受试编码器的信号通过检测仪7或者采集卡反馈到上位工控机，同时伺服电机21的编码器信号也通过伺服驱动器和可编程控制器反馈给上位工控机。

二、编码器可靠性试验方法部分

本发明专利针对受试编码器提出了一套可靠性试验方法，可靠性试验方法是在前面所述的编码器可靠性试验装置的基础上进行的，编码器可靠性试验装置能够安装不同型号的受试编码器，同时能够对多台受试编码器同时进行可靠性试验，依据受试编码器需要模拟的实际工况，可以进行温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及在以上试验过程中对受试编码器的信号进行检测。

参与图6，编码器可靠性试验方法的具体流程如下：

1.确定受试编码器的型号和台数，确定受试编码器模拟加载工况的要求和需要检测的性能参数；

2.根据受试编码器的型号，参阅图2、图3和图4，将受试编码器安装到编码器安装装置上；

3.根据受试编码器需要模拟加载工况的要求分为：温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及对受试编码器信号的检测；

4.根据受试编码器模拟加载工况的要求，确定可靠性试验的总试验时间、试验流程以及每步试验需要设定的试验参数和试验时间；

下面将分别介绍每种试验的步骤：

4.1温度和湿度模拟加载试验

1)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定温度和湿度模拟加载试验温度的范围、温度变化的速率以及对应的试验时间，同时也需要确定温度和湿度模拟加载试验湿度的范围、湿度变化的速率以及对应的试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的温度和湿度模拟加载试验的参数；

3)待检查试验设备无问题之后，启动温湿度试验箱，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器的信号和伺服电机21信号进行监测；

4)监测的试验数据实时显示在人界操作界面，并保存试验数据，采集的试验数据包括在试验过程中的温度值、湿度值、伺服电机21的信号以及受试编码器的信号，在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的原因或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据等进行分类整理和存储。

4.2 XYZ三个方向振动加载试验

5)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定振动加载试验中X、Y、Z三个方向每个方向的振动均值、幅值、频率以及试验时间；

6)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的振动模拟加载试验的参数；

7)待检查试验设备无问题之后，启动振动台，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器的信号和伺服电机21信号进行监测；

8)监测的试验数据实时显示在人界操作界面，并保存试验数据，采集的试验数据包括在试验过程中X、Y、Z三个方向每个方向振动的均值、幅值、频率，伺服电机21的信号以及受试编码器的信号，在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据检测信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据等进行分类整理和存储。

4.3受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验

5)根据受试编码器供电电压变化对测量精度影响试验的要求，确定试验过程中供电电压的变化范围、电压变化的速率以及对应的试验时间；

6)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的受试编码器供电电压变化对精度影响试验的参数；

7)待检查试验设备无问题之后，启动电源8，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器的信号和伺服电机21信号进行监测；

8)监测的试验数据实时显示在人界操作界面，并保存试验数据，采集的试验数据包括在试验过程中的供电电压值、伺服电机21的信号以及受试编码器的信号，在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据检测信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据等进行分类整理和存储。

4.4对受试编码器信号的检测；

在进行温度和湿度模拟加载试验(4.1)、XYZ三个方向振动加载试验(4.2)和受试编码器供电电压变化对测量精度影响试验(4.3)这三种试验过程中都需要对受试编码器的信号和伺服电机21的信号进行检测，受试编码器的信号可以通过检测仪7上传给上位工控机，也可以通过采集卡上传给上位工控机，伺服电机21的信号通过伺服驱动器和可编程控制反馈给上位工控机；

5.编码器可靠性试验根据试验模拟工况的需求，可以同时进行温度和湿度模拟加载试验(4.1)、XYZ三个方向振动加载试验(4.2)和受试编码器供电电压变化对测量精度影响试验，也可以安装一定的顺序分别进行这三种试验，试验的顺序和时间可以根据可靠性试验的要求而改变。

本发明中所述的实施例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施例，或者说是一种较佳的具体的技术方案。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种编码器可靠性试验装置，包括编码器安装装置、模拟工况装置以及检测和控制系统；其特征在于：

所述编码器安装装置包括支撑座(12)、传动阶梯轴(13)和编码器，传动阶梯轴(13)通过轴承安装在支撑座(12)的通孔中，传动阶梯轴(13)能够带动编码器旋转部份旋转，编码器固定部份固定在支撑座(12)上；

所述模拟工况装置包括温湿度试验箱(1)、振动台(2)、带轮(10)、伺服电机(21)；

所述的温湿度试验箱(1)箱体的内部设有上下两层，上层为密闭的空间，上层空间用于进行模拟实际环境温度、湿度工况的可靠性试验，下层空间安装振动台(2)，所述温湿度试验箱(1)设有温湿度试验箱控制器，所述振动台(2)设有振动台控制器；

所述编码器安装装置中的支撑座(12)固定在模拟工况装置中的振动台(2)的台面上；所述传动阶梯轴(13)与所述带轮(10)通过键固定连接；

所述检测和控制系统包括工控机、检测仪(7)、数据采集卡、可编程控制器、伺服驱动器；

所述可编程控制器通过RS232C分别与温湿度试验箱控制器和振动台控制器进行串口通讯，所述编码器的信号通过检测仪(7)或者数据采集卡反馈到工控机，伺服电机(21)的编码器信号通过伺服驱动器和可编程控制器反馈给工控机。

2.根据权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置，其特征在于：

所述编码器为1号编码器(161)；

所述编码器安装装置还包括1号支架(141)、联轴器(151)；

所述的1号编码器(161)为分离联轴器内置轴承的编码器，1号编码器(161)的连接轴通过联轴器(151)与传动阶梯轴(13)右端固定连接；

所述1号支架(141)左侧与支撑座(12)固定连接，1号支架(141)右侧与1号编码器(161)的外圈固定连接；

所述的支撑座(12)设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴(13)轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴(13)装配到支撑座(12)的三个通孔中；

所述传动阶梯轴(13)设有3个，1号支架(141)设有3个，联轴器(151)设有3个，1号编码器(161)设有3个。

3.根据权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置，其特征在于：

所述编码器为2号编码器(162)；

所述编码器安装装置还包括2号支架(142)、套筒(152)和固定螺母(17)；

所述的2号编码器为具有内置轴承和定子联轴器的编码器，由内圈和外圈组成；

所述的2号支架(142)左侧与支撑座(12)固定连接，所述的2号支架(142)右侧与2号编码器(162)的外圈固定连接；

所述的套筒(152)左端与传动阶梯轴(13)轴肩右端面固定连接，套筒(152)右端穿过2号编码器内孔，与固定螺母(17)固定；

所述的支撑座(12)设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴(13)轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴(13)装配到支撑座(12)的三个通孔中；

传动阶梯轴(13)设有3个，2号支架(142)设有3个，套筒(152)设有3个，2号编码器(162)设有3个，固定螺母(17)设有3个。

4.根据权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置，其特征在于：

所述编码器为3号编码器(163)；

所述编码器安装装置还包括2号支架(142)、垫板(153)和防护罩(18)；

所述的3号编码器为无内置轴承的编码器，由磁栅鼓和读数头组成；

所述的2号支架(142)左侧与支撑座(12)固定连接，所述的2号支架(142)右侧与防护罩固定；

所述的垫板(153)一端与3号编码器中的磁栅鼓固定连接，另一端与传动阶梯轴(13)轴肩右端面固定连接，所述的防护罩(18)固定在2号支架(142)上；

所述的支撑座(12)设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴(13)轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴(13)装配到支撑座(12)的三个通孔中；

传动阶梯轴(13)设有3个，2号支架(142)设有3个，垫板(153)设有3个，3号编码器(163)设有3个，防护罩(18)设有3个。

5.根据权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置，其特征在于：

所述的模拟工况装置还包括伺服电机支座(20)、主动带轮(19)、同步带(9)和涨紧轮(11)；所述带轮(10)设有3个；

所述的伺服电机支座(20)固定到支撑座(12)的侧面，伺服电机(21)固定在伺服电机支座(20)上，伺服电机(21)的输出轴与主动带轮(19)固定连接，主动带轮(19)、带轮(10)分别与同步带(9)的内圈啮合，涨紧轮(11)与同步带(9)外圈啮合，主动带轮(19)将动力通过同步带(9)传递给带轮(10)，两个结构相同的涨紧轮(11)用于在传动过程中涨紧同步带(9)，带轮(10)与传动阶梯轴(13)固定连接，并将动力传递给受试编码器，来驱动受试编码器的旋转。

6.根据权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置，其特征在于：

所述的可编程控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和温湿度试验箱控制器、振动台控制器、伺服驱动器和供电电源(8)连接，温湿度试验箱控制器与温湿度试验箱连接，振动台控制器与振动台连接，伺服驱动器与伺服电机的电源接口和编码器接口连接，供电电源(8)为受试编码器提供电源；

上位工控机控制界面由VB编制，在控制界面上设定可靠性试验的温度、湿度、振动的幅值频率参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯；

可编程控制器输出信号指令分别给温湿度试验箱控制器和振动台控制器，按照设定的参数进行调节温度、湿度和振动，同时控制界面上设定伺服电机的转速和供电电源(8)提供给受试编码器的电压值参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，分别控制伺服驱动器和供电电源。

7.如权利要求1所述的一种编码器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定受试编码器的型号和台数，确定受试编码器模拟加载工况的要求和需要检测的性能参数；

(2)根据受试编码器的型号，将受试编码器安装到编码器安装装置上；

(3)根据受试编码器需要模拟加载工况的要求分为：温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及对受试编码器输出信号的检测；受试编码器的信号通过检测仪(7)上传给上位工控机，或通过采集卡上传给上位工控机，伺服电机(21)的信号通过伺服驱动器和可编程控制反馈给上位工控机；

(4)根据受试编码器模拟加载工况的要求，确定可靠性试验的总试验时间、试验流程以及每步试验需要设定的试验参数和试验时间。

8.根据权利要求7所述的一种编码器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于：所述温度和湿度模拟加载试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定温度和湿度模拟加载试验温度的范围、温度变化的速率以及对应的试验时间，同时确定温度和湿度模拟加载试验湿度的范围、湿度变化的速率以及对应的试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的温度和湿度模拟加载试验的参数；

3)启动温湿度试验箱，启动伺服电机(21)驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机(21)信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括温度值、湿度值、伺服电机(21)的信号以及受试编码器的信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的原因或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。

9.根据权利要求7所述的一种编码器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于：所述XYZ三个方向振动加载试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定振动加载试验中X、Y、Z三个方向每个方向的振动均值、幅值、频率以及试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的振动模拟加载试验的参数；

3)启动振动台，启动伺服电机(21)驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机(21)信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括在试验过程中X、Y、Z三个方向每个方向振动的均值、幅值、频率，伺服电机(21)的信号以及受试编码器的输出信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。

10.根据权利要求7所述的一种编码器可靠性试验装置的试验方法，其特征在于：所述受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验，包括如下步骤：

1)根据受试编码器供电电压变化对测量精度影响试验的要求，确定试验过程中供电电压的变化范围、电压变化的速率以及对应的试验时间；

2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤1)中所述的受试编码器供电电压变化对精度影响试验的参数；

3)启动电源(8)，启动伺服电机(21)驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机(21)信号进行监测；

4)保存试验数据，试验数据包括在试验过程中的供电电压值、伺服电机(21)的信号以及受试编码器的输出信号；在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的位置或者可能存在的故障；每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。