CN107246882B - 基于伺服控制技术的编码里程计检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置及方法，包括箱体以及安装在箱体上的检测仪，该检测仪包括控制面板、伺服电机、电机控制器、数据采集卡和编码里程计驱动支架，所述的控制面板分别与电机控制器、数据采集卡连接，所述的数据采集卡与待测编码里程计连接，所述的电机控制器与伺服电机连接，所述的伺服电机通过编码里程计驱动支架带动编码里程计运动。与现有技术相比，本发明可以同时测量出一个编码里程计上所有的光敏元件是否出于正常输出。

Description

基于伺服控制技术的编码里程计检测装置及方法

技术领域

本发明涉及编码里程计检测技术，尤其是涉及一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置及方法。

背景技术

在轨道交通信号设备中，编码里程计是一个专门为满足轨道运行需要设计的装置。通过编码里程计的反馈信息可以实时获取出车辆的运动状态，从而计算出车辆的安全范围，尤其在CBTC系统中，车辆的运动状态对于车辆运行安全至关重要。

编码里程计的内部有与经轴径相连同步转动的编码盘，启动沿编码盘圆周固定的几个光敏元件。当编码里程计随车辆轮径一起运动时，发射二极管发出的连续光束被编码盘遮断，光敏元件晶体管探测到脉冲光束，并产生一个与编码盘转速相应比例的频率，频率经适当的放大器元件传输给外部评估系统。

目前在对编码里程计的检测过程中存在着以下的问题：

1、只能检测出光敏元件是否有输出，无法确认其输出是否符合需求。

2、无法同时检测出一个编码里程计上的多个光敏元件，进而无法计算出各光敏元件的相位差是否符合需求。

3、无法确定其故障的原因，如确定哪个光敏元件故障或编码盘故障。

4、检测周期长，安装调试结构复杂。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，包括箱体以及安装在箱体上的检测仪，该检测仪包括控制面板、伺服电机、电机控制器、数据采集卡和编码里程计驱动支架，所述的控制面板分别与电机控制器、数据采集卡连接，所述的数据采集卡与待测编码里程计连接，所述的电机控制器与伺服电机连接，所述的伺服电机通过编码里程计驱动支架带动编码里程计运动；

通过控制面板控制伺服电机同时进行实时反馈回的运动状态信息计算出理论上的脉冲信号图，通过偏移处理后与实际采集到的脉冲信号进行对比，最后在显示界面上显示出测量的结果。

所述的箱体为拉杆箱，用于盛装检测仪，且抗震能力强、箱体外壳坚固。

所述的数据采集卡通过传感器插座与待测编码里程计连接，所述的传感器插座使用时接入编码里程计的插头，并旋紧。

所述的控制面板上设有：

切换开关：用于切换电机转速控制模式，可选择手动模式或软件模式；

控速旋钮：当电机转速控制模式选择为手动模式时，通过该旋钮来控制电机转速，顺时针旋转为增加转速；

急停开关：检测仪出现运行过程中出现异常时，急停开关切断电源，防止发生事故。

所述的控制面板上设有：

信号测试口：使用电脑采集信号时，前后两排香蕉座依次序用线缆短接；使用示波器观察信号时，线缆一端插入前排，另一端接示波器探头；

第一USB：电机伺服参数调整接口，用于设置电机伺服参数；

第二USB：信号采集接口。

所述的箱体上还设有电源插座，该电源插座为220v 50Hz交流电供电插座，带电源开关和指示灯，确保插上线缆之前开关处于关闭状态。

所述的数据采集卡通过信号调理板与控制面板连接。

所述的伺服电机通过联轴器与编码里程计驱动支架连接。

所述的编码里程计通过编码里程计固定底座安装在箱体上，所述的编码里程计与编码里程计固定底座之间设有更换托盘。

一种基于伺服控制技术的编码里程计检测方法，包括以下步骤：

1)根据编码里程计的设备型号信息，输入初始化的配置文件，包括安装的光敏元件数量、编码盘的夹缝数量和光敏传感器型号；

2)选择手动模式或软件模式进行操作，若选择手动模式，通过旋转控速旋钮实现不同的转速；若选择软件模式，则在软件界面上，设定转速后，点击启动按钮；

3)在界面上根据编码里程计的型号对是否有C5通道进行勾选，之后点击开始测试；

4)采集各通道内的数据，并对各组数据进行波形显示；

5)计算统计出各通道的占空比统计和电压统计，并以直方图的形式显示出来；

6)计算统计出各通道的高\低电压、相位、占空比、频率、最大脉宽、最小脉宽和脉冲计数；

7)针对测试结果不达标的数据进行高亮度显示；

8)结束测试并保存测试结果于指定的位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、可以同时测量出一个编码里程计上所有的光敏元件是否出于正常输出；

2、可以测量出光敏元件的相位差是否符合需求；

3、精准测量出编码里程计的故障原因，可精准确定出到底是哪个光敏元件的故障，便于后续的维修处理；

4、设备安装于坚固的带轮拉杆箱内，抗震能力强，移动方便。

5、使用伺服控制电机和控制器，支持电机转速波形反馈；

6、适配于卡斯柯现用的地铁三种常用里程计，可通过更换夹具可适应多种不同外形的编码里程计；

7、支持电脑USB以及外接示波器采集方式；

8、支持自设定编码里程计转速；

9、支持手动模式与软件模式；

10、能够分析信号的占空比、幅值、相位差及其形状；

11、面板配有方便操作的紧急断电装置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的纵向剖视图；

图3为本发明的横向剖视图；

图4为本发明机箱内部设备安装图；

图5为本发明的流程图；

其中1为箱体，2为数据采集卡，3为信号调理板，4为控制面板，5为电机控制器，6为编码里程计驱动支架，7为联轴器，8为更换托盘，9为编码里程计固定底座，10为伺服电机，11为电源插座，12为断路器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，包括箱体1以及安装在箱体上的检测仪，该检测仪包括控制面板4、伺服电机10、电机控制器5、数据采集卡2和编码里程计驱动支架6，所述的控制面板4分别与电机控制器5、数据采集卡2连接，所述的数据采集卡2与待测编码里程计连接，所述的电机控制器5与伺服电机10连接，所述的伺服电机10通过编码里程计驱动支架6带动编码里程计运动；

通过控制面板4控制伺服电机同时进行实时反馈回的运动状态信息计算出理论上的脉冲信号图，通过偏移处理后与实际采集到的脉冲信号进行对比，最后在显示界面上显示出测量的结果。

所述的箱体1为拉杆箱，用于盛装检测仪，且抗震能力强、箱体外壳坚固。

所述的数据采集卡2通过传感器插座与待测编码里程计连接，所述的传感器插座使用时接入编码里程计的插头，并旋紧。

所述的控制面板上设有：切换开关：用于切换电机转速控制模式，可选择手动模式或软件模式；控速旋钮：当电机转速控制模式选择为手动模式时，通过该旋钮来控制电机转速，顺时针旋转为增加转速；急停开关：检测仪出现运行过程中出现异常时，急停开关切断电源，防止发生事故；信号测试口：使用电脑采集信号时，前后两排香蕉座依次序用线缆短接；使用示波器观察信号时，线缆一端插入前排，另一端接示波器探头；第一USB：电机伺服参数调整接口，用于设置电机伺服参数；第二USB：信号采集接口。

所述的箱体上还设有电源插座，该电源插座为220v 50Hz交流电供电插座，带电源开关和指示灯，确保插上线缆之前开关处于关闭状态。

所述的数据采集卡2通过信号调理板3与控制面板4连接。所述的伺服电机10通过联轴器7与编码里程计驱动支架6连接。所述的编码里程计通过编码里程计固定底座9安装在箱体上，所述的编码里程计与编码里程计固定底座9之间设有更换托盘8。针对使用场地的复杂，该检测装置被设计为放置于带轮抗震拉杆箱内部，当检测装置出现故障需要维修时，可通过两边的把手将其抽出进行维修。

如图5所示，基于伺服控制技术的编码里程计检测的方法，该方法通过运动控制模块控制伺服电机同时进行实时反馈回的运动状态信息计算出理论上的脉冲信号图，通过偏移处理后与实际采集到的脉冲信号进行对比，最后在显示界面上显示出测量的结果。

所述的检测过程工作流程如下：

1)根据编码里程计的设备型号信息(该信息将提供在编码里程计的铭牌上)，输入初始化的配置文件，包括安装的光敏元件数量，编码盘的夹缝数量，光敏传感器型号。

2)选择手动模式或软件模式进行操作，若选择手动模式，通过旋转控速旋钮实现不同的转速；若选择软件模式，则在软件界面上，设定转速后，点击启动按钮。

3)在界面上根据编码里程计的型号对是否有C5通道进行勾选，之后点击开始测试。

4)采集各通道内的数据，并对各组数据进行波形显示。

5)计算统计出各通道的占空比统计，电压统计，并以直方图的形式显示出来。

6)计算统计出各通道的高\低电压(V)，相位(°)，占空比(％)，频率(Hz)，最大脉宽(ms)，最小脉宽(ms)，脉冲计数。

7)针对测试结果不达标的数据进行高亮度显示。

8)结束测试并保存测试结果于指定的位置。

具体实施例：

基于伺服控制技术的编码里程计检测过程，该过程包括以下步骤：

步骤1，修改程序的配置文件，对被检测设备进行初始化，编码盘的夹缝数量W，安装的光敏元件数量S，光敏传感器型号(Red红、Black黑、Blue蓝)；

步骤2，选择手动或者软件模式，本文以软件模式为例。切换开关选择软件模式后，设定转速为1000转/分，点击开始测试。

步骤3，显示出具体波形图，同时显示出占空比和电压的直方图，各个通道的高\低电压，相位，最大脉宽，最小脉宽，脉冲统计等多种数据。

步骤4，采集实际编码里程计波形图，检测单个光敏传感器信息，包括其幅值、上升下降时间、脉冲占空比，如表1所示。

表1

光敏传感器型号	RED红	Black黑	Blue蓝
				输出信号“低”(V)	<0.03	<0.03	<0.03
输出信号“高”(V)	0.9Up	8±0.8	<Up
				上升时间Tr(us)	<5.8	<4.8	<4.8
下降时间Tf(us)	<4.3	<3.8	<3.8
				占空比	±5％	±5％	±5％
脉冲数量(n/s)	N*W±1％	N*W±1％	N*W±1％

其中Up为外部接入电压，上升时间Tr是指电压从10％上升到90％所用时间，下降时间Tf是指电压从90％下降到10％所用时间。并根据所采集到的结果对比最初设定的光敏传感器型号，以此判断是否光敏传感器均为运行良好的状态。若运行状态不良则高亮度显示。

步骤5，以3个光敏传感器为例，分别计算光敏传感器C1、C2、C3的波形图的偏移量，利用最小二乘法计算出当C1与理论值一致时，C1的偏移量的绝对值α；C2与理论值一致时，C2的偏移量的绝对值β，C3与理论值一致时，C3的偏移量的绝对值γ。分别判断出∣α-β∣、∣β-γ∣、∣α-γ∣的值是否小于15°；若小于15°，则说明被检测装置相位差正确，否则被检测装置相位差异常，高亮度显示。

该系统用于上海轨道交通十号线、广州轨道交通六号线等信号项目中，在实际现场维护人员使用过程中，证明了其完全能满足现场需求：快速准确地检测出编码里程计是否存在故障，为列车运行自动控制系统提供了安全的保障。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，包括箱体以及安装在箱体上的检测仪，该检测仪包括控制面板、伺服电机、电机控制器、数据采集卡和编码里程计驱动支架，所述的控制面板分别与电机控制器、数据采集卡连接，所述的数据采集卡与待测编码里程计连接，所述的电机控制器与伺服电机连接，所述的伺服电机通过编码里程计驱动支架带动编码里程计运动；

通过控制面板控制伺服电机同时进行实时反馈回的运动状态信息计算出理论上的脉冲信号图，通过偏移处理后与实际采集到的脉冲信号进行对比，最后在显示界面上显示出测量的结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的箱体为拉杆箱，用于盛装检测仪，且抗震能力强、箱体外壳坚固。

3.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的数据采集卡通过传感器插座与待测编码里程计连接，所述的传感器插座使用时接入编码里程计的插头，并旋紧。

4.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的控制面板上设有：

切换开关：用于切换电机转速控制模式，可选择手动模式或软件模式；

控速旋钮：当电机转速控制模式选择为手动模式时，通过该旋钮来控制电机转速，顺时针旋转为增加转速；

急停开关：检测仪出现运行过程中出现异常时，急停开关切断电源，防止发生事故。

5.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的控制面板上设有：

信号测试口：使用电脑采集信号时，前后两排香蕉座依次序用线缆短接；使用示波器观察信号时，线缆一端插入前排，另一端接示波器探头；

第一USB：电机伺服参数调整接口，用于设置电机伺服参数；

第二USB：信号采集接口。

6.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的箱体上还设有电源插座，该电源插座为220v 50Hz交流电供电插座，带电源开关和指示灯，确保插上线缆之前开关处于关闭状态。

7.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的数据采集卡通过信号调理板与控制面板连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的伺服电机通过联轴器与编码里程计驱动支架连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于伺服控制技术的编码里程计检测装置，其特征在于，所述的编码里程计通过编码里程计固定底座安装在箱体上，所述的编码里程计与编码里程计固定底座之间设有更换托盘。

10.一种基于伺服控制技术的编码里程计检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据编码里程计的设备型号信息，输入初始化的配置文件，包括安装的光敏元件数量、编码盘的夹缝数量和光敏传感器型号；

2)选择手动模式或软件模式进行操作，若选择手动模式，通过旋转控速旋钮实现不同的转速；若选择软件模式，则在软件界面上，设定转速后，点击启动按钮；

3)在界面上根据编码里程计的型号对是否有C5通道进行勾选，之后点击开始测试；

4)采集各通道内的数据，并对各组数据进行波形显示；

5)计算统计出各通道的占空比统计和电压统计，并以直方图的形式显示出来；

6)计算统计出各通道的高\低电压、相位、占空比、频率、最大脉宽、最小脉宽和脉冲计数；

7)针对测试结果不达标的数据进行高亮度显示；

8)结束测试并保存测试结果于指定的位置。

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