CN110398216B - 一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法，包括：测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆和扭力杆固定组件；测试仪与伺服机构相连，用于向伺服机构发送偏转控制信号；指针组件包括可随伺服机构转动的指针和固定的表盘，用于显示伺服机构的偏转角度；视觉识别组件包括摄像头，摄像头与测试仪相连；用于采集伺服机构的偏转角度图像，将偏转角度图像发送至测试仪中，解算得到偏转角度值；力矩传感器组件包括力矩传感器，扭力杆一端通过扭力杆固定组件固定，另一端通过力矩传感器与伺服机构的输出轴相连。本发明可进行伺服机构的加载测试。可多次重复使用，试验成本低，试验过程安全可控。

Description

一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法

技术领域

本发明属于航空试验与测试技术领域，涉及一种伺服机构测试装置，具体涉及一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法。

背景技术

伺服机构在生产研制过程中为充分模拟其工作过程中的受力状态保证产品质量可靠性，需要进行大量测试、试验；其中最为重要的试验就是伺服机构的负载测试。

目前常用的测试方法是通过工装将伺服机构与小力矩弹性扭力杆进行连接，通过测试仪施加一定的控制信号从而控制舵机的转动，通过人工读取伺服机构的偏转角度来判断其性能。而这种方法因为依赖于人工读数，存在误读风险，精度不高。而且，测试人员需要靠近扭力杆，存在较高的安全风险。同时，这种方法通常需要两名以上操作人员同时参与测试，效率不高。

根据查阅相关文献，现有文件及专利中未查询到伺服机构偏转角度自动识别测试的相关资料和方法；现有专利201610771926.X公开了电动伺服机构负载模拟系统及其模拟方法，其通过角度传感器检测信号获得不同负载情况下的转动速度和位置是否满足测试要求，也未涉及到使用视觉识别的方式实现角度的自动识别。

现有技术存在以下不足：

1、采用人工读取扭力杆偏转角度的伺服机构负载测试工装和方法存在误读风险高，人工测试安全风险大和测试效率低的问题；

2、公开能查询到的资料只涉及到偏转角度自动识别，未涉及到使用视觉识别的方式实现角度的自动识别。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种可通过视觉识别替代人工读数的伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法，试验成本低、安全可控、测试效率高。

本发明提供一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置，包括：测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆和扭力杆固定组件；

所述测试仪与伺服机构相连，用于向所述伺服机构发送偏转控制信号；

所述指针组件包括可随所述伺服机构转动的指针和固定的表盘，用于显示所述伺服机构的偏转角度；

所述视觉识别组件包括摄像头，所述摄像头与所述测试仪相连；用于采集所述伺服机构的偏转角度图像，将所述偏转角度图像发送至所述测试仪中，解算得到偏转角度值；

所述力矩传感器组件包括力矩传感器，所述扭力杆一端通过所述扭力杆固定组件固定，另一端通过所述力矩传感器与所述伺服机构的输出轴相连。

作为本发明的进一步改进，还包括：负载台底座；

所述测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆和扭力杆固定组件安装在所述负载台底座上。

作为本发明的进一步改进，还包括：支撑组件；

所述支撑组件包括支撑组件支架，所述支撑组件支架上安装有轴承和轴承盖；

所述支撑组件位于所述力矩传感器的两侧，用于支撑所述力矩传感器两侧的连接部位。

作为本发明的进一步改进，所述负载台底座上设有滑轨，所述指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、支撑组件和扭力杆固定组件上均相对应所述滑轨设有滑槽；

所述滑轨上依次安装有指针组件、支撑组件、力矩传感器组件、支撑组件、视觉识别组件和扭力杆固定组件。

作为本发明的进一步改进，所述指针组件还包括指针组件支架和转接轴；

所述指针组件支架上设有轴承孔，所述转接轴上设有轴承并安装在所述轴承孔内，所述转接轴的两端连接所述力矩传感器和所述伺服电机的输出轴；

所述表盘和伺服机构安装在所述指针组件支架上，所述指针安装在所述转接轴上。

作为本发明的进一步改进，所述表盘上设有一边界为黑色的方框、其余边界为红色，所述表盘的零刻线附近涂为绿色、其余刻度均涂为黑色。

作为本发明的进一步改进，力矩传感器组件还包括力矩传感器支座，所述力矩传感器安装在所述力矩传感器支座上；

所述该力矩传感器用于采集负载测试过程中所述扭力杆的旋转力矩，且支持人工读数或计算机数据自动采入。

作为本发明的进一步改进，所述视觉识别组件还包括识别组件支架和第一压板；

所述摄像头通过所述第一压板安装在所述识别组件支架上，所述识别组件支架上设有供所述扭力杆穿过的避让孔。

作为本发明的进一步改进，所述扭力杆固定组件包括固定组件支架和第二压板；

所述固定组件支架上设有用于卡接所述扭力杆的卡槽，所述第二压板将所述扭力杆压紧固定在所述固定组件支架上。

本发明还提供一种伺服机构偏转角度自动识别测试方法，包括：

测试仪向伺服机构发送偏转控制信号，伺服机构发生偏转；

伺服机构的输出轴带动指针及扭力杆发生转动；

当指针的角度稳定后，摄像头采集指针及表盘的偏转角度图像；

测试仪接收所述偏转角度图像，并解算得到偏转角度值；

力矩传感器采集扭力杆的旋转力矩。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明可进行伺服机构的加载测试，可多次重复使用，试验成本低，试验过程安全可控；

2、本发明通过将扭力杆与伺服机构进行连接固定，从而模拟伺服机构真实工况；并可根据测试需要选择不同规格的扭力杆或调整扭力杆的固定位置，从而实现模拟多种不同工况，能够充分满足目前伺服机构的测试要求；

3、本发明采用摄像头对偏转角度进行采集，发送至测试仪进行解算；能够在无人工参与的情况下，自动获得伺服机构的实时偏转角度；与传统测试相比，本发明测试准确，可避免人员伤亡等安全问题发生；

4、本发明通过视觉识别的方式进行角度判读，避免了接触式测量经常发生的设备损耗；对测量设备不会造成任何机械或电子损伤，能够重复使用，设备寿命和可靠性高。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的伺服机构偏转角度自动识别测试装置的结构示意图；

图2为图1中指针组件的结构示意图；

图3为图1中支撑组件的结构示意图；

图4为图1中视觉识别组件的结构示意图；

图5为图1中扭力杆固定组件的结构示意图。

图中：

10、负载台底座；11、滑轨；20、测试仪；30、指针组件；31、指针组件支架；32、表盘；33、指针；34、转接轴；40、支撑组件；41、支撑组件支架；42、轴承；43、轴承盖；50、力矩传感器组件；51、力矩传感器；52、力矩传感器支座；60、视觉识别组件；61、识别组件支架；62、摄像头；63、第一压板；70、扭力杆；80、扭力杆固定组件；81、固定组件支架；82、第二压板；83、卡槽；90、伺服机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置及方法：

测试装置包括：测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆和扭力杆固定组件；测试仪与伺服机构相连，用于向伺服机构发送偏转控制信号；指针组件包括可随伺服机构转动的指针和固定的表盘，用于显示伺服机构的偏转角度；视觉识别组件包括摄像头，摄像头与测试仪相连；用于采集伺服机构的偏转角度图像，将偏转角度图像发送至测试仪中，解算得到偏转角度值；力矩传感器组件包括力矩传感器，扭力杆一端通过扭力杆固定组件固定，另一端通过力矩传感器与伺服机构的输出轴相连；

测试方法包括：测试仪向伺服机构发送偏转控制信号，伺服机构发生偏转；伺服机构的输出轴带动指针及扭力杆发生转动；当指针的角度稳定后，摄像头采集指针及表盘的偏转角度图像；测试仪接收偏转角度图像，并解算得到偏转角度值；力矩传感器采集扭力杆的旋转力矩。

本发明可进行伺服机构的加载测试。可多次重复使用，试验成本低，试验过程安全可控。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置，包括：负载台底座10、测试仪20、指针组件30、支撑组件40、力矩传感器组件50、视觉识别组件60、扭力杆70和扭力杆固定组件80；通过上述组件实现伺服机构90偏转角度的自动识别；其中：

如图1所示，本发明的负载台底座10作为测试仪20、指针组件30、支撑组件40、力矩传感器组件50、视觉识别组件60、扭力杆70和扭力杆固定组件80的支撑结构；由于对不同的伺服电机进行测试时，其需调整指针组件30、支撑组件40、力矩传感器组件50、视觉识别组件60、扭力杆70和扭力杆固定组件80等位置；为此，本发明在负载台底座10上设有一个或多个滑轨11，指针组件30、支撑组件40、力矩传感器组件50、视觉识别组件60和扭力杆固定组件80通过各自支架底部的滑槽而滑设在负载台底座10的滑轨11上，当各组件之间的位置调整合适后，通过螺栓组件将各组件安装在负载台底座10上；其中，螺栓组件包括螺栓、弹簧垫片、垫片和螺母。

如图1所示，本发明的测试仪20分别与伺服机构90和视觉识别组件60的摄像头62相连，测试仪20向伺服机构90发送偏转控制信号，其中的硬件、软件根据被测伺服机构不同有所差别；测试仪20还对摄像头采集的偏转角度图像进行数据解算，获取实时的角度偏转值，供测试人员检验。

如图1、2所示，本发明的指针组件30包括可随伺服机构转动的指针和固定的表盘，用于显示伺服机构的偏转角度。具体的，本发明的指针组件30包括指针组件支架31、表盘32、指针33和转接轴34；指针组件支架31底部设有滑槽和螺栓安装孔，表盘32通过定位销以及表盘固定螺钉安装在指针组件支架31的一侧；指针组件支架31上设有轴承孔，转接轴34上设有轴承并安装在轴承孔内，使转接轴34可在指针组件支架31上转动；转接轴34的两端连接力矩传感器51和伺服电机90的输出轴，伺服电机90通过螺钉和定位销安装在指针组件支架31的另一侧；指针33通过指针固定螺钉安装在转接轴34上，使指针33可随伺服机构输出轴的转动而转动；表盘及指针用于表示在测试过程中伺服机构的偏转情况。

如图1、3所示，本发明支撑组件40的设有两个，分别设置在力矩传感器51的两侧，用于支撑力矩传感器两侧的连接部位。本发明的支撑组件40包括支撑组件支架41、轴承42和轴承盖43，支撑组件支架41底部设有滑槽和螺栓安装孔，支撑组件支架41的中部安装有轴承42，并通过螺钉及轴承盖43将轴承42压紧固定；该支撑组件作为一个支撑装置，主要用于对力矩传感器51和扭力杆70等进行支持。

如图1所示，本发明的力矩传感器组件50包括力矩传感器51及力矩传感器支座52，本发明力矩传感器51的两端连接伺服机构输出轴和扭力杆70，力矩传感器51安装在力矩传感器支座52上，用于测试过程中采集负载测试过程中扭力杆的旋转力矩，该力矩传感器支持人工读数或计算机数据自动采入；力矩传感器支座52底部设有滑槽和螺栓安装孔，力矩传感器支座52将力矩传感器51抬高，使其与扭力杆70与伺服机构输出轴保持水平高度一致。

如图1、4所示，本发明的视觉识别组件60包括识别组件支架61、高分辨率摄像头62和第一压板63，识别组件支架61底部设有滑槽和螺栓安装孔、中部设有供扭力杆70穿过的避让孔。本发明的摄像头62可采用市场上普遍使用的高分辨率摄像头，通过固定螺钉及安装压板63固定在识别组件支架61上，摄像,62正对指针组件的表盘32和指针33，通过摄像头采集表盘上的实时偏转图像，将该数据传入测试仪20中，由测试仪对偏转角度进行解算。

如图1所示，本发明的扭力杆70，根据测试项目的不同所使用的尺寸也不尽相同。主要作为弹性负载，给伺服机构施加一个测试负载，以模拟伺服机构的真实工况，从而验证产品功能，保证产品可靠性。

如图1、5所示，本发明的扭力杆固定组件80包括固定组件支架81和第二压板82，固定组件支架81底部设有滑槽和螺栓安装孔，固定组件支架81上设有用于卡接扭力杆70的卡槽83，第二压板82将扭力杆70压紧固定在固定组件支架81上；本发明的扭力杆固定组件80用于将扭力杆70一端固定，防止在测试过程中扭力杆发生窜动，保证扭力杆的稳定。

本发明提供一种伺服机构偏转角度自动识别测试方法，包括：

测试前，调整测试仪20、指针组件30、支撑组件40、力矩传感器组件50、视觉识别组件60、扭力杆70和扭力杆固定组件80的位置，并完成装配；

测试时，测试仪向伺服机构发送偏转控制信号，伺服机构发生偏转；伺服机构的输出轴通过指针组件转接轴带动指针及扭力杆发生转动。扭力杆为伺服机构提供一定的弹性负载。力矩传感器能够直接采集到这个弹性负载的力矩值。当扭力杆组件位置发生移动或者更换扭力杆时，这个力矩值可以按照需求进行变化；当指针的角度稳定后，摄像头采集指针及表盘的偏转角度图像；测试仪接收偏转角度图像，并解算得到偏转角度值。

进一步，为提升采集精度，本发明在盘上设有一边界为黑色的方框、其余边界为红色，表盘的零刻线附近涂为绿色、其余刻度均涂为黑色；通过测试仪对图像进行解算，从而获得实时的角度值。

本发明的优点为：

1、本发明通过将扭力杆与伺服机构进行连接固定，从而模拟伺服机构真实工况；并可根据测试需要选择不同规格的扭力杆或调整扭力杆的固定位置，从而实现模拟多种不同工况，能够充分满足目前伺服机构的测试要求；

2、本发明采用摄像头对偏转角度进行采集，发送至测试仪进行解算；能够在无人工参与的情况下，自动获得伺服机构的实时偏转角度；与传统测试相比，本发明测试准确，可避免人员伤亡等安全问题发生；

3、本发明通过视觉识别的方式进行角度判读，避免了接触式测量经常发生的设备损耗；对测量设备不会造成任何机械或电子损伤，能够重复使用，设备寿命和可靠性高。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种伺服机构偏转角度自动识别测试装置，其特征在于，包括：负载台底座、测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆和扭力杆固定组件；

所述测试仪与伺服机构相连，用于向所述伺服机构发送偏转控制信号；

所述指针组件包括可随所述伺服机构转动的指针和固定的表盘，用于显示所述伺服机构的偏转角度；

所述视觉识别组件包括摄像头，所述摄像头与所述测试仪相连；用于采集所述伺服机构的偏转角度图像，将所述偏转角度图像发送至所述测试仪中，解算得到偏转角度值；

所述力矩传感器组件包括力矩传感器，所述扭力杆一端通过所述扭力杆固定组件固定，另一端通过所述力矩传感器与所述伺服机构的输出轴相连；

所述测试仪固定在所述负载台底座上，所述测试仪、指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、扭力杆固定组件滑设在所述负载台底座上；

还包括：支撑组件；

所述支撑组件包括支撑组件支架，所述支撑组件支架上安装有轴承和轴承盖；

所述支撑组件位于所述力矩传感器的两侧，用于支撑所述力矩传感器两侧的连接部位；

所述负载台底座上设有滑轨，所述指针组件、力矩传感器组件、视觉识别组件、支撑组件和扭力杆固定组件上均相对应所述滑轨设有滑槽；

所述滑轨上依次安装有指针组件、支撑组件、力矩传感器组件、支撑组件、视觉识别组件和扭力杆固定组件；

所述滑轨上依次安装有指针组件、支撑组件、力矩传感器组件、支撑组件、视觉识别组件和扭力杆固定组件；

所述指针组件还包括指针组件支架和转接轴；

所述指针组件支架上设有轴承孔，所述转接轴上设有轴承并安装在所述轴承孔内，所述转接轴的两端连接所述力矩传感器和所述伺服电机的输出轴；

所述表盘和伺服机构安装在所述指针组件支架上，所述指针安装在所述转接轴上；

所述视觉识别组件还包括识别组件支架和第一压板；

所述摄像头通过所述第一压板安装在所述识别组件支架上，所述识别组件支架上设有供所述扭力杆穿过的避让孔。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述表盘上设有一边界为黑色的方框、其余边界为红色，所述表盘的零刻线附近涂为绿色、其余刻度均涂为黑色。

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，力矩传感器组件还包括力矩传感器支座，所述力矩传感器安装在所述力矩传感器支座上；

所述力矩传感器用于采集负载测试过程中所述扭力杆的旋转力矩，且支持人工读数或计算机数据自动采入。

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述扭力杆固定组件包括固定组件支架和第二压板；

所述固定组件支架上设有用于卡接所述扭力杆的卡槽，所述第二压板将所述扭力杆压紧固定在所述固定组件支架上。

Images