CN110487479B - 一种扭矩传感器检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扭矩传感器检测装置及方法，包括传感器检测装置、砝码承载装置；传感器检测装置包括力臂和安装座，力臂位于安装座正面，扭矩传感器固定在安装座的背面，力臂的中心点通过第一连接轴贯穿安装座，连接扭矩传感器的输入端，力臂两端通过绳索各连接一个吊钩；传感器检测装置两侧分别设置一个砝码承载装置，砝码承载装置包括直线运动机构和升降平台，升降平台与直线运动机构输出端连接，升降平台位于吊钩正下方，直线运动机构的运动方向为竖直方向；升降平台上设置有砝码组，砝码组最上层的砝码顶部设置有吊环。提高了传感器检测的准确度，解决了人工加载检测效率低的问题。

Description

一种扭矩传感器检测装置及方法

技术领域

本发明属于传感器检测领域，涉及一种扭矩传感器检测装置及方法。

背景技术

扭矩传感器是自控领域运用非常广泛的检测单元，广泛应用于角度测量、力矩检测等领域。扭矩传感器在生产中会产生一定数量和类型的缺陷，因而需要在生产完成后对传感器的力学特性进行检测。传统检测方法为人工对扭矩传感器加载一定的力及力臂，使之产生对应大小的扭矩，再通过电子仪器对传感器的电流变化进行检测，来判断传感器是否满足设计的质量要求。通过人工反复加、卸载标准砝码的检测过程不仅耗时费力、效率低，而且在操作过程中，不可避免的会因为人为原因引入一定的干扰因素，使得实验值和真实值难以同步，继而检测结果存在较大误差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种扭矩传感器检测装置及方法，提高了传感器检测的准确度，解决了人工加载检测效率低的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种扭矩传感器检测装置，包括传感器检测装置、砝码承载装置；

传感器检测装置包括力臂和安装座，力臂位于安装座正面，扭矩传感器固定在安装座的背面，力臂的中心点通过第一连接轴贯穿安装座，连接扭矩传感器的输入端，力臂两端通过绳索各连接一个吊钩；

传感器检测装置两侧分别设置一个砝码承载装置，砝码承载装置包括直线运动机构和升降平台，升降平台与直线运动机构输出端连接，升降平台位于吊钩正下方，直线运动机构的运动方向为竖直方向；

升降平台上设置有砝码组，砝码组最上层的砝码顶部设置有吊环。

优选的，砝码组包括多个在竖直方向上串联的砝码，相邻砝码之间软连接。

进一步，砝码组中相邻砝码之间软连接的长度为20±1mm。

优选的，力臂两端分别设置有弧线段，两个弧线度的轴线为力臂轴线共线。

优选的，第一连接轴从安装座正面伸入，通过联轴器连接有第二连接轴一端，第二连接轴另一端与扭矩传感器输入端连接。

优选的，第一连接轴未伸入安装座部分，嵌套有轴承，轴承上嵌套有卸荷套筒，卸荷套筒通过螺钉固定在安装座上。

优选的，升降平台上表面安装有定位锥，砝码组的最底层砝码底面设置有限位孔。

优选的，升降平台下方安装有卸荷支架，卸荷支架固定在升降平台下方，卸荷支架顶部设置有缓冲垫。

一种基于上述任意一项所述装置的扭矩传感器检测方法，包括正转和反转两种检测过程；

当进行正转测试时，两个砝码承载装置的升降平台均从最下端位置开始上升，直到砝码组最上层砝码的吊环与传感器检测装置两端的吊钩高度相同，将吊环挂在吊钩上，此时吊钩与吊环无相对力；随后传感器检测装置正转方向一侧的砝码承载装置的升降平台向下运动，砝码组底部悬空，此时检测扭矩传感器正转的测量精度；

当进行反转测试时，两个砝码承载装置的升降平台均从最下端位置开始上升，直到砝码组最上层砝码的吊环与传感器检测装置两端的吊钩高度相同，将吊环挂在吊钩上，此时吊钩与吊环无相对力；随后传感器检测装置反转方向一侧的砝码承载装置的升降平台向下运动，砝码组底部悬空，此时检测扭矩传感器反转的测量精度。

优选的，进行正转测试或反转测试时，砝码组会随着升降平台的下降而下降，吊环与吊钩接触，首先第一层砝码被吊钩提起，最上层砝码与第二层砝码之间产生间隙，而第二层砝码与第三层砝码接触，此时完成第一层砝码的加载；当升降平台继续带着砝码组下降，第二层砝码被第一层砝码上的螺栓提起，第二层砝码与第三层砝码产生间隙，且第三层砝码与第四层砝码之间接触，此时完成第一级和第二级砝码的加载；直到砝码组最底层砝码底部悬空。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了扭矩传感器检测装置，通过使用力臂连接扭矩传感器，在力臂两端设置砝码承载装置，通过在砝码承载装置上的直线运动机构控制升降平台的升降，从而控制砝码组的升降，进而使砝码组对力臂进行施力，进行扭矩传感器检测，可以在扭矩传感器一侧加载检测完成后，直接进行反向的加载检测。此过程中不需要人为的对传感器及检测设备进行干预，这样不仅可以提高检测效率及设备自动化程度，而且能够防止人为的影响对设备检测结果引入误差。

进一步，力臂两端为弧线段，能够保证在加载过程中，如果力臂在一定范围内发生偏转，砝码所产生的力永远竖直向下，即力的方向与力臂所构成的圆相切；而且力臂的长度也不会因力臂的角度转动而产生变化，即力矩不变，永远是构成力臂的圆的半径长，确保所产生的力矩恒定不变。

进一步，传感器检测装置中，力矩通过第一连接轴及联轴器传递给第二连接轴，再由第二连接轴将扭矩传递给传感器；此传递过程中，联轴器可以抵消第一连接轴与第二连接轴在X、Y、Z三个方向的位置误差，该误差由加工及装配引入，确保传感器、第一连接轴和第二连接轴的轴线趋于统一，提高检测的结果的稳定性和精度。

进一步，通过在第一连接轴未伸入安装座部分，嵌套有轴承和卸荷套筒，将砝码组及力臂的重力对轴产生的弯矩通过轴承转移到卸荷套筒上，这样可以保证在检测过程中，中心轴只受扭矩而不受弯矩，可以提高检测准确度。

进一步，砝码组最底层一个砝码的底面设置有限位孔，升降平台上安装有导向锥。这样可以使砝码组在升降平台上有个中心定位，防止多次加载卸载后，砝码组与升降平台表面产生相对中心的偏移。

进一步，升降平台底端设置卸荷支架。当检测完成后，砝码组与升降平台落于卸荷支架上，可以卸掉一部分重力，防止电机长时间处于抱闸负载状态下，加速电机的损坏。

进一步，每个砝码最大间距为在20±1mm，因而加载易于控制，且加载后状态稳定，不会出现加载不完全的情况，保证了每次加载力矩的稳定。

本发明还公开了扭矩传感器检测方法，通过使升降平台上升，使力臂在检测前始终保持不受力状态，从而实现装置的自动检测，并且在正反转检测切换过程中，不会相互影响，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的传感器检测装置的结构示意图；

图3为本发明的传感器检测装置的剖面图；

图4为本发明的力臂工作区间示意图；

图5为本发明的砝码承载装置的结构示意图；

图6为本发明的砝码组的剖面图。

其中：1.砝码承载装置，2.报警灯，3.传感器检测装置，4.砝码组，5.工作台，6.扭矩传感器，7.安装座，8.第一连接轴，9.联轴器，10.防护罩，11.卸荷套筒，12.力臂，13.轴承，14.第二连接轴，15.钢丝绳，16.吊钩，17.电机，18.滚珠丝杠，19.直线导轨副，20.焊接机架，21.卸荷支架，22.定位锥，23.升降平台，24.吊环，25.螺栓，26.砝码，27.锥形孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的扭矩传感器检测装置，包括砝码承载装置1、传感器检测装置3、砝码组4和工作台5。

传感器检测装置3如图2和图3所示，传感器检测装置3包括安装座7、力臂12、钢丝绳15和吊钩16；力臂12的中心部位，通过第一连接轴8伸入至安装座7内部，力臂12两端分别通过钢丝绳15连接一个吊钩16，吊钩16用来吊起砝码组4。工作台5位于传感器检测装置3底部，提高传感器检测装置3的高度。

第一连接轴8伸入至安装座7内部后，通过联轴器9与第二连接轴14一端连接，第二连接轴14另一端与扭矩传感器6输入端连接；第一连接轴8未伸入安装座7部分，嵌套有轴承13，轴承13上嵌套有卸荷套筒11，卸荷套筒11通过螺钉固定在安装座7上；安装座7顶部设置有防护罩10。

力臂12两端，向力臂12的两侧延伸为弧线段，两个弧线度的圆心为力臂12中心点，当吊钩16吊起砝码组4产生拉力时，力可以通过钢丝绳15传递给力臂12，并和力臂12共同作用产生扭矩，施加第一连接轴8上，第一连接轴8通过联轴器9将扭矩传递给第二连接轴14上，继而加载给扭矩传感器6上。

砝码组4与力臂12给第一连接轴8共同作用产生扭矩的同时，必然对第一连接轴8引入了弯矩，如果扭矩和弯矩同时作用在第一连接轴8上，则通过联轴器9的传递，扭矩传感器6必将受到扭矩与弯矩的复合作用，此时将会引入误差，使检测结果不准确。因而在第一连接轴8外设计了一个卸荷套筒11，第一连接轴8上的弯矩可以通过轴承13传递给卸荷套筒11，卸荷套筒11与安装座7用螺栓25连接，最终可以把施加在第一连接轴8上的弯矩传递到安装座7上，而保证第一连接轴8末端的传感器安装位置只有扭矩而没有弯矩，使检测数据可靠。

图4为力臂12工作范围示意图。图中，O为力臂12圆心，A点为钢丝绳15与力臂12分离点，B为力臂12最上端点，B`为力臂12最下端点，C为力的方向与过圆心O水平面交点。当A点在力臂12圆周上BB`的圆弧内时，力的大小竖直向下，力矩始终为线段OA，即力臂12半径，故产生的扭矩不变；当A在BB`圆弧外时，力的方向竖直向下，但力矩回变小，即图4中线段OC，故产生的扭矩会变小；当A点在B、B`上时，机构处于临界状态，此时状态不稳定，在使用时应尽量避免此种状态发生。

砝码承载装置1数量为两个，分别设置在传感器检测装置3两侧，如图5所示，砝码承载装置1包括电机17、滚珠丝杠18、直线导轨副19、焊接机架20、卸荷支架21和升降平台23，焊接机架20为包括底部的底板和竖直设置的竖板，焊接机架20上安装有滚珠丝杠18、直线导轨副19和电机17，电机17设置在竖板顶部，两个直线导轨副19设置在竖板两侧，滚珠丝杠18设置在竖板中间，直线导轨副19和滚珠丝杠18均竖直设置，电机17输出端与滚珠丝杠18连接；滚珠丝杠18、直线导轨副19和电机17组成电动滚珠丝杠18装置，升降平台23与两个直线导轨副19滑动连接，升降平台23水平设置，升降平台23位于吊钩16的正下方；电机17驱动滚珠丝杠18带动升降平台23在直线导轨副19上进行竖直方向的运动，来实现对砝码组4的加载与卸载的过程。升降平台23下方安装有卸荷支架21，卸荷支架21顶部设置有缓冲垫，在设备不工作时，升降平台23可以落在卸荷支架21上，来卸掉电机17一部分抱闸力，延长电机17的使用寿命。升降平台23上表面中心安装有定位锥22，定位锥22配合砝码组4下表面的锥形孔27来完成对砝码组4的中心定位，防止在多次加载卸载后升降平台23与砝码组4发生不同心的情况。

每个升降平台23上都设置有一组砝码组4，砝码组4如图6所示。砝码组4由若干个砝码26在竖直方向上串联组成，相邻砝码26之间用螺栓25连接起来，砝码26两侧设置有两个孔，一个为台阶孔，一个为螺纹孔，螺栓25头的直径小于台阶孔大孔直径，螺栓25头的直径大于台阶孔小孔直径，每个砝码26的台阶孔对应相邻砝码26的螺纹孔，螺栓25长大等于两个砝码26的厚度，相邻两个砝码26顶底接触时，螺栓25头从台阶孔顶部伸出，当螺栓25头与台阶孔的台阶面接触时，两个砝码26的间距为20±1mm。

吊环24安装于最上一层砝码26上，吊环24与吊钩16连接，最底层砝码26底面中心设计有锥形孔27，用来配合升降平台23上的定位锥22来对砝码组4做中心定位。图6所示为加载时，吊环24吊起第一级砝码26并通过螺栓25拉起第二级砝码26，而第三级砝码26并未被螺栓25拉起，此状态为加载两级砝码26的示意图。

正转测试时，砝码承载装置1的升降平台23从最下端位置，上升到一定高度，升降平台23的最下端位置为底部接触卸荷支架21状态，使安放于升降平台23上的砝码组4最上层砝码26的吊环24挂在传感器检测装置3两端的吊钩16上，此时吊钩16与吊环24无相对力，左右两侧砝码组4均处于卸载状态，即所有砝码26顶底接触。当传感器检测装置3正转方向一侧的砝码承载装置1的升降平台23向下运动时，砝码组4会随着升降平台23的下降而下降，砝码组4的吊环24与传感器检测装置3的吊钩16相接触，且第一层砝码26被吊钩16提起，使最上层砝码26与第二层砝码26之间产生间隙，而第二层砝码26与第三层砝码26紧密接触，没有间隙，此时完成第一层砝码26的加载。同理，当升降平台23继续带着砝码组4下降，第二层砝码26被第一层砝码26上的螺栓25提起，第二层砝码26与第三层砝码26产生间隙，且第三层砝码26与第四层砝码26之间紧密接触，没有间隙，此时完成第一级和第二级砝码26的加载。以此类推，可以实现根据被检测扭矩传感器6的规格型号，自主选择所需加载的砝码组4合与数量。

反转检测时，正转侧升降平台23上升，直到吊环24仅受钢丝绳15的拉力，砝码组4坐实在升降平台23上，该侧砝码组4处于卸载状态。然后驱动反转侧的升降平台23运动，对扭矩传感器6进行反转加载检测，检测过程如正转检测过程相同。

当扭矩传感器6正转和反转检测完成后，整个检测过程完成。传感器检测装置3两侧的砝码承载装置1上的升降平台23下降，带动砝码组4坐实在砝码承载装置1底端的卸荷支架21上，整个检测设备的工作完成。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，包括传感器检测装置（3）、砝码承载装置（1）；

传感器检测装置（3）包括力臂（12）和安装座（7），力臂（12）位于安装座（7）正面，扭矩传感器（6）固定在安装座（7）的背面，力臂（12）的中心点通过第一连接轴（8）贯穿安装座（7），连接扭矩传感器（6）的输入端，力臂（12）两端通过绳索各连接一个吊钩（16）；

传感器检测装置（3）两侧分别设置一个砝码承载装置（1），砝码承载装置（1）包括直线运动机构和升降平台（23），升降平台（23）与直线运动机构输出端连接，升降平台（23）位于吊钩（16）正下方，直线运动机构的运动方向为竖直方向；

升降平台（23）上设置有砝码组（4），砝码组（4）最上层的砝码（26）顶部设置有吊环（24）；

第一连接轴（8）从安装座（7）正面伸入，通过联轴器（9）连接有第二连接轴（14）一端，第二连接轴（14）另一端与扭矩传感器（6）输入端连接；

第一连接轴（8）未伸入安装座（7）部分，嵌套有轴承（13），轴承（13）上嵌套有卸荷套筒（11），卸荷套筒（11）通过螺钉固定在安装座（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，砝码组（4）包括多个在竖直方向上串联的砝码（26），相邻砝码（26）之间软连接。

3.根据权利要求2所述的一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，砝码组（4）中相邻砝码（26）之间软连接的长度为20±1mm。

4.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，力臂（12）两端分别设置有弧线段，两个弧线段的轴线与力臂（12）轴线共线。

5.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，升降平台（23）上表面安装有定位锥（22），砝码组（4）的最底层砝码（26）底面设置有限位孔。

6.根据权利要求1所述的一种扭矩传感器检测装置，其特征在于，升降平台（23）下方安装有卸荷支架（21），卸荷支架（21）固定在升降平台（23）下方，卸荷支架（21）顶部设置有缓冲垫。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述装置的扭矩传感器检测方法，其特征在于，包括正转和反转两种检测过程；

当进行正转测试时，两个砝码承载装置（1）的升降平台（23）均从最下端位置开始上升，直到砝码组（4）最上层砝码（26）的吊环（24）与传感器检测装置（3）两端的吊钩（16）高度相同，将吊环（24）挂在吊钩（16）上，此时吊钩（16）与吊环（24）无相对力；随后传感器检测装置（3）正转方向一侧的砝码承载装置（1）的升降平台（23）向下运动，砝码组（4）底部悬空，此时检测扭矩传感器（6）正转的测量精度；

当进行反转测试时，两个砝码承载装置（1）的升降平台（23）均从最下端位置开始上升，直到砝码组（4）最上层砝码（26）的吊环（24）与传感器检测装置（3）两端的吊钩（16）高度相同，将吊环（24）挂在吊钩（16）上，此时吊钩（16）与吊环（24）无相对力；随后传感器检测装置（3）反转方向一侧的砝码承载装置（1）的升降平台（23）向下运动，砝码组（4）底部悬空，此时检测扭矩传感器（6）反转的测量精度。

8.根据权利要求7所述的一种扭矩传感器检测方法，其特征在于，进行正转测试或反转测试时，砝码组（4）会随着升降平台（23）的下降而下降，吊环（24）与吊钩（16）接触，最上层砝码（26）为第一层砝码（26），首先第一层砝码（26）被吊钩（16）提起，最上层砝码（26）与第二层砝码（26）之间产生间隙，而第二层砝码（26）与第三层砝码（26）接触，此时完成第一层砝码（26）的加载；当升降平台（23）继续带着砝码组（4）下降，第二层砝码（26）被第一层砝码（26）上的螺栓（25）提起，第二层砝码（26）与第三层砝码（26）产生间隙，且第三层砝码（26）与第四层砝码（26）之间接触，此时完成第一层和第二层砝码（26）的加载；直到砝码组（4）最底层砝码（26）底部悬空。

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