CN110631539A - 一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，涉及偏心轴位置校准装置技术领域，包括底座、安装于底座上的偏心轴、安装于偏心轴一端的电机、固定于偏心轴上的测试头、与测试头连接并固定于所述底座上的测力传感器、套于测力传感器上并位于测试头与测力传感器之间的弹簧、安装于所述电机内的编码器、以及与测力传感器和编码器通信连接的控制板；所述测力传感器将测试到的由偏心轴的偏移量转换而来的弹簧力数据发送给控制板进行处理，编码器读取偏心轴的角度位置，并将角度位置信息发送给控制板。本发明可自动测定偏心轴的偏心位置，并校准偏心轴到需要的角度位置；可根据需要自动完成偏心轴角度位置的自检及时发现错误。
Description
技术领域
本发明涉及一种偏心轴位置校准装置，尤其涉及一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，属于技术领域。
背景技术
在一些含有偏心轴的高精密运动部件中，需要准确地定位偏心轴的角度位置。但因加工、安装误差或者长时间的运动导致位置产生微小偏移等原因，偏心轴经常需要进行角度位置校准。现有的很多偏心轴系统每次检测或校准时，需要安装和拆卸相关的检测工具，或者到专用的检测平台检测，不能实现自动检测和校准，也不能实现角度位置的自检，检测和校准过程比较复杂，耗费大量的人力物力。
基于此，做出本申请。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，包括底座、安装于底座上的偏心轴、以及安装于偏心轴一端的电机，还包括固定于偏心轴上的测试头、与测试头连接并固定于所述底座上的测力传感器、套于测力传感器上并位于测试头与测力传感器之间的弹簧、安装于所述电机内的编码器、以及与测力传感器和编码器通信连接的控制板；所述测力传感器将测试到的由偏心轴的偏移量转换而来的弹簧力数据发送给控制板进行处理，与此同时，编码器读取偏心轴的角度位置，并将角度位置信息发送给控制板。
作为优选，所述角度位置自检的具体步骤为：通过将原校准偏心轴极限偏心位置处测力传感器获得的受力最大值/最小值作为校准值与当前偏心轴的极限偏心位置处测力传感器获得的受力最大值/最小值进行比较，判断当前偏心轴相对编码器的角度位置是否有变动，实现角度位置自检。
作为优选，所述角度位置的自检具体步骤为：通过将原校准编码器零位和偏心轴偏心位的相对角度偏差与当前编码器零位和偏心轴偏心位的相对角度偏差进行比较，判断当前偏心轴相对编码器的角度位置是否有变动，实现角度位置自检；
作为优选，所述自动校准包括粗调和精调，粗调的具体步骤为：通过比较后获得校准值，控制板驱动电机旋转，实时记录运动一周过程中的测力传感器的力矩值以及对应的角度值，并存储在内存中，运动完成后，在对应的内存中找出力矩最大值所对应的角度值；力矩最大值所对应的角度唯一，因此可以将最大值设置为旋转零位。
精调的具体步骤为：粗调过程中找到的角度值附近±1°以更慢的速度找到力矩最大值对应的角度值，提高力矩检测精度。
作为优选，所述测试头采用平面测试头。
本发明的工作原理：本发明将测力传感器固定到偏心轴机构上，用电机带动偏心轴旋转，将偏心轴相对位置的变化转换为测力传感器的受力变化，再通过电子电路处理相关的受力变化信号，当所接收到的受力最大或者最小时，则当前偏心轴处于极限偏心位置处，此时读取编码器当前的角度位置，即可计算出编码器零位和偏心轴偏心位的相对角度偏差，从而可以通过电机控制来校准偏心轴到需要的角度位置。
同时，在日常使用时，通过电机将偏心轴旋转到原先校准的极限偏心位置处，读取此时测力传感器的受力值，再与偏心轴旋转一整圈时，测力传感器接收到的受力最大或最小值比较(或者按上文所述方式计算编码器与偏心轴偏心位的相对角度偏差，将此偏差值与之前记录的偏差值比较)，以此来判断当前偏心轴相对编码器的角度位置是否有变动。如有变动，则需要进行校准，如无变动，则可继续正常使用。
本发明可实现自动测定并校准偏心轴的角度位置，也可以自动完成角度位置的自检，在出错时能及时校准，另外，该方案可直接集成到系统中，避免反复拆卸造成的人力物力浪费。
本发明能实现如下技术效果：
（1）本发明可自动测定偏心轴的偏心位置，并校准偏心轴到需要的角度位置。
（2）本发明可根据需要自动完成偏心轴角度位置的自检，及时发现错误。
（3）本发明结构简单，占用空间小，可直接集成在偏心轴系统中，每次检测或校准不需要重复拆装相关工装。
附图说明
图1为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的整体结构示意图；
图2为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统测力传感器测试偏心轴的结构示意图；
图3为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的整体模块框图；
图4为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的控制流程图；
图5为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的粗调流程图；
图6为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的精调流程图;
图7为本实施例一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统的电路模块控制框图。
标注说明：测试头1，弹簧2，测力传感器3，固定块4，紧固螺钉5，通信线缆一6，控制板7，通信线缆二8，编码器9，步进电机10，联轴器11，偏心轴12，底座13。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
如图1和图2所示，本实施例的一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴12系统，包括底座13、安装于底座13上的偏心轴12、以及安装于偏心轴12一端的电机10，还包括固定于偏心轴12上的测试头1、与测试头1连接并固定于底座13上的测力传感器3、套于测力传感器3上并位于测试头1与测力传感器3之间的弹簧2、安装于电机10内的编码器9、以及与测力传感器3和编码器9通信连接（通过通信线缆）的控制板7；测力传感器3将测试到的由偏心轴12的偏移量转换而来的弹簧2力数据发送给控制板7进行处理，与此同时，编码器9读取偏心轴12的角度位置，并将角度位置信息发送给控制板7。
测力传感器3通过固定块4和紧固螺钉5固定在底座13上。
电机10和偏心轴12通过联轴器11连接。
以下具体说明本实施例中的各个部件的作用：
测试头1：在偏心轴12旋转时，测试头1与偏心轴12接触，并将偏心轴12的偏移量实时传递给测试头1，本实施例测试头1采用平面测试头1，避免因加工和组装误差导致测试头1中心面和偏心轴12旋转中心不同面，进而影响偏心轴12偏心位置的测定；
弹簧2用于将测试头1的移动量转换为弹簧2力的变化，并将力传递给测力传感器3；
测力传感器3用于实时测量弹簧2对其的作用力；
通信线缆用于测力传感器3和控制板7之间的通信和数据传输；
控制板7用于处理测力传感器3和编码器9的相关数据；
通信线缆用于编码器9和控制板7之间的通信和数据传输；
编码器9用于读取当前偏心轴12的角度位置，其上可设定一个零位，偏心轴12的极限偏心位置和编码器9的零位有一个相对偏转角度；
电机10用于带动偏心轴12旋转；
联轴器11用于连接电机10和偏心轴12；
偏心轴12为需要校准角度位置的测量对象；
底座13用于固定偏心轴12和相关测试部件。
自检过程：在日常使用时，通过电机10将偏心轴12旋转到原先校准的极限偏心位置处，读取此时测力传感器3的受力值，再与偏心轴12旋转一整圈时，测力传感器3接收到的受力最大或最小值比较(或者按上文所述方式计算编码器9与偏心轴12偏心位的相对角度偏差，将此偏差值与之前记录的偏差值比较)，以此来判断当前偏心轴12相对编码器9的角度位置是否有变动。如有变动，则需要进行校准，如无变动，则可继续正常使用。自检详细过程与校准过程一致，主要判断当前轴或编码器9的位置是否有松动情况。
自动校准过程，如图3所示，用电机10带动偏心轴12旋转。偏心轴12角度位置的变化引起测试头1的位置变化，同时压缩或拉伸弹簧2引起弹簧2力的变化。弹簧2将力传递给测力传感器3，测力传感器3实时感应力的变化，并将受力信息通过通信线缆发送给控制板7。当控制板7所接收到的受力最大时，则当前偏心轴12处于极限偏心位置处。此时读取编码器9当前的角度位置，即可计算出编码器9零位和偏心轴12极限偏心位置的相对角度偏差，并将此校准值保存在掉电不丢失的Flash存储器中，从而可以通过电机10控制来校准偏心轴12到需要的角度位置。
如图4所示，整个校准过程总体分为两步：粗调过程和精调过程。
如图5所示，粗调过程中控制板7驱动步进电机10转动一周，并实时记录运动一周过程中的测力传感器3的力矩值以及对应的角度值，并存储在内存中，运动完成后，在对应的内存中找出力矩最大值所对应的角度值，作为校准值。
如图6所示精调过程中控制板7驱动步进电机10转动十周，并实时记录运动十周过程中的测力传感器3的力矩值以及对应的角度值，并存储在内存中，运动完成后，在对应的内存中找出每一周的力矩最大值所对应的角度值，并取平均值，作为校准值。
以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，包括底座、安装于底座上的偏心轴、以及安装于偏心轴一端的电机，其特征在于：还包括固定于偏心轴上的测试头、与测试头连接并固定于所述底座上的测力传感器、套于测力传感器上并位于测试头与测力传感器之间的弹簧、安装于所述电机内的编码器、以及与测力传感器和编码器通信连接的控制板；所述测力传感器将测试到的由偏心轴的偏移量转换而来的弹簧力数据发送给控制板进行处理，与此同时，编码器读取偏心轴的角度位置，并将角度位置信息发送给控制板。
2.如权利要求1所述的一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，其特征在于：所述角度位置自检的具体步骤为：通过将原校准偏心轴极限偏心位置处测力传感器获得的受力最大值/最小值作为校准值与当前偏心轴的极限偏心位置处测力传感器获得的受力最大值/最小值进行比较，判断当前偏心轴相对编码器的角度位置是否有变动，实现角度位置自检。
3.如权利要求1所述的一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，其特征在于：所述角度位置的自检具体步骤为：通过将原校准编码器零位和偏心轴偏心位的相对角度偏差与当前编码器零位和偏心轴偏心位的相对角度偏差进行比较，判断当前偏心轴相对编码器的角度位置是否有变动，实现角度位置自检。
4.如权利要求1所述的一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，其特征在于：所述自动校准包括粗调和精调，粗调的具体步骤为：通过比较后获得校准值，控制板驱动电机旋转，实时记录运动一周过程中的测力传感器的力矩值以及对应的角度值，并存储在内存中，运动完成后，在对应的内存中找出力矩最大值所对应的角度值；
精调的具体步骤为：粗调过程中找到的角度值附近±1°以更慢的速度找到力矩最大值对应的角度值。
5.如权利要求1所述的一种具有角度位置自检和自动校准功能的偏心轴系统，其特征在于：所述测试头采用平面测试头。
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