CN114321070A - 伺服阀力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液压伺服领域，涉及伺服阀力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，区别与其他测试方法，该测量方式为可在力矩马达安装在调试试验台上时进行在线测量，且该测量通过光学传感器利用非接触的方式实现自动化测量。本发明从气隙非接触测量方案及其误差消除原理的设计和自动化测试结构设计两个方面阐述了力矩马达气隙非接触式测量的实现方法。
Description
技术领域
本发明属于液压伺服领域，涉及一种伺服阀力矩马达气隙在线非接触测量技术的开发及其相应的自动化装置。
背景技术
在对控制精度与响应速度要求较高的液压伺服系统中均涉及电液伺服阀的应用，在目前能满足高响应及可靠性的不同种类的电液伺服阀结构形式中，分为两级液压放大式与直接驱动式，由于两级液压放大式为纯机械液压结构、无电气控制部分，在对耐高温、耐振动等环境有严苛要求的场合如航空、航天、冶金等多种行业有广泛的应用。
在两级液压放大式电液伺服阀中的喷挡式、偏转板式等主流结构原理均采用如图5所示的力矩马达的结构。力矩马达通过如图4所示4个工作气隙处的磁通大小变化产生旋转力矩，而磁通大小与气隙尺寸直接相关，工作气隙的初始大小Δ1～Δ4对力矩马达，乃至伺服阀输出的对称性及在高温、加速度等极限条件下输出的对称性都有显著的影响。
为减小电液伺服阀在高温、加速度等极限条件下零漂，提高电液伺服阀的可靠性需在力矩马达调试过程中对其气隙Δ1～Δ4大小进行测量。
目前对力矩马达气隙进行测量的技术包括塞尺接触式测量，照片图像方法测量等。其中接触式测量由于衔铁受力会发生位移，测量重复性及操作的便捷性较差；照片图像方法测量受到光源、轮廓识别精度等影响，难以测试到气隙的真实值。且目前力矩马达气隙测量技术的自动化程度均较低，未能实现在线测量的功能。
发明内容
本发明的目的：实现伺服阀力矩马达气隙非接触式在线的自动化测量，提高对气隙的对称性，从而提高伺服阀在高温、加速度等极限工况下的可靠性。
本发明的技术方案：本发明所提出的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，所述测量装置至少包括：底座平台、水平及竖直方向运动模组、转动运动模组、光学传感器测试组件；所述水平及竖直方向运动模组设置于底座平台上，所述转动运动模组设置于竖直方向运动模组上，所述光学传感器测试组件设置于转动运动模组上；测试时，待测力矩马达及底座平台均放置于试验平台上，调节水平及竖直方向运动模组以保证光学传感器测试组件运动至待测力矩马达处，转动运动模组用于消除由于力矩马达气隙与光学传感器测试组件轴线不平行引起的误差。
进一步的，所述水平方向及竖直方向运动模组通过控制器，所述控制器中集成有控制指令，该控制指令中储存有不同型号力矩马达的测试位置，后续测量时，通过控制器控制以实现测试装置自动化运动到测试位置。
进一步的，所述光学传感器测试组件至少包括高准直性的平行光源、低远心度的光学系统、高精度的CCD图像检测模块，利用透射式原理测量被平行光阻挡的物体的尺寸。
进一步的，在竖直方向运动模组上还设置有减振连接装置，光学传感器组件通过传感器减振连接装置与传感器转动运动模组相连；传感器减振连接装置可以采用S型柔性减震连接结构。
进一步的，所述光学传感器组件外部设有传感器保护罩。所述光学传感器组件通过二维图像测试待测力矩马达气隙大小，测试精度不受传感器水平方向位置的不平行度影响。
测试设备的底座平台根据待测力矩马达所安装的试验平台进行了通用化设计，测试时，可将测试设备搬运至待测力矩马达试验平台上，以实现不同试验平台上的在线测试能力。
本发明的有益效果：本发明适用于采用力矩马达结构的电液伺服阀调试过程中气隙的测试，其应用范围可基本涵盖目前主流结构原理的全部两级液压放大式电液伺服阀。该发明可大幅提高伺服阀力矩马达气隙测试的效率与精度，可对伺服阀耐高温、加速度等极限环境能力的提升有显著帮助，与此同时，还可对伺服阀衔铁位移进行高精度测试，便于伺服阀设计参数的迭代与故障排查及参数校验，具有广阔的前景和经济效益。
附图说明
图1为测试状态的力矩马达气隙在线非接触测量装置示意图；
图2为力矩马达气隙调试过程中的测量装置状态图；
图3为光学传感器的保护罩结构图；
图4为力矩马达气隙示意图；
图5为力矩马达三维结构示意图；
图6表示由于光源不平行引起的气隙测试误差示意图；
附图中：1：竖直方向运动模组及电机；2：水平方向运动模组及电机；3：左侧转运把手；4：被测力矩马达；5：光学传感器；6：传感器减振连接装置；7：传感器转动运动模组；8：测试设备底座；9：右侧转运把手；10：传感器保护罩。
具体实施方式
为更好的说明本发明，下面结合附图具体说明。
该测试装置的功能为实现力矩马达气隙的在线非接触自动化测量，该装置包括：竖直方向运动模组及电机1、水平方向运动模组及电机2、左侧转运把手3、被测力矩马达4、光学传感器5、传感器减振连接装置6、传感器转动运动模组7、测试设备底座8、右侧转运把手9、传感器保护罩10；
测试设备底座8放置于伺服阀性能测试平台上，在其上安装了水平方向及竖直方向运动模组及电机1、2，可实现测试装置自动化运动到测试位置的功能。在竖直方向运动模组1上安装有光学传感器5可实现力矩马达气隙的非接触测量，同时光学传感器通过传感器减振连接装置6与传感器转动运动模组7相连后使光学传感器5转动的功能。
光学传感器5的测试原理为通过高准直性的平行光、低远心度的光学系统及高精度的CCD图像检测测试透射式原理测量被平行光阻挡的物体的尺寸。
光学传感器5可以借助传感器转动运动模组7实现绕横向轴线转动，如图6所示，当气隙与光学传感器5轴线不平行时测得的气隙值Δ1、Δ2小于其实际值。通过转动运动模组7转动光学传感器5的过程中，可测得气隙与光学传感器5轴线平行时的气隙最大值Δ1max、Δ2max记为气隙实测值，可消除气隙与光学传感器5轴线不平行时引起的误差。
在具体测试过程中，光学传感器组件5通过二维图像测试待测力矩马达气隙大小，测试精度不受传感器水平方向位置的不平行度影响，测试精度更高，且大幅降低对测试设备安装精度的要求。
光学传感器5通过减振连接装置6与测试装置相连，可以大幅减弱在力矩马达通压测试时，试验台液压脉动产生的振动对测试稳定性的影响。
光学传感器5可以通过水平方向及竖直方向运动模组及电机1、2实现自动化测试的功能，并在其外部设有传感器保护罩10，可避免在对运动模组由于误操作引起的光学传感器镜头的损伤，提高测试系统的容错能力。
以下从传感器测试原理的选择、测试误差的消除、自动化测试方案中的设计细节三个方面对该本发明的设计结构和设计思想进行详细介绍。
传感器测试原理的选择：采用平行光透视式光学传感器测试的原理，通过建立准直过的平行光及远心度极低的远心光学系统，实现对被平行光遮挡物体尺寸的精确的非接触式测量，测量重复性可高达微米量级，可满足对伺服阀力矩马达气隙测试精度的要求。
测试误差的消除：当平行光源与力矩马达气隙不平行时，将引起气隙测试值偏小，本技术方案中采取了增加光学传感器的转动自由度的方法，可以测试不同角度平行光源时气隙的大小，由于光学传感器的测试频率可高达300Hz，可通过选择气隙测试值的最大值来完全排除光源角度不平行产生的测试误差。
自动化测试方案中的设计细节：
1)自动化测试与气隙调试的兼容性
采用了步进电机与传动机构形成的直线运动模组及步进电机与谐波减速器形成的旋转运动模组进行传感器位置的自动化控制，可实现气隙测试的自动化操作，同时在完成测试后可将传感器自动移离待测力矩马达，可便于操作者对力矩马达气隙进行调试。
2)在线测试及设备适配能力需求的实现
为了实现在通液压状态下测试力矩马达气隙大小，该气隙测试装置采用了一体化的测试设备底座的设计，可以方便地将该设备放置于不同规格的伺服阀调试试验台上。设计了转运把手便于测试设备位置的调整，同时设计了传感器前后位置可柔性调节的功能，使得其对于不同试验台的适配能力大为提高。
3)隔振设计与传感器的保护
由于在液压试验台上测试，压力脉动及其引起的振动不可避免，在该测试设备设计中增加了传感器减振连接装置，可以有效抑制振动对测试稳定性的影响。同时，考虑到自动化测试或设备手动操作过程中可能产生的误操作，设计光学传感器的保护罩，可以避免光学传感器镜头的被力矩马达或其工装损伤，提高了测试系统的容错能力。
需要说明的是，以上结合说明书附图对本发明结构的陈述，为便于描述，所使用的上、下、前、后并非特定的位置限定，仅为清楚陈述测试装置中各部件的相对位置关系，仅代表实现本发明技术方案的其中一种或几种特定形式，未详尽之处视为本领域常规技术，并不限定本发明实施方式，更不能理解为对本发明保护范围的限定。相反，作为本领域普通技术人员而言，可根据本发明技术方案作出简单的变形或改进，原则上，这些变换在不脱离本发明技术方案基本设计思想的情况下，应当认定落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述测量装置至少包括：底座平台、水平及竖直方向运动模组、转动运动模组、光学传感器测试组件；所述水平及竖直方向运动模组设置于底座平台上，所述转动运动模组设置于竖直方向运动模组上，所述光学传感器测试组件设置于转动运动模组上；测试时，待测力矩马达及底座平台均放置于试验平台上，调节水平及竖直方向运动模组以保证光学传感器测试组件运动至待测力矩马达处，转动运动模组用于消除由于力矩马达气隙与光学传感器测试组件轴线不平行引起的误差。
2.如权利要求1所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述水平方向及竖直方向运动模组通过控制器，所述控制器中集成有控制指令，该控制指令中储存有不同型号力矩马达的测试位置，后续测量时，通过控制器控制以实现测试装置自动化运动到测试位置。
3.如权利要求1所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述光学传感器测试组件至少包括高准直性的平行光源、低远心度的光学系统、高精度的CCD图像检测模块，利用透射式原理测量被平行光阻挡的物体的尺寸。
4.如权利要求1所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，在竖直方向运动模组上还设置有减振连接装置，光学传感器组件通过传感器减振连接装置与传感器转动运动模组相连。
5.如权利要求4所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，传感器减振连接装置为S型柔性减震连接结构。
6.如权利要求1所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述光学传感器组件外部设有传感器保护罩。
7.如权利要求6所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述光学传感器组件通过二维图像测试待测力矩马达气隙大小，测试精度不受传感器水平方向位置的不平行度影响。
8.如权利要求1所述的力矩马达气隙在线非接触自动化测量装置，其特征在于，所述底座平台的两端设置有把手。
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