CN116296013A - 陀螺力矩检测装置、检测系统、检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陀螺力矩检测装置，包括测试工作台，所述测试工作台的一侧设置有稳定基座，所述稳定基座的端面上设置有反作用力矩检测组件；所述反作用力矩检测组件包括安装板，所述安装板底部的四角处均连接有调整脚杯，所述安装板的端面上连接有多组复合减震器。本发明还公开了力矩检测系统及检测方法。本发明通过在反作用力矩检测装置中设置反作用力矩检测组件,从而利用反作用力矩检测组件中的扭矩传感器经过各个部件之间相互作用，使得从而使得被试陀螺电机电机组件扭矩被检测的设计，从而使得在反作用力矩检测装置使用的过程中，能够有效的做到被试陀螺电机电机从启动、稳定同步运行直至电机断电滑行全过程的力矩测试能力。
Description
技术领域
本发明涉及陀螺电机检测技术领域，具体为陀螺力矩检测装置、检测系统、检测方法台。
背景技术
惯性导航陀螺因其技术成熟、参数稳定、成本廉价因素，在航空、航天、航海装备领域及武器（弹、雷）有着广泛使用场景；而产品研发、生产所涉及的陀螺电机诸多机械性能参数测试，由于陀螺的密封原因，无法直接测试。
发明内容
本发明提供一种数据分析精确反作用力矩检测装置，采用陀螺电机反作用力矩测试的形式进行间接测试。以解决上述的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
陀螺力矩检测装置，包括测试工作台，所述测试工作台的一侧设置有稳定基座，所述稳定基座的端面上设置有反作用力矩检测组件；
所述反作用力矩检测组件包括安装板，所述安装板底部的四角处均连接有调整脚杯，所述安装板的端面上连接有多组复合减震器，所述复合减震器的端面上连接有减震连接板，所述减震连接板的端面上连接有安装壳体，所述安装壳体的内腔中连接有扭矩传感器，所述安装壳体的内腔中并且位于扭矩传感器传感轴的侧壁上连接有膜片式联轴器，所述扭矩传感器传感轴的侧壁上并且位于膜片式联轴器的上方连接有空气轴承，所述安装壳体的端面上并且位于扭矩传感器传感轴的侧壁上连接有保护轴套，所述矩扭矩传感器传感轴的一端连接有放置托盘，所述放置托盘的底部并且位于保护轴套的上方连接有校准力臂，所述安装板的端面上并且位于减震连接板的一侧连接有固定连接板，所述固定连接板的侧壁上连接有三联件。
作为本发明优选的方案，所述测试工作台由测试工作台体、显示屏、19寸的标准机柜和六个福马轮组成，所述显示屏放置在测试工作台体的台面上，所述测试工作台体由两个台板组成的L型结构，其中标准机柜设置在测试工作台体的底部，并且与测试工作台体组成U型结构，测试工作台体中的底面与标准机柜底面在同一个平面上，六个所述福马轮均为分布在标准机柜、测试工作台体底部的拐角处。
作为本发明优选的方案，所述稳定基座由铝型材架体、大理石台面和四个调节脚杯组成，所述铝型材架体为矩形框架，其中四个调节脚杯分别设置在铝型材架体底部的拐角处，所述大理石台面设置在铝型材架体的端面上，所述铝型材架体采用4040欧标铝型材拼接而成，其中外露的铝型材沟槽，采用标准的封条密封，所述大理石台面采用黑色大理石精加工而成，其中反作用力矩检测组件中的调整脚杯放置在大理石台面。
陀螺力矩测试系统，包括：
陀螺力矩检测装置，用于安装被试陀螺，消除附加的力、力矩、振动这些物理量，为被试陀螺提供反作用力矩传递与探测的机械链路；
力矩传感器信息调理模块，将扭矩传感器信号、系统电源监测信号及系统工作/状态监控信号转换为可接收的模拟信号、TTL电平信号；
AI采集模块，对扭矩传感器信号、系统电源监测信号进行采样；
工控机，对采样的信号通过分析软件进行分析；
电源模块，为被试陀螺、力矩传感器信息调理模块、工控机提供电源；
相关测控部件，与工控机连接，包括USB有线键鼠、24寸液晶显示屏、二维码扫码枪以及激光黑白打印机。
进一步，被试陀螺电机通过导电电性连接在电源模块上；
电源模块、陀螺力矩检测装置中的扭矩传感器分别通过导线电性连接在信号调理模块；
电源模块、信号调理模块分别通过导电电性连接在工控机、AI采集板卡上；
工控机、AI采集板卡分别通过导线电性连接在相关测控部件上；
经信号调理模块7调理送工控机个AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理传送至相关测控部件的内部，并且通过显示屏显示出来，从而得到直观的数据显示
陀螺力矩测试方法，包括；
S1,将被测陀螺电机产品型号二维码ID使用二维码扫码枪人工扫码识别，各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库编辑设定，以便于自动判断产品的GO、NOGO状态；
S2,在工控机中设定陀螺电机反作用力矩检测流程、节拍控制，功能模块调度；
S3,将被测陀螺电机放置在陀螺力矩检测装置的托盘上，启动被试陀螺电机，反作用力矩通过扭矩传感器感知后，扭矩传感器将检测到的数据传输到测试工作台上的信号调理模块；
S4,经信号调理模块调理送AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理，生成全过程的力矩-时间特性曲线，并传送至相关测控部件的内部，通过显示屏显示出来；
S5,按各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库，自动分析或按用户光标选点测量结果判断产品的GO、NOGO状态；
S6,测试数据、力矩-时间特性曲线保存，形成产品测试数据库；
S7,生成产品测试报告，测试报告以Word文件形式可编辑、可打印输出；
S8,实时监测测试系统运行状况，发现异常情况，声光报警提示操作人员，紧急状态时可停止测试。
本系统将传统测功机对电机的动态测量方式转化为反作用力矩的静态测量方式，实现了数字化测量。由于采用了静压气浮轴承技术，解决了以往力矩传感器承受轴向压力而影响力矩测量精度问题，提高了测量精度。
由于被试陀螺因外壳密封原因，无法直接测试电机参数，本发明测试系统采用陀螺电机反作用力矩测试的形式进行间接测试。被测试陀螺置于反作用力矩检测装置中由空气轴承气浮的工装托盘内，陀螺电机旋转的反作用力矩通过微扭矩传感器（克厘米级）感知后，经信号调理模块调理送工控机信号采集系统，由计算机运行的控制及测试分析软件采集并进行所需数据分析。
本发明适用于陀螺电机的自动化综合测试，具备被试陀螺电机从启动、稳定同步运行直至电机断电滑行全过程的力矩测试能力，基于全过程的力矩-时间特性曲线，提供客户所需的数据分析，包括启动力矩、摩擦力矩峰-峰值、摩擦力矩、同步时间、惯性时间等。
为方便陀螺电机的批量生产检测，本发明还具有操作人员授权管理、被试陀螺电机产品数据管理（产品型号/序号二维码ID识别）、测试数据记录/查询管理、测试报告打印等功能。测试报告包括启动力矩、摩擦力矩峰-峰值、摩擦力矩、同步时间、惯性时间等客户要求测试数据，同时，在产品数据管理的基础上可根据给定的性能指标阈值自动判断产品的GO、NOGO状态。
附图说明
图1为本发明正等侧结构示意图；
图2为本发明图1部分结构示意图；
图3为本发明反作用力矩检测组件结构示意图；
图4为本发明图3剖视结构示意图；
图5为本发明图4剖视结构示意图；
图6为本发明系统力矩-时间特性曲线界面图。
图中：1、测试工作台；101、测试工作台体；102、显示屏；103、标准机柜；104、福马轮；2、稳定基座；201、铝型材架体；202、大理石台面；203、调节脚杯；3、反作用力矩检测组件；301、安装板；302、调整脚杯；303、复合减震器；304、减震连接板；305、安装壳体；306、扭矩传感器；307、膜片式联轴器；308、空气轴承；309、保护轴套；310、放置托盘；311、校准力臂；312、固定连接板；313、三联件。
实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
实施例，请参照图1-5，本发明提供陀螺力矩检测装置，包括测试工作台1，测试工作台1的一侧设置有稳定基座2，其作用在于为反作用力矩检测装置提供牢固、平整、稳定的测试基准，稳定基座2的端面上设置有反作用力矩检测组件3。
在该实施例中，参考图3-5，反作用力矩检测组件3包括安装板301，安装板301底部的四角处均连接有调整脚杯302，调整脚杯302的作用在于可调整检测装置水平度，安装板301的端面上连接有多组复合减震器303，复合减震器303的端面上连接有减震连接板304，减震连接板304的端面上连接有安装壳体305，安装壳体305的内腔中连接有扭矩传感器306，安装壳体305的内腔中并且位于扭矩传感器306传感轴的侧壁上连接有膜片式联轴器307，扭矩传感器306传感轴的侧壁上并且位于膜片式联轴器307的上方连接有空气轴承308，安装壳体305的端面上并且位于扭矩传感器306传感轴的侧壁上连接有保护轴套309，矩扭矩传感器306传感轴的一端连接有放置托盘310，放置托盘310的底部并且位于保护轴套309的上方连接有校准力臂311，安装板301的端面上并且位于减震连接板304的一侧连接有固定连接板312，固定连接板312的侧壁上连接有三联件313。
具体参考图1，测试工作台1由测试工作台体101、显示屏102、19寸的标准机柜103和六个福马轮104组成，显示屏102放置在测试工作台体101的台面上，测试工作台体101由两个台板组成的L型结构，其中标准机柜103设置在测试工作台体101的底部，并且与测试工作台体101组成U型结构，测试工作台体101中的底面与标准机柜103底面在同一个平面上，六个福马轮104均为分布在标准机柜103、测试工作台体101底部的拐角处，六个福马轮104其作用在于便于测试工作台的移动和固定，福马轮承重能力强、运行平稳、方便固定，测试工作台体101和19寸的标准机柜103采用冷轧碳钢板钣金焊接而成，表面喷塑处理，其作用在于，整体工整、外观整洁、方便耐用，其中19寸的标准机柜103的背面安装电源插座为整个设备供电。
具体参考图2，稳定基座2由铝型材架体201、大理石台面202和四个调节脚杯203组成，铝型材架体201为矩形框架，其中四个调节脚杯203分别设置在铝型材架体201底部的拐角处，大理石台面202设置在铝型材架体201的端面上，铝型材架体201采用4040欧标铝型材拼接而成，其中外露的铝型材沟槽，采用标准的封条密封，避免灰尘积累，大理石台面202采用黑色大理石精加工而成，外形尺寸稳定，不变形，具有平面度好，便于安装调整等特点，其中反作用力矩检测组件3中的调整脚杯302放置在大理石台面202，调整脚杯302用于调整基座的高度和水平度。
具体参考图6，标准机柜103的内部放置有工控机4、AI采集板卡5、程控三相中频电源6、信号调理模块7和相关测控部件，其中相关测控部件包括USB有线键鼠、液晶显示屏、二维码扫码枪以及A4激光黑白打印机；USB有线键鼠以及液晶显示屏作用在于进行测试系统的人机交互；二维码扫码枪8以实现被试陀螺电机电机产品数据管理产品型号/序号二维码ID识别；激光黑白打印机用于检测报告、试验曲线的打印输出。
本发明安装壳体305采用1.5mm硬铝板加工而成，安装板301采用碳钢板加工而成，表面镀铬处理，防锈耐用，承载能力强，变形小，是检测装置主体及其他器件如气动部件和零件的安装基础，空气轴承308为光学检测系统配套的空气轴承浮动主轴，之后在三联件313由空气过滤器、减压阀和油雾器之间相互组装而成，其中三联件313的进气口与空气压缩机相连接，三联件313的出气口与空气轴承308相连接的条件下，从而控制用以进入气动仪表之气源净化过滤和减压至仪表供给额定的气源压力，进而改变空气轴承308的压缩空气压力、流量进行优化改进，继而满足TDZC01测试系统微扭矩检测的特殊性。
本陀螺力矩测试系统，包括：
陀螺力矩检测装置，用于安装被试陀螺，消除附加的力、力矩、振动这些物理量，为被试陀螺提供反作用力矩传递与探测的机械链路；
力矩传感器信息调理模块，将扭矩传感器信号、系统电源监测信号及系统工作/状态监控信号转换为可接收的模拟信号、TTL电平信号；
AI采集模块，对扭矩传感器信号、系统电源监测信号进行采样；
工控机，对采样的信号通过分析软件进行分析；
电源模块，为被试陀螺、力矩传感器信息调理模块、工控机提供电源；
相关测控部件，与工控机连接，包括USB有线键鼠、24寸液晶显示屏、二维码扫码枪以及激光黑白打印机。
被试陀螺电机通过导电电性连接在电源模块上；
电源模块、陀螺力矩检测装置中的扭矩传感器分别通过导线电性连接在信号调理模块；
电源模块、信号调理模块分别通过导电电性连接在工控机、AI采集板卡上；
工控机、AI采集板卡分别通过导线电性连接在相关测控部件上；
经信号调理模块7调理送工控机个AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理传送至相关测控部件的内部，并且通过显示屏显示出来，从而得到直观的数据显示。
本发明测试系统检测的陀螺反作用力矩为g.cm级别，精度要求高，为避免检测装置轴系传递扭矩时受到轴系支撑部件摩擦力矩的干扰，检测装置采用目前国内成熟的空气轴承技术，作为检测装置轴系支撑部件。
本发明扭矩传感器306为美国Vibrac公司TQ Mini2.0型微量程扭矩扭力传感器及配套的Vibrac 1312信号调节卡，该传感器具有0～143.7gf.cm的微扭矩检测范围，检测精度及分辨率为0.5%FS，该传感器配备单独的调整零点和满量程校准装置，基本满足系统检测指标要求。
本发明工控机可选用研华IPC-610系列4U15槽上架式机箱配研华工业级主板。
本发明电源模块最终用户指定三相供电电压、电源频率调节范围等参数指标配置，由系统测控分析软件提供工控机USB接口实施程控。
本发明陀螺力矩测试方法，包括；
S1,将被测陀螺电机产品型号二维码ID使用二维码扫码枪人工扫码识别，各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库编辑设定，以便于自动判断产品的GO、NOGO状态；
S2,在工控机中设定陀螺电机反作用力矩检测流程、节拍控制，功能模块调度；
S3,将被测陀螺电机放置在陀螺力矩检测装置的托盘上，启动被试陀螺电机，反作用力矩通过扭矩传感器感知后，扭矩传感器将检测到的数据传输到测试工作台上的信号调理模块；
S4,经信号调理模块调理送AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理，生成全过程的力矩-时间特性曲线，并传送至相关测控部件的内部，通过显示屏显示出来；
S5,按各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库，自动分析或按用户光标选点测量结果判断产品的GO、NOGO状态；
S6,测试数据、力矩-时间特性曲线保存，形成产品测试数据库；
S7,生成产品测试报告，测试报告以Word文件形式可编辑、可打印输出；
S8,实时监测测试系统运行状况，发现异常情况，声光报警提示操作人员，紧急状态时可停止测试。
本发明测试系统检测的陀螺反作用力矩为g.cm级别，精度要求高，为避免检测装置轴系传递扭矩时受到轴系支撑部件摩擦力矩的干扰，检测装置采用目前国内成熟的空气轴承技术，作为检测装置轴系支撑部件。
本发明测试系统主要参数指标，如表一所示，
表一
本发明系统动力要求如下：
供电：220V50Hz，＜1KVA；
供气：除尘、除油、除潮压缩空气，工作压力＜0.2MPa；
本发明系统适用环境如下：
试验室环境；
工作温度：15℃～35℃；
相对湿度：30%～80%。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.陀螺力矩检测装置，包括测试工作台（1），其特征在于：所述测试工作台（1）的一侧设置有稳定基座（2），所述稳定基座（2）的端面上设置有反作用力矩检测组件（3）；
所述反作用力矩检测组件（3）包括安装板（301），所述安装板（301）底部的四角处均连接有调整脚杯（302），所述安装板（301）的端面上连接有多组复合减震器（303），所述复合减震器（303）的端面上连接有减震连接板（304）；
所述减震连接板（304）的端面上连接有安装壳体（305），所述安装壳体（305）的内腔中设置有扭矩传感器（306），且位于扭矩传感器（306）传感轴的侧壁上连接有膜片式联轴器（307），膜片式联轴器（307）的上方连接有空气轴承（308）；
所述安装壳体（305）的端面上并且位于扭矩传感器（306）传感轴的侧壁上连接有保护轴套（309），所述矩扭矩传感器（306）传感轴的一端连接有放置托盘（310），所述放置托盘（310）的底部并且位于保护轴套（309）的上方连接有校准力臂（311），所述安装板（301）的端面上并且位于减震连接板（304）的一侧连接有固定连接板（312），所述固定连接板（312）的侧壁上连接有三联件（313）。
2.根据权利要求1所述的陀螺力矩检测装置，其特征在于：所述测试工作台（1）由测试工作台体（101）、显示屏（102）、19寸的标准机柜（103）和六个福马轮（104）组成；
所述显示屏（102）放置在测试工作台体（101）的台面上，所述测试工作台体（101）由两个台板组成的L型结构，其中标准机柜（103）设置在测试工作台体（101）的底部，并且与测试工作台体（101）组成U型结构；
测试工作台体（101）中的底面与标准机柜（103）底面在同一个平面上，六个所述福马轮（104）均为分布在标准机柜（103）、测试工作台体（101）底部的拐角处。
3.根据权利要求1所述的陀螺力矩检测装置，其特征在于：所述稳定基座（2）由铝型材架体（201）、大理石台面（202）和四个调节脚杯（203）组成，所述铝型材架体（201）为矩形框架，其中四个调节脚杯（203）分别设置在铝型材架体（201）底部的拐角处；
所述大理石台面（202）设置在铝型材架体（201）的端面上，所述铝型材架体（201）采用4040欧标铝型材拼接而成，其中外露的铝型材沟槽，采用标准的封条密封，所述大理石台面（202）采用黑色大理石精加工而成，其中反作用力矩检测组件（3）中的调整脚杯（302）放置在大理石台面（202）。
4.陀螺力矩测试系统，其特征在于，包括：
应用权利要求1所述的陀螺力矩检测装置，用于安装被试陀螺，消除附加的力、力矩、振动这些物理量，为被试陀螺提供反作用力矩传递与探测的机械链路；
力矩传感器信息调理模块，将扭矩传感器信号、系统电源监测信号及系统工作/状态监控信号转换为可接收的模拟信号、TTL电平信号；
AI采集模块，对扭矩传感器信号、系统电源监测信号进行采样；
工控机，对采样的信号通过分析软件进行分析；
电源模块，为被试陀螺、力矩传感器信息调理模块、工控机提供电源；
相关测控部件，与工控机连接，包括USB有线键鼠、24寸液晶显示屏、二维码扫码枪以及激光黑白打印机。
5.根据权利要求4所述的陀螺力矩测试系统，其特征在于，
被试陀螺电机通过导电电性连接在电源模块上；
电源模块、陀螺力矩检测装置中的扭矩传感器分别通过导线电性连接在信号调理模块；
电源模块、信号调理模块分别通过导电电性连接在工控机、AI采集板卡上；
工控机、AI采集板卡分别通过导线电性连接在相关测控部件上；
经信号调理模块调理送工控机AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理传送至相关测控部件的内部，并且通过显示屏显示出来，从而得到直观的数据显示。
6.陀螺力矩测试方法，其特征在于，包括；
S1,将被测陀螺电机产品型号二维码ID使用二维码扫码枪人工扫码识别，各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库编辑设定，以便于自动判断产品的GO、NOGO状态；
S2,在工控机中设定陀螺电机反作用力矩检测流程、节拍控制，功能模块调度；
S3,将被测陀螺电机放置在陀螺力矩检测装置的托盘上，启动被试陀螺电机，反作用力矩通过扭矩传感器感知后，扭矩传感器将检测到的数据传输到测试工作台上的信号调理模块；
S4,经信号调理模块调理送AI采集板卡进行信号采集，并且将采集的信号经过处理，生成全过程的力矩-时间特性曲线，并传送至相关测控部件的内部，通过显示屏显示出来；
S5,按各型号被测陀螺电机性能指标阈值数据库，自动分析或按用户光标选点测量结果判断产品的GO、NOGO状态；
S6,测试数据、力矩-时间特性曲线保存，形成产品测试数据库；
S7,生成产品测试报告，测试报告以Word文件形式可编辑、可打印输出；
S8,实时监测测试系统运行状况，发现异常情况，声光报警提示操作人员，紧急状态时可停止测试。
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