CN116772920A - 编码器测试系统与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码器测试系统，包括步进电机以及被测编码器，所述步进电机与被测电机通过连接器相连，所述被测编码器与所述步进电机同步转动，所述步进电机与电机驱动器电连接，所述电机驱动器通过信号发生器连接PC上位机，所述被测编码器通过协议转换器连接所述PC上位机。本发明能够实现编码器自动测试。

Description

编码器测试系统与测试方法

技术领域

本发明涉及编码器，具体涉及一种编码器测试系统与测试方法。

背景技术

编码器作为广泛应用于各种场景的电子产品，是众多机械系统里的关键部件，所以对编码器的测试更为严苛。在编码器的各种可靠性试验中，例如：电子产品环境应力筛选试验、高低环境试验、振动冲击试验等，需要在试验过程检验其数据，以此来判断编码器承受试验的能力。

传统的测试方法缺点，需要人工手动控制，转动电机并且读取当前位置值，花费时间较长；当试验时间短时，手动获取当前位置值的数据量也较少；但当需要对大量编码器进行测试时，需要手动处理海量数据，测试效率低下，且不同的产品由于协议的不同，数据帧的格式也不一样，解析数据的过程繁琐且容易出错，影响对编码器本身的判断。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种编码器测试系统与测试方法。

一种编码器测试系统，包括步进电机以及被测编码器，所述步进电机与被测电机通过连接器相连，所述被测编码器与所述步进电机同步转动，所述步进电机与电机驱动器电连接，所述电机驱动器通过信号发生器连接PC上位机，所述被测编码器通过协议转换器连接所述PC上位机。

可选地，所述测编码器、步进电机在工装上安装固定，一起放置于测试平台之上；所述PC上位机发送转速指令至所述信号发生器，所述转速指令用于指示测试过程中的步进电机转速，所述信号发生器接收到转速指令后，将其转换为所述电机驱动器可识别的用于指示电机转速的电平信号；所述协议转换器通过标准接口与所述PC上位机通讯连接；所述协议转换器用于将不同类型编码器的通讯协议均转换为标准的通信协议；所述协议转换器中预存储有多种编码器通讯转换协议；所述PC上位机包含通讯模块、数据采集模块和数据处理模块；通讯模块用于建立PC上位机与被测编码器、信号发生装置等设备的通讯连接；数据采集模块，执行数据采集指令，对被测编码器的位置信息进行采集；数据处理模块，测试人员使用Excel表对采集的数据进行数据处理并使测试结果清晰易懂；根据驱动器一圈的线数Line、信号发生器运行频率Fre、间隔时间，根据以下公式得到两次采集数据中编码器相差的角度Ang，如下：

Ang=Time*360/（Line/Fre）；

提取原始命令帧中代表角度的字节，此字节的表达方式为16进制，将16进制的数据转化成10进制，得到10进制数据再通过以下公式计算出编码器的当前角度信息Cu：

Cu=Data*360/编码器的单圈分辨率

测试完成后会获得n个编码器的角度值信息a1、a2、a3......an，将相邻的两个角度值相减：a2-a1、a3-a2......an-an-1，所得到的差值再与Ang相减，最终得到的数据为精度误差值。

一种编码器测试方法，包括以下步骤：

S100：通过PC上位机向步进电机发送转速指令；

S200: 步进电机依据转速指令按照规定的转速带动被测编码器同步旋转获得测试数据；

S300：获取被测编码器的型号；

S400：依据被测编码器的型号将测试数据转换为标准数据发送至PC上位机；

S500：PC上位机根据获得的标准数据计算得到编码器精度误差值。

本发明的有益效果是：本发明可以采用同一系统完成对不同类型的编码器的测试，可以实现对编码器在可靠性测试中的自动测试，测试过程简单易操作，获取数据量大，测试数据能直接打印，测试结果方便处理且直观。

附图说明

图1为本发明编码器测试系统的结构示意图；

图2为本发明编码器测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

实施例1

本发明的测试系统如图1所示，包括步进电机以及被测编码器，步进电机与被测电机通过连接器相连，连接器例如可以是刚性的轴，这样可以使得被测编码器与步进电机同步转动。步进电机与电机驱动器电连接，电机驱动器通过信号发生器连接PC上位机，被测编码器通过协议转换器连接PC上位机。被测编码器与步进电机可固定于工装底座之上，工装底座安装于测试平台之上。

本发明中，将被测编码器、步进电机在工装上安装固定，一起放置于测试平台之上，被测编码使用通讯线缆经协议转换器与PC上位机连接，信号发生器通过驱动器与步进电机连接。

测试时，PC上位机与被测编码器和信号发生器建立通讯连接，测试人员配置上位机测试相关参数，这些参数可以包括例如被测编码器的型号、步进电机的转速、采样间隔等等。

之后，PC上位机发送转速指令至信号发生器，转速指令用于指示测试过程中的步进电机转速，信号发生器接收到转速指令后，将其转换为电机驱动器可识别的电平信号，这一电平信号用于指示电机转速，例如电平越高则对应的转速越高，反之电平越低则转速越低。电机驱动器根据接收到的电平信号，生成驱动步进电机转动的驱动信号，这一驱动信号例如可以是PWM信号。步进电机依据PC上位机发送转速指令按照指示的转速转动，使得步进电机带动编码器匀速转动。

被测编码器可以以设定的时间间隔采集当前位置信息，并将采集到的位置信息通过协议转换器发送至PC上位机。具体而言，协议转换器可以通过标准接口与PC上位机通讯连接，标准接口具有标准的通信协议，标准接口例如可以是USB3.0、RS232、RS485等接口。测试中，由于不同型号或厂家的编码器所采用的通讯协议不同，先前技术中，需要针对不同型号的被测编码器设定专用的通讯器，已使得PC上位机能读取被测编码器的测试数据。本发明中，协议转换器中预存储有多种编码器通讯转换协议，这些通讯转换协议可以将不同类型编码器的通讯协议均转换为标准的通信协议，例如均转换为RS232协议，这样PC上位机便可以读取不同型号编码器的测试数据。

测试之初，操作人员可以PC上位机输入被测编码器的型号等信息，上位机将编码器的型号通过与协议转换器间的标准接口发送至协议转换器。协议转换器收到被测编码器的型号后，在预存储的多种编码器通讯转换协议中查找与该型号相对应的编码器通讯转换协议，并依据查找到的编码器通讯转换协议进行被测编码器数据的读取与转换，从而将编码器测试数据发送至PC上位机。

待测试完成后或测试时间达到一定时长后停止采集当前位置信息（测试数据），并保存所有测试数据。PC上位机将所有测试数据进行相对应的数据处理后输出最终测试结果。

PC上位机主要包含通讯模块、数据采集模块、数据处理模块；通讯模块用于建立PC上位机与被测编码器、信号发生装置等设备的通讯连接；数据采集模块，执行数据采集指令，对被测编码器的位置信息进行采集；数据处理模块，测试人员使用Excel表对采集的数据进行数据处理并使测试结果清晰易懂。

本发明通过搭建测试平台，将被测编码器与电机相连接，使用信号发生器装置控制电机匀速转动，以此带动编码器匀速转动，被测编码器通过USB串口与PC上位机相连，信号发生器装置也通过USB串口与PC上位机相连，PC上位机可以发送读取当前位置信息命令来获取编码器的位置信息，可以设置频率控制信号发生装置，使编码器匀速转动，可以设置间隔时间定时读取位置信息，对获取到的位置信息进行保存，保存方式分为两种，一种为当前位置信息的角度值，一种为当前位置信息的原始帧。角度值更为直观，原始帧信息在分析问题的时候方便解析。

首先测试人员根据编码器通讯协议的不同选择相对应的PC上位机，打开上位机软件与编码器的通讯连接，在PC上位机设置好相关参数：

设置信号发生器装置运行频率，频率越大，电机转速越快；

设置采集数据的间隔时间；

设置完成后启动测试平台装置，此时上位机界面自动回复编码器位置信息，设置定时读取位置后，上位机以设置好的间隔时间采集位置信息，当获取到相应数量的数据量，取消设置定时读取位置。此时测试完成，保存测试结果。

根据驱动装置的设置（一圈的线数Line）、信号发生装置（运行频率Fre）、间隔时间（Time）设置，可以根据以下公式得到两次采集数据中编码器相差的角度Ang，如下：

Ang=Time*360/（Line/Fre）

保存测试结果的方式有两种：

①选择保存角度。此种方式输出的数据直接为角度形式，编码器回复的角度信息已经过PC上位机进行数据处理。

②选择保存数据原始帧。此种方式输出的数据为编码器读取到原始命令帧，需要将数据保存至Excel文件中进行数据处理，最后得到编码器角度信息。

数据处理方法:提取原始命令帧中代表角度的字节，此字节的表达方式为16进制，将16进制的数据转化成10进制，得到10进制数据（Data）再通过以下公式计算出编码器的当前角度信息Cu：

Cu=Data*360/编码器的单圈分辨率

测试完成后会获得n个编码器的角度值信息a1、a2、a3......an，将相邻的两个角度值相减：a2-a1、a3-a2......an-an-1，所得到的差值再与Ang相减，最终得到的数据为精度误差值，以此值来判定编码器试验过程中的稳定性。

实施例2

如图2所示，本发明还提供了一种编码器测试方法，包括以下步骤：

S100：通过PC上位机向步进电机发送转速指令；

S200: 步进电机依据转速指令按照规定的转速带动被测编码器同步旋转获得测试数据；

S300：获取被测编码器的型号；

S400：依据被测编码器的型号将测试数据转换为标准数据发送至PC上位机；

S500：PC上位机根据获得的标准数据计算得到编码器精度误差值。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种编码器测试系统，其特征在于，包括步进电机以及被测编码器，所述步进电机与被测电机通过连接器相连，所述被测编码器与所述步进电机同步转动，所述步进电机与电机驱动器电连接，所述电机驱动器通过信号发生器连接PC上位机，所述被测编码器通过协议转换器连接所述PC上位机。

2.根据权利要求1所述的编码器测试系统，其特征在于，所述测编码器、步进电机在工装上安装固定，一起放置于测试平台之上。

3.根据权利要求1所述的编码器测试系统，其特征在于，所述PC上位机发送转速指令至所述信号发生器，所述转速指令用于指示测试过程中的步进电机转速，所述信号发生器接收到转速指令后，将其转换为所述电机驱动器可识别的用于指示电机转速的电平信号。

4.根据权利要求1所述的编码器测试系统，其特征在于，所述协议转换器通过标准接口与所述PC上位机通讯连接。

5.根据权利要求4所述的编码器测试系统，其特征在于，所述协议转换器用于将不同类型编码器的通讯协议均转换为标准的通信协议。

6.根据权利要求5所述的编码器测试系统，其特征在于，所述协议转换器中预存储有多种编码器通讯转换协议。

7.根据权利要求1所述的编码器测试系统，其特征在于，所述PC上位机包含通讯模块、数据采集模块和数据处理模块；通讯模块用于建立PC上位机与被测编码器、信号发生装置等设备的通讯连接；数据采集模块，执行数据采集指令，对被测编码器的位置信息进行采集；数据处理模块，测试人员使用Excel表对采集的数据进行数据处理并使测试结果清晰易懂。

8.根据权利要求1所述的编码器测试系统，其特征在于，根据驱动器一圈的线数Line、信号发生器运行频率Fre、间隔时间，根据以下公式得到两次采集数据中编码器相差的角度Ang，如下：

Ang=Time*360/（Line/Fre）。

9. 根据权利要求8所述的编码器测试系统，其特征在于，提取原始命令帧中代表角度的字节，此字节的表达方式为16进制，将16进制的数据转化成10进制，得到10进制数据再通过以下公式计算出编码器的当前角度信息Cu：

Cu=Data*360/编码器的单圈分辨率

测试完成后会获得n个编码器的角度值信息a1、a2、a3......an，将相邻的两个角度值相减：a2-a1、a3-a2......an-an-1，所得到的差值再与Ang相减，最终得到的数据为精度误差值。

10.一种编码器测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：通过PC上位机向步进电机发送转速指令；

S200: 步进电机依据转速指令按照规定的转速带动被测编码器同步旋转获得测试数据；

S300：获取被测编码器的型号；

S400：依据被测编码器的型号将测试数据转换为标准数据发送至PC上位机；

S500：PC上位机根据获得的标准数据计算得到编码器精度误差值。