CN201540199U - 一种伺服减速器性能参数的测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种伺服减速器性能参数的测量装置，属于机电一体化技术领域，涉及齿轮传动测量技术。包括机械部分和控制部分；机械部分包括交流伺服电机、伺服减速器、磁粉离合器、角位移放大器、被测伺服减速器装载工位、扭矩传感器和磁粉制动器，各部件之间通过联轴器连接；控制部分包括磁粉制动器控制器、扭矩传感器调理电路、数据采集卡、角位移传感器、磁粉离合器控制器、工业控制计算机和运动控制卡。本实用新型可测试伺服减速器的多项性能参数(扭转刚度、空载精度、传动精度以及破坏力矩等)，可适应不同规格和型号的被测伺服减速器。整体装置结构简单、使用方便、操作易控、测量精度和测量效率较高。
Description
技术领域
本实用新型属于机电一体化技术领域，涉及齿轮传动测量技术，尤其是伺服减速器性能参数的测试装置，主要应用于控制电机用齿轮减速器行业对伺服减速器静态技术指标的测量。
背景技术
伺服减速器具有体积小、重量轻、刚性好、传递扭矩大、传动精度高、传动效率高、运动平稳等优点，主要用于与专业数控工业设备的伺服电机或步进电机配套使用。伺服减速器的规格由所连接的伺服电机或步进电机的功率决定，以匹配电机的连接端盖宽度来分类，如40、60、90、115、142、180等。伺服减速器的型号根据减速比来分类，如25表示减速比为25∶1。伺服减速器的传动比通常在3～100之间。
伺服减速器的性能参数可分为静态参数和动态参数。静态参数包括扭转刚度、空载精度、传动精度以及破坏力矩(额定扭矩)等。动态参数包括传动效率、工作噪声等。
目前，伺服减速器国产化在很大程度上得到了发展，但其测量技术和装置还比较落后，尤其针对多规格、多型号伺服减速器的测量。现有的静态性能参数采用简单的力学测量装置来获得减速器的技术参数。
现有的技术方案只能测量空载精度、传动精度或扭转刚度中的某一项或两项技术参数。
方案一：测量空载精度与传动精度
该方案所使用的仪器包括：光学分度头、直光管、光学多面棱体等。
传动精度的测量方法为：将减速器的输入轴与光学分度头的主轴相连，多面棱体固定在减速器的输出轴上，并调整直光管垂直对准多面棱体的一个面，输出轴相对于输入轴的理论转角与实际转角之差即为传动精度。
空载精度的测量方法为：将减速器的输入轴与光学分度头的主轴相连，多面棱体固定在减速器的输出轴上，并调整直光管垂直对准多面棱体的一个面，当输入轴由正转改为反转时的两极限转角之差处于传动比即为空载精度。
方案二：测量空载精度与扭转刚度
该方案所使用的仪器包括：弹性柱销连接器、光电测角器或角位移传感器、加载装置等。
空载精度的测量方法为：减速器的输入端固定，输出轴通过精密弹性柱销联轴器与角位移传感器连接，指定扭矩在输出轴沿正反方向分别加载，通过数值显示器读出间隙空程值即为空载精度。
扭转刚度的测量方法：减速器的输入端固定，输出轴通过精密弹性柱销联轴器与光电测角器连接。沿输出轴某一旋转方向加载到一定值，通过数值显示器读出输出轴转角值，沿同一方向等间隔加载到额定扭矩，分别记录每次加载时对输出轴所产生的扭矩及输出轴转角，然后逐步卸载，并记录每次转矩及转角值，沿另一转向重复该过程。对记录的数据进行处理得到滞回曲线后可计算扭转刚度。
现有的伺服减速器性能参数的测量装置或方法均是对伺服减速器单项技术参数进行测量，且测量所得数据需要人工处理。目前市面上未见有关多规格、多型号伺服减速器性能参数的测量仪器设备的报道，能在单台设备上完成多项指标的测量的系统测量装置更是未见报道。
发明内容
本实用新型提供一种伺服减速器性能参数的测量装置，具有针对多规格、多型号伺服减速器的多项性能参数(包括：扭转刚度、空载精度、传动精度以及破坏力矩等性能参数)进行综合测试的功能。
本实用新型技术方案如下：
一种伺服减速器性能参数的测量装置，如图1所示，包括机械部分和控制部分。所述机械部分由交流伺服电机1、伺服减速器2、磁粉离合器4、角位移放大器5、被测伺服减速器装载工位6、扭矩传感器7、磁粉制动器8和五个联轴器3构成；交流伺服电机1与伺服减速器2连接、伺服减速器2通过联轴器与磁粉离合器4连接、磁粉离合器4通过联轴器与角位移放大器5连接、扭矩传感器7通过联轴器与磁粉制动器8连接；测试时，将被测伺服减速器安装于被测伺服减速器装载工位6上，被测伺服减速器两端分别通过联轴器与角位移放大器5和扭矩传感器7连接。所述控制部分由磁粉制动器控制器9、扭矩传感器调理电路10、数据采集卡11、角位移传感器12、磁粉离合器控制器13、工业控制计算机14和运动控制卡15构成；运动控制卡15与交流伺服电机1电气连接；磁粉离合器4与磁粉离合器控制器13电气连接；角位移传感器12机械安装在角位移放大器5上并与数据采集卡11电气连接；扭矩传感器7与扭矩传感器调理电路10电气连接、扭矩传感器调理电路10与数据采集卡11电气连接；磁粉制动器8与磁粉制动器控制器9电气连接；运动控制卡15、磁粉离合器控制器13、数据采集卡11、磁粉制动器控制器9与工业控制计算机14电气连接至工业控制计算机14的操作控制台。
测量装置通过计算机软件控制电机驱动、磁粉离合器离合、磁粉制动器加载、数据采集以及进行测量结果的分析，并且使得机械系统和控制系统协调工作。
上述技术方案中，被测伺服减速器装载工位6具有可调支架，能够根据被测伺服减速器外形结构调整中心距，以适应不同规格和型号的被测伺服减速器性能参数的测试。
本实用新型工作过程如下：
1)空载精度、传动精度与扭转刚度的测量过程。
将被测伺服减速器安装在被测伺服减速器装载工位上，在测量软件中选择被测伺服减速器对应的规格和型号。根据测量的技术参数(空载精度、传动精度与扭转刚度的测量都归结为滞回曲线的测量)选项，测量软件产生交流伺服电机的驱动指令传给运动控制卡对伺服驱动器进行控制，从而使电机以极低的速度转动(正转或反转)。与此同时，测量软件给出指令控制磁粉离合器的离合扭矩大小以保护测量装置，给出指令控制磁粉制动器的扭矩大小作为负载。
在伺服电机的转动过程中，测量软件通过数据采集卡11采集角位移传感器12感应的角位移放大器5的转角数据，记录并保存于工业控制计算机中；扭矩传感器7感应的被测伺服减速器的输出扭矩信号经调理电路10作信号滤波和放大处理后，经数据采集卡11采集到工业控制计算机中。
当伺服电机完成连续的正向加载、正向卸载、反向加载、反向卸载四个过程后，控制电机停止。伺服电机连续加载范围从零到被测减速器的额定扭矩，连续卸载从被测减速器的额定扭矩到零。
测量结束后，测量软件对数据进行处理得到以扭矩为横坐标、转角为纵坐标的滞回曲线。滞回曲线中包含了空载精度、传动精度与扭转刚度三项技术参数，可直接通过测量软件显示或打印结果。
2)破坏力矩的测量。
将被测减速器安装在被测伺服减速器装载工位上，在测量软件中选择被测减速器对应的规格和型号。根据测量的破坏扭矩选项，测量软件产生交流伺服电机的驱动指令传给运动控制卡对伺服驱动器进行控制，从而使电机以极低的速度正向转动。与此同时，测量软件给出指令控制磁粉离合器的离合扭矩大小以保护测量装置，给出指令控制磁粉制动器的扭矩大小作为负载。
在伺服电机的转动过程中，测量软件通过数据采集卡11采集角位移传感器12感应的角位移放大器5的转角数据，记录并保存于工业控制计算机中；扭矩传感器7感应的被测伺服减速器的输出扭矩信号经调理电路10作信号滤波和放大处理后，经数据采集卡11采集到工业控制计算机中。
当伺服减速器破坏或者扭矩传感器测得的数据超过4倍额定扭矩时，控制电机停止。测量结束后，测量软件对数据进行处理得到以转角为横坐标、扭矩为纵坐标的扭矩——转角曲线。扭矩——转角曲线上的直线段(线弹性变形段)中对应的最大扭矩值即为破坏力矩，可直接通过测量软件显示或打印结果。
与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
1)在单个测量装置上可完成多项性能参数(扭转刚度、空载精度、传动精度以及破坏力矩等)的测量；
2)采用伺服电机连续加载，测量精度高，并且与伺服减速器的工业应用场合匹配；
3)测量结果的分析报告以计算机综合处理，使得测试效率大大提高；
4)能适应不同规格、不同型号的伺服减速器外形尺寸。
综上，本实用新型技术方案带来的有益效果是：
本实用新型提供的伺服减速器性能参数的测量装置，具有针对伺服减速器的多项性能参数(包括：扭转刚度、空载精度、传动精度以及破坏力矩等性能参数)进行综合测试的功能，可适应不同规格和型号的被测伺服减速器的外形尺寸。整体装置结构简单、使用方便、操作易控、测量精度和测量效率较高，可应用于伺服减速器生产厂家测试其伺服减速器的性能参数或评价出伺服减速器质量的优劣。本实用新型可促进国内伺服减速器行业的标准化生产，使伺服减速器的各项指标的基础标准与国际标准保持一致，达到推动伺服减速器产品升级的目的。
附图说明
图1是本实用新型提供的伺服减速器性能参数的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
一种伺服减速器性能参数的测量装置，如图1所示，包括机械部分和控制部分。所述机械部分由交流伺服电机1、伺服减速器2、磁粉离合器4、角位移放大器5、被测伺服减速器装载工位6、扭矩传感器7、磁粉制动器8和五个联轴器3构成；交流伺服电机1与伺服减速器2连接、伺服减速器2通过联轴器与磁粉离合器4连接、磁粉离合器4通过联轴器与角位移放大器5连接、数扭矩传感器7通过联轴器与磁粉制动器8连接；测试时，将被测伺服减速器安装于被测伺服减速器装载工位6上，被测伺服减速器两端分别通过联轴器与角位移放大器5和扭矩传感器7连接。所述控制部分由磁粉制动器控制器9、扭矩传感器调理电路10、数据采集卡11、角位移传感器12、磁粉离合器控制器13、工业控制计算机14和运动控制卡15构成；运动控制卡15与交流伺服电机1电气连接；磁粉离合器4与磁粉离合器控制器13电气连接；角位移传感器12机械安装在角位移放大器5上并与数据采集卡11电气连接；扭矩传感器7与调理电路10电气连接、调理电路10与数据采集卡11电气连接；磁粉制动器8与磁粉制动器控制器9电气连接；运动控制卡15、磁粉离合器控制器13、数据采集卡11、磁粉制动器控制器9与工业控制计算机14电气连接至工业控制计算机14的操作控制台。
测量装置通过计算机软件控制电机驱动、磁粉离合器离合、磁粉制动器加载、数据采集以及进行测量结果的分析，并且使得机械系统和控制系统协调工作。
上述技术方案中，被测伺服减速器装载工位6具有可调支架，能够根据被测伺服减速器外形结构调整中心距，以适应不同规格和型号的被测伺服减速器性能参数的测试。
本实用新型提供的伺服减速器性能参数的测量装置，各组成部分均采用现有的产品，其中所用到的各种传感器、控制器和运动控制卡的选择可严格按照测量要求的精度级别选择。本实用新型具有在适合的构架中运行的设备驱动程序，使用符合工业标准的应用编程接口降低了系统集成难度。具备软件的可升级性和硬件的可升级性。
本实用新型通过机械部分的改造，可以使用与高精度谐波齿轮减速器以及小模数圆柱齿轮减速器的破坏力矩、扭转刚度、空载精度、传动精度技术参数的测量。
Claims (2)
1.一种伺服减速器性能参数的测量装置，包括机械部分和控制部分；其特征在于：
所述机械部分由交流伺服电机(1)、伺服减速器(2)、磁粉离合器(4)、角位移放大器(5)、被测伺服减速器装载工位(6)、扭矩传感器(7)、磁粉制动器(8)和五个联轴器(3)构成；交流伺服电机(1)与伺服减速器(2)连接、伺服减速器(2)通过联轴器与磁粉离合器(4)连接、磁粉离合器(4)通过联轴器与角位移放大器(5)连接、扭矩传感器(7)通过联轴器与磁粉制动器(8)连接；测试时，将被测伺服减速器安装于被测伺服减速器装载工位(6)上，被测伺服减速器两端分别通过联轴器与角位移放大器(5)和扭矩传感器(7)连接；
所述控制部分由磁粉制动器控制器(9)、扭矩传感器调理电路(10)、数据采集卡(11)、角位移传感器(12)、磁粉离合器控制器(13)、工业控制计算机(14)和运动控制卡(15)构成；运动控制卡(15)与交流伺服电机(1)电气连接；磁粉离合器(4)与磁粉离合器控制器(13)电气连接；角位移传感器(12)机械安装在角位移放大器(5)上并与数据采集卡(11)电气连接；扭矩传感器(7)与扭矩传感器调理电路(10)电气连接、扭矩传感器调理电路(10)与数据采集卡(11)电气连接；磁粉制动器(8)与磁粉制动器控制器(9)电气连接；运动控制卡(15)、磁粉离合器控制器(13)、数据采集卡(11)、磁粉制动器控制器(9)与工业控制计算机(14)电气连接至工业控制计算机(14)的操作控制台。
2.根据权利要求1所述的伺服减速器性能参数的测量装置，其特征在于，所述被测伺服减速器装载工位(6)具有可调支架。
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