CN204241144U - 加载扭矩和扭力测试、控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及加载扭矩和扭力测试、控制装置，包括用于采集扭矩信号的扭矩传感器，扭矩传感器的信号经过信号隔离模块、滤波模块和放大模块后接至A/D芯片，A/D芯片连接采样单元，实现测试过程中的实时采样；采样单元连接用于接收扭矩传感器的采集数据并实时与设定的目标值对比的接有零位信号的主控单元；在达到目标值时，主控单元通过驱动单元，将用于停止电机动作的控制信号传输到电机驱动器；在没有达到目标值时，电机驱动器将用于驱动单元记录角度数据的编码器信号反馈给驱动单元。本实用新型将数据采集与处理和伺服、步进电机或变频器驱动集成于一体，有效提高测试过程中信号采集、传输的实时性，提高控制精度，还可以用于角度测试等。

Description

加载扭矩和扭力测试、控制装置

技术领域

本实用新型涉及扭矩、扭力测试控制领域，尤其是加载扭矩和扭力测试、控制装置。

背景技术

在扭矩扳手的生产和使用过程中，都需要对扭矩扳手进行检定。目前使用的自动加载扭矩扳子测试系统或检定仪大都利用二次仪表的串口扭矩数据输出功能，加上伺服或步进电机驱动模块来完成扭矩扳子的自动加载测试。采用这种模式时，联接部件多，降低了测试系统或检定仪的可靠性，扭矩传感器数据传输的实时性很差，影响了伺服、步进电机的控制精度，从而使得测量的扭矩扳子检定数据有较大的偏差；使用的二次仪表采用数码管来显示数据，可显示的信息量很少，并且该仪表存储数据量很小，且不能完成检定数据的检索功能。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的问题，提供一种检测可靠、准确性高的加载扭矩和扭力测试、控制装置。

本实用新型的技术方案是：

包括用于采集扭矩信号的扭矩传感器，扭矩传感器的信号经过信号隔离模块、滤波模块和放大模块后接至A/D芯片，A/D芯片连接采样单元，实现测试过程中的实时采样；采样单元连接用于接收扭矩传感器的采集数据并实时与设定的目标值对比的接有零位信号的主控单元；

在达到目标值时，主控单元通过驱动单元，将用于停止电机动作的控制信号传输到电机驱动器；在没有达到目标值时，电机驱动器将用于驱动单元记录角度数据的编码器信号反馈给驱动单元。

所述主控单元连接用于选择和输入采样参数以及输出显示特性数据的触摸屏。

所述触摸屏内部设置有用于完成多条件检定数据检索，以回调历史检定数据的历史表格控件。

所述主控单元的输入端连接用于手动控制电机驱动器的运行和停止的手控盒输出端。

所述手控盒、零位信号和主控单元之间以及驱动单元和电机驱动器之间均设置光电隔离器件和电机驱动信号整形器件。

所述采样单元、主控单元和驱动单元均为ARM级CPU，且均通过RS-232串口连接。

所述扭矩传感器、信号隔离模块、滤波模块、放大模块、A/D芯片、采样单元、主控单元和驱动单元均位于抗电磁干扰的屏蔽箱体内，箱体的操作面板设置有对加载机构进行控制操作的操作按钮、急停按钮和状态指示灯。

与现有技术相比，本实用新型有益的技术效果是：

本实用新型采用采样单元、主控单元和驱动单元连接外围辅助电路，设计成一块多控制单元板卡，多控制单元的板卡与外围部件的接线减少到了最少，扭矩传感器信号经过信号隔离、滤波、放大模块接至A/D芯片，完成扭矩和扭力测试过程中的实时采样，并快速传输数据到主控单元；主控单元接收扭矩传感器的采集数据并实时与设定的目标值对比，当达到目标值时，立即将控制信号快速通过驱动单元传输到电机驱动器，如伺服、步进电机驱动器或变频器，从而停止电机的动作，由于采样单元、主控单元和驱动单元是直接连接，其传输波特率很高，高波特率的数据传输使主控单元得到实时的传感器信号，并使得伺服、步进电机驱动器或变频器的控制精度得到保证；在没有达到目标值时，电机驱动器通过反馈编码器信号给驱动单元，以记录运动次数等。本实用新型将数据采集与处理和伺服、步进电机或变频器驱动集成于一体，有效提高扭矩和扭力测试过程中扭矩传感器信号采集、传输的实时性，精确伺服、步进电机驱动器或变频器的控制精度，还可以用于角度测试等。

进一步，本实用新型通过设置触摸屏，用户进行的测试参数的输入或选择和过程控制数据的显示均由触摸屏来完成，使得测试参数更容易的输入和选择，并使控制过程的数据展现在触摸屏上，很方便用户查阅，显示信息量大，对扭矩、扭力测试的过程状态和故障现象的显示，不仅能观察到实时的数据变化过程，还能快速排除故障，提高扭矩和扭力测试的效率。

进一步，本实用新型利用触摸屏内部的历史表格控件还可以完成多条件的检定数据检索功能，以回调历史检定数据。

进一步，本实用新型通过设置手控盒，用于伺服、步进电机驱动器或变频器的运行和停止的手动控制。

进一步，本实用新型所有接入主控单元、驱动单元的输入信号和驱动单元的输出信号都经过光电隔离器件，使外部电路与各CPU单元内部电路之间实现了电气上的光电隔离，减少了外界噪声、辐射的干扰；通过设置电机驱动信号整形器件，信号可靠度高。

进一步，本实用新型采用3个ARM级CPU，提高多CPU板卡的抗干扰性、稳定性和高可靠性；各自完成不同的任务，同时通过采用高波特率串口进行数据传输，使得扭矩传感器信号的采集实时性高，使得扭矩传感器数据和驱动电机的信号响应快速，从而提高伺服、步进电机驱动器或变频器的控制精度，抗干扰、安全性及可靠性得到不同程度的提升，保证产品更加稳定。

进一步，本实用新型各CPU单元外有箱体，起到抗电磁干扰的屏蔽作用，以保证其不受外界噪声、辐射的干扰；操作面板利于快速方便地对加载机构进行有效的控制操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理图；

图2是本实用新型的仪表箱及操作面板示意图；

其中：1-箱体；2-操作面板；3-触摸屏；4-急停按钮；5-状态指示灯；6-操作按钮。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

本实用新型是以采样扭矩扳子测试过程中扭矩传感器的实时数据与目标值进行比较来控制伺服、步进电机驱动器或变频器动作的仪表箱，为实现本仪表的功能，本电路中采用不同的技术方法：

参见图1，本实用新型主要包括：扭矩传感器信号输入、信号隔离模块、信号滤波模块、信号放大模块、16位高速A/D芯片、手控盒控制信号输入、加载装置零位信号输入、3个ARM级CPU构成的采样单元、主控单元和驱动单元，光电隔离器件、电机驱动信号整形器件和显示界面触摸屏3等部件。

本实用新型对输入的扭矩传感器信号进行信号隔离、滤波、放大处理后接入16位高速A/D芯片，A/D芯片连接采样单元，实现测试过程中的实时采样，保证扭矩传感器数据采集的实时性和可靠性；采样单元直接通过RS-232串口以4.5Mbit/s的波特率传输数据到主控单元；主控单元通过RS-232串口连接驱动单元，驱动单元依次通过光电隔离器件和电机驱动信号整形器件连接电机驱动器，电机驱动器连接电机并能够反馈信号给驱动单元。其中主控单元接收扭矩传感器的采集数据并实时与设定的目标值对比，当达到目标值时，立即将控制信号通过RS-232串口以4.5Mbit/s的波特率传输到驱动单元，由驱动单元传递给伺服、步进电机驱动器或变频器，从而停止电机的动作；在没有达到目标值时，电机驱动器通过反馈编码器信号给驱动单元，以使驱动单元记录角度数据等。主控单元上设置的人机接口采用工业级触摸屏，进行测试参数的输入和特性数据的显示，更便于操作人员准确了解当前的各种工作状态，界面友好直观，不仅增加了显示的信息量，还提供了检定数据的检索功能，提高扭矩、扭力测试过程中扭矩传感器信号采集、传输的实时性，精确伺服、步进电机驱动器或变频器的控制精度，可对扭矩、扭力测试的过程状态和故障现象进行显示，不仅能观察到实时的数据变化过程，还能快速排除故障，提高扭矩、扭力测试的效率。利用触摸屏内设置的历史数据表格控件，能够实现多条件的检定数据检索功能。手控盒和加载装置零位接近开关分别输入信号到主控单元。

其中手控盒和加载装置零位接近开关输入到主控单元的信号，输入到驱动单元的驱动器反馈的编码器信号，以及驱动单元驱动伺服、步进电机驱动器或变频器的驱动信号，均经过光电隔离和整形电路，使外部电路与各CPU单元内部电路之间实现了电气上的光电隔离，信号可靠度高。

本实用新型采用3个ARM级CPU作为主控单元、采样单元和驱动单元，提高多CPU板卡的抗干扰性、稳定性和高可靠性；连接外围辅助电路，设计成一块多CPU板卡，各自完成不同的任务，同时通过采用高波特率串口进行数据传输，使得扭矩传感器数据和驱动电机的信号响应快速，抗干扰、安全性及可靠性得到不同程度的提升，保证产品更加稳定。配置触摸屏作为采样参数的选择和输入以及特性数据的输出显示，配置手控盒用于伺服、步进电机驱动器或变频器的运行和停止的手动控制。本实用新型将数据采集与处理和伺服、步进电机或变频器驱动集成于一体。

参见图2，本实用新型的扭矩传感器、信号隔离滤波、信号放大、16位高速A/D芯片、CPU、手控盒和加载装置等均位于箱体1内，箱体1采用铝合金材料制成，整体架构简单，利于屏蔽电磁干扰。触摸屏3安装在箱体1上，箱体1的操作面板2还安装有对加载机构进行控制操作的操作按钮6、急停按钮4和状态指示灯5，其中，状态指示灯5包括手轮、零位和错误等，操作按钮6包括加载、卸载和停止等操作按钮。

本实用新型采用以3个ARM级CPU为主控核心单元，触摸屏为人机接口，以高波特率数据传输为主要特性，实现伺服、步进电机驱动器或变频器的精确控制，本实用新型与外围部件接线少、故障率小，各CPU单元还采用了抗电磁干扰的屏蔽措施，以保证其不受外界噪声、辐射的干扰，抗干扰能力强；同时安全可靠性大大提高，方便维护，与以往扭矩测试系统或检定仪的实现方法上有很大的改进，在提高生产效率，改善产品的稳定性、一致性，便于维护升级方面具有更新的优点。

本实用新型能对配接的扭矩传感器进行AD数据采集，扭矩传感器信号经过信号隔离、滤波、放大模块接至16位高速A/D芯片，由于两个ARM级CPU在印制板上是直接串口连接，其传输波特率很高，从而为主控单元得到实时的传感器信号和精确控制伺服、步进电机驱动器或变频器的精度提供了依据；同时控制伺服、步进电机驱动器或变频器来驱动加载装置动作，并将加载过程及测量数据(扭矩或扭力数据)实时显示在触摸屏上，同时提供多条件的检定数据检索功能。多CPU的板卡与外围部件的接线减少到了最少，具有很强的抗干扰能力；高波特率的数据传输使得伺服、步进电机驱动器或变频器的控制精度得到保证；触摸屏的配置使得测试参数更容易的输入和选择，并使控制过程的数据展现在触摸屏上，很方便用户查阅和多条件检索检定数据。

以上对本实用新型实施例所提供的加载扭矩和扭力测试、控制装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，凡依据本实用新型设计思想所做的任何改变都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：包括用于采集扭矩信号的扭矩传感器，扭矩传感器的信号经过信号隔离模块、滤波模块和放大模块后接至A/D芯片，A/D芯片连接采样单元，实现测试过程中的实时采样；采样单元连接用于接收扭矩传感器的采集数据并实时与设定的目标值对比的接有零位信号的主控单元；

在达到目标值时，主控单元通过驱动单元，将用于停止电机动作的控制信号传输到电机驱动器；在没有达到目标值时，电机驱动器将用于驱动单元记录角度数据的编码器信号反馈给驱动单元。

2.根据权利要求1所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述主控单元连接用于选择和输入采样参数以及输出显示特性数据的触摸屏(3)。

3.根据权利要求2所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述触摸屏(3)内部设置有用于完成多条件检定数据检索，以回调历史检定数据的历史表格控件。

4.根据权利要求1所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述主控单元的输入端连接用于手动控制电机驱动器的运行和停止的手控盒输出端。

5.根据权利要求4所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述手控盒、零位信号和主控单元之间以及驱动单元和电机驱动器之间均设置光电隔离器件和电机驱动信号整形器件。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述采样单元、主控单元和驱动单元均为ARM级CPU，且均通过RS-232串口连接。

7.根据权利要求6所述的加载扭矩和扭力测试、控制装置，其特征在于：所述扭矩传感器、信号隔离模块、滤波模块、放大模块、A/D芯片、采样单元、主控单元和驱动单元均位于抗电磁干扰的屏蔽箱体(1)内，箱体(1)的操作面板(2)设置有对加载机构进行控制操作的操作按钮(6)、急停按钮(4)和状态指示灯(5)。