专利名称：装置内走线干扰力矩测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种干扰力矩测试系统及测试方法，具体地说，是涉及一种对 装置内的导线(即走线)的干扰力矩进行测试的系统及测试的方法。
技术背景在运动控制领域的很多场合下，装置内部都需要走线，装置内部的走线会 导致内部导线对装置本身产生干扰力矩，而产生的干扰力矩会对装置的运动控 制带来影响。目前，对于导线干扰力矩的测试标定，大多数的做法是借助于传统检测仪 器来采用估算方式得出，还没有专业的设备或仪器来对导线干扰力矩进行测试 而做出准确标定。而且，虽然近几年来检测仪器的精度、功能及性能随着微电 子技术和大规模集成电路技术的发展在不断地提高，但是，在测试参数较多的 复杂场合下，其局限性非常明显，例如，传统的检测仪器存在仪表分散工作、 成本高、维护困难、资源配置不充分等缺点。由此可见，设计出快速、准确、 精度高的装置内走线干扰力矩测试系统及测试方法，对解决导线干扰力矩准确 标定问题具有十分重要的意义。 发明内容本发明的目的在于提供一种装置内走线干扰力矩测试系统及测试方法，该 测试系统结构简单，安装方便，该测试系统只需一个测试人员按照该测试方法 进行测试，便可快速得到装置内导线在不同转动位置上的干扰力矩，省时省力， 且测量精度高。为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案一种装置内走线干扰力矩测试系统，其特征在于它包括步进电机、转矩 传感器、底座平台和计算机，其中该底座平台上放置该步进电机、转矩传感 器和被测装置，该步进电机的输出轴通过联轴器与该转矩传感器旋转轴的一端 相连，该转矩传感器旋转轴的另一端通过联轴器与被测装置上安装的固定轴相 连，该步进电机的驱动器和转矩传感器均与计算机相连。所述步进电机由电机支架支撑，所述转矩传感器由传感器支架支撑，所述 被测装置由装置支架支撑，该装置支架用于支撑被测装置，并使被测装置在该 装置支架上旋转。所述电机支架下叠设有多片电机支架调整垫片，所述传感器支架下叠设有多片传感器支架调整垫片，该电机支架调整垫片和传感器支架调 整垫片均为楔形结构，'该电机支架调整垫片用于调整步进电机的高度，该传感 器支架调整垫片用于调整转矩传感器的高度，以使步进电机、转矩传感器和被 测装置三者的轴等高。所述底座平台上设有三个T型槽，该三个T型槽处于一条直线上，该三个 T型槽处分别固定所述电机支架、传感器支架、装置支架，以使步进电机、转 矩传感器和被测装置三者的轴处于同一纵平面。所述底座平台为铸铁底座平台所述步进电机驱动器的输入端与所述计算机PCI插槽内插接的PCI采集卡 的接线端相连，所述转矩传感器的输出端与所述计算机PCI插槽内插接的AD 数据采集卡的接线端相连。一种装置内走线干扰力矩测试方法，其特征在于它包括如下步骤 步骤1:在未安装走线的被测装置上固设固定轴后，将该被测装置置于装 置支架上；步骤2:调整电机支架调整垫片和传感器支架调整垫片，使得步进电机、 转矩传感器和被测装置三者的轴等高，通过联轴器将被测装置的固定轴与转矩 传感器的旋转轴相连；步骤3:计算机控制步进电机以设定角度带动被测装置旋转多圈，转矩传 感器采样每圈内不同角度下的瞬时扭矩值，虚拟仪器软件计算出不同角度下的 平均扭矩值；步骤4:在被测装置内安装全部走线后，将该被测装置置于装置支架上； 步骤5:调整电机支架调整垫片和传感器支架调整垫片，使得步进电机、转矩传感器和被测装置三者的轴等高，通过联轴器将被测装置的固定轴与转矩传感器的旋转轴相连；步骤6:计算机控制步进电机以设定角度带动被测装置旋转多圈，转矩传感器采样每圈内不同角度下的瞬时扭矩值，虚拟仪器软件计算出不同角度下的平均扭矩值；步骤7:将步骤6测得的平均扭矩值与步骤3测得的平均扭矩值相减，得 到内部导线在不同角度下对被测装置所产生的干扰力矩-本发明的优点是1、在本发明测试系统中，由于通过调整垫片可对步进电机和转矩传感器 的轴高进行调节，通过底座平台上的T型槽可使得步进电机、转矩传感器和被测装置三者的轴处于同一纵平面，所以步进电机、转矩传感器和被测装置可以 很好地满足仪器安装向轴度的要求，从而保证了装配精度，使得测试结果更加 准确，设备的装配不会引入测试误差，并且，测试精度还可通过本发明测试系 统中的机械零件精度、传感器精度来保证。2、 本发明测试系统结构简单，装配精度高，只需一个测试人员便可快速 得到装置内导线在不同转动位置上的干扰力矩，省时省力，且测量精度高。本 发明测试系统不仅可对内部走线装置的静态参数进行测试，还可对其动态性能 进行测试。3、 通过本发明测试方法对内部走线装置进行测试，可精确得到不同角度 下内部走线装置的走线干扰力矩值，从而为提高内部走线装置的运动控制精度 和走线方式的改进提供了一个重要的参考依据。
图1是本发明装置内走线干扰力矩测试系统的组成示意图； 图2是电机支架调整垫片的结构示意图； 图3是图2的B-B剖视图；图4是本发明装置内走线干扰力矩测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。如图1所示，本发明装置内走线干扰力矩测试系统包括步进电机1、转矩 传感器3、底座平台10和计算机13。该底座平台10上放置该步进电机1、转 矩传感器3和被测装置5，该步进电机1的输出轴通过联轴器2与该转矩传感 器3旋转轴的一端相连，该转矩传感器3旋转轴的另一端通过联轴器4与被测 装置5上安装的固定轴6相连，该步进电机1的驱动器和转矩传感器3均与计 算机13相连。步进电机1驱动器的输入端与计算机13的PCI插槽内插接的PCI 采集卡(PCI-6601采集卡)的接线端相连，转矩传感器3的输出端与计算机13 的PCI插槽内插接的AD数据采集卡的接线端相连。步进电机1由电机支架7支撑，转矩传感器3由传感器支架8支撑，被测 装置5由装置支架9支撑。电机支架7和传感器支架8起支撑作用，装置支架 9不仅用于支撑被测装置5，还用于使被测装置5能在该装置支架9上旋转。 当然，若被测装置5上的被测部分本身是可旋转的，那么只需将被测装置5的 固定端安装在装置支架9上，被测装置5的转动端(被测部分)安装固定轴6， 这样固定轴6在步进电机1的带动下，便可带动被测装置5的转动端旋转。电机支架7下叠设有多片电机支架调整垫片li，传感器支架8下叠设有多片传感 器支架调整垫片12。该电机支架调整垫片11和传感器支架调整垫片12均为楔 形结构。图2和图3示出了电机支架调整垫片11的结构，该电机支架调整垫 片ll的截面为楔形，楔形顶角a约3。，垫片的中心部分设有一孔111，固定 电机支架7的固定部件位于该孔111中，这样不会影响垫片的左右前后移动， 该电机支架调整垫片11用于调整步进电机1的高度。传感器支架调整垫片12 的结构与电机支架调整垫片11的结构相同，该传感器支架调整垫片12用于调整转矩传感器3的高度。通过该电机支架调整垫片11和传感器支架调整垫片 12间的协调调整，最终的目标是使得步进电机1、转矩传感器3和被测装置5 三者的轴等高。例如，如图l，电机支架7和传感器支架8下均设有组合在一 起的两个楔形垫片，改变两个楔形垫片的相对位置可调整设备的高度，最终实 现各设备的轴等高。在底座平台IO上设有三个T型槽(图中未示出)，该三个T型槽处于一 条直线上，该三个T型槽处分别固定电机支架7、传感器支架8、装置支架9， 以使步进电机1、转矩传感器3和被测装置5三者的轴处于同一纵平面。可见，上述结构可保证步进电机1、转矩传感器3和被测装置5三者的轴 处于同一水平线上，从而满足测试需要的装配精度，即满足仪器安装的同轴度 要求。实际应用中，底座平台10可为铸铁底座平台。采用铸铁底座平台做为测 试用的平台，对隔离振动有良好的效果。在本发明中，计算机13中安装了用于测试的虚拟仪器软件，该虚拟仪器 软件基于NI公司的LabWindows/C VI开发环境创建，该软件主要负责电机控制、 数据采集与存储、数据协议交互、路径规划、界面显示等任务。本发明测试系统工作时，虚拟仪器软件通过PCI采集卡控制步进电机1按 照设定转速、角度旋转，同时转矩传感器3对带动旋转的被测装置5采样不同 角度下的瞬时扭矩值，然后转矩传感器3将瞬时扭矩值通过AD数据采集卡传 输到计算机13内，由虚拟仪器软件将瞬时扭矩值转换为扭矩值，从而进行显 示和保存。通过本发明测试系统测量装置内走线干扰力矩前，先要对测试系统进行组 装和调试。实际组装完成后，要检査各设备是否满足同轴度要求，过程为旋 转联轴器2或4 一圈，观察计算机13上显示的转矩传感器数值变化。若数值 变化率小于满量程的0.2%，则表明组装满足测试用同轴度要求，反之，则表明组装没有满足同轴度要求，那么便要对联轴器2和4分别进行检査，即将被 测装置5与联轴器4分离进行检査，以及将步进电机1与联轴器2分离进行检 査，直到两端安装都达到同轴度要求。采用有限元软件ANSYS WORKBENCH 10.0对联轴器的静力学分析表明，在转矩传感器3满量程的力矩条件下，联轴 器的变形误差微小，不会在步进电机1与被测装置5之间引入测量误差。而且， 对被测装置5的模态分析表明，被测装置5的激振频率(步进电机1即为激振 源)与底座平台10的固有频率相差很大，不会发生由共振现象引起测试精度 下降的情况。因此，满足同轴度要求后，即可对被测装置5进行干扰力矩测试。 如图4所示，本发明装置内走线干扰力矩测试方法包括如下步骤 步骤1:在未安装走线的被测装置5上固设固定轴6 (固定轴6要安装在 被测装置5的中心轴线上)后，将该被测装置5置于装置支架9上(底座平台 10自身设有的T型槽可使步进电机1 、转矩传感器3和被测装置5三者的轴处 于同一纵平面)。步骤2:调整电机支架调整垫片11和传感器支架调整垫片12，使得步进 电机1、转矩传感器3和被测装置5三者的轴等高，步进电机1、转矩传感器3 和被测装置5满足同轴度要求后，通过联轴器4将被测装置5的固定轴6与转 矩传感器3的旋转轴相连。步骤3:步进电机1轴角度传感器清零、转矩传感器3清零，计算机13控 制步进电机1以设定角度带动被测装置5旋转多圈，转矩传感器3采样每圈内 不同角度下的瞬时扭矩值，瞬时扭矩值由AD数据采集卡传输到计算机13后， 由虚拟仪器软件计算出不同角度下的平均扭矩值。例如，在实际测试时，可控制步进电机i以每分钟4转的转速在o。至360°转动，设定角度为r ，即每转1° ，转矩传感器进行一次采样。步骤4:在被测装置5内安装全部走线后，将该被测装置5置于装置支架 9上(底座平台10自身设有的T型槽可使步进电机1、转矩传感器3和被测装 置5三者的轴处于同一纵平面)。步骤5:调整电机支架调整垫片11和传感器支架调整垫片12,使得步进 电机1、转矩传感器3和被测装置5三者的轴等高，步进电机1、转矩传感器3 和被测装置5满足同轴度要求后，通过联轴器4将被测装置5的固定轴6与转 矩传感器3的旋转轴相连。步骤6:步进电机1轴角度传感器清零、转矩传感器3清零，计算机13控 制步进电机1以设定角度带动被测装置5旋转多圈，转矩传感器3采样每圈内不同角度下的瞬时扭矩值，瞬时扭矩值由AD数据采集卡传输到计算机13后， 由虛拟仪器软件计算出不同角度下的平均扭矩值。例如，在实际测试时，可控制步进电机i以每分钟4转的转速在o。至360°转动，设定角度为r ，即每转1° ，转矩传感器进行一次采样。步骤7:将步骤6测得的平均扭矩值与步骤3测得的平均扭矩值相减，便 得到内部导线在不同角度下对被测装置5所产生的干扰力矩，从而在计算机13 上绘制出干扰力矩曲线。本发明的优点是.-1、 在本发明测试系统中，由于通过调整垫片可对步进电机和转矩传感器 的轴高进行调节，通过底座平台上的T型槽可使得步进电机、转矩传感器和被 测装置三者的轴处于同一纵平面，所以步进电机、转矩传感器和被测装置可以 很好地满足仪器安装同轴度的要求，从而保证了装配精度，使得测试结果更加 准确，设备的装配不会引入测试误差，并且，测试精度还可通过本发明测试系 统中的机械零件精度、传感器精度来保证。2、 本发明测试系统结构简单，装配精度高，只需一个测试人员便可快速 得到装置内导线在不同转动位置上的干扰力矩，省时省力，且测量精度高本 发明测试系统不仅可对内部走线装置的静态参数进行测试；还可对其动态性能 进行测试。3、 通过本发明测试方法对内部走线装置进行测试，可精确得到不同角宝 下内部走线装置的走线干扰力矩值，从而为提高内部走线装置的运动控制精度 和走线方式的改进提供了一个重要的参考依据。
权利要求
1. 一种装置内走线干扰力矩测试系统，其特征在于它包括步进电机、转矩传感器、底座平台和计算机，其中该底座平台上放置该步进电机、转矩传感器和被测装置，该步进电机的输出轴通过联轴器与该转矩传感器旋转轴的一端相连，该转矩传感器旋转轴的另一端通过联轴器与被测装置上安装的固定轴相连，该步进电机的驱动器和转矩传感器均与计算机相连。
2、 根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于所述步进电机由电机 支架支撑，所述转矩传感器由传感器支架支撑，所述被测装置由装置支架支撑， 该装置支架用于支撑被测装置和使被测装置在该装置支架上旋转。
3、 根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于所述电机支架下叠设 有多片电机支架调整垫片，所述传感器支架下叠设有多片传感器支架调整垫 片，该电机支架调整垫片和传感器支架调整垫片均为楔形结构，该电机支架调 整垫片用于调整步进电机的高度，该传感器支架调整垫片用于调整转矩传感器 的高度，以使步进电机、转矩传感器和被测装置三者的轴等高。
4、 根据权利要求2或3所述的测试系统，其特征在于所述底座平台上设有三个T型槽，该三个T型槽处于一条直线上，该三个T型槽处分别固定所述电机支架、传感器支架、装置支架，以使步进电机、转矩传感器和被测装置 三者的轴处于同一纵平面。
5、 根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于所述底座平台为铸铁底座平台。
6、 根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于所述步进电机驱动器的输入端与所述计算机PCI插槽内插接的PCI采集卡的接线端相连，所述转矩 传感器的输出端与所述计算机PCI插槽内插接的AD数据采集卡的接线端相连。
7、 一种装置内走线千扰力矩测试方法，其特征在于它包括如下步骤 步骤1:在未安装走线的被测装置上固设固定轴后，将该被测装置置于装置支架上；步骤2:调整电机支架调整垫片和传感器支架调整垫片，使得步进电机、 转矩传感器和被测装置三者的轴等高，通过联轴器将被测装置的固定轴与转矩 传感器的旋转轴相连；步骤3:计算机控制步进电机以设定角度带动被测装置旋转多圈，转矩传感器采样每圈内不同角度下的瞬时扭矩值，虛拟仪器软件计算出不同角度下的 平均扭矩值；步骤4:在被测装置内安装全部走线后，将该被测装置置于装置支架上； 步骤5:调整电机支架调整垫片和传感器支架调整垫片，使得步进电机、转矩传感器和被测装置三者的轴等高，通过联轴器将被测装置的固定轴与转矩传感器的旋转轴相连；步骤6:计算机控制步进电机以设定角度带动被测装置旋转多圈，转矩传感器采样每圈内不同角度下的瞬时扭矩值，虚拟仪器软件计算出不同角度下的平均扭矩值；步骤7:将步骤6测得的平均扭矩值与步骤3测得的平均扭矩值相减，得 到内部导线在不同角度下对被测装置所产生的干扰力矩=
全文摘要
本发明公开了一种装置内走线干扰力矩测试系统及测试方法。在测试系统中，底座平台上放置步进电机、转矩传感器和被测装置，步进电机输出轴经联轴器与转矩传感器旋转轴一端相连，转矩传感器旋转轴另一端经联轴器与被测装置上的固定轴相连，步进电机驱动器和转矩传感器与计算机相连。测试方法为将未走线的被测装置置于装置支架上，调整设备轴高，连接被测装置，电机旋转，采样瞬时扭矩值，计算平均扭矩值，相似地，对安装全部走线的被测装置采样瞬时扭矩值，计算平均扭矩值；将两次测得的平均扭矩值相减，即得干扰力矩。本发明测试系统结构简单，装配精度高，测量结果准确。本发明测试方法可精确得到不同角度下内部走线装置的走线干扰力矩值。
文档编号G01L3/00GK101281069SQ20081010634
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者周留栓, 孙汉旭, 张小东, 明 褚, 贾庆轩, 彬 韩 申请人:北京邮电大学