專利名稱：一種多維數(shù)的角度傳感器檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多維數(shù)的角度傳感器檢測方法與裝置，屬于光機(jī)電一體化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
角度傳感器是測量旋轉(zhuǎn)體角位移等物理參數(shù)的傳感器，高精度角度傳感器在工業(yè)、科研和國防等各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，為了清楚地了解角度傳感器的測量精度，在用戶使用之前，需要高精度的測量裝置對其精度進(jìn)行靜態(tài)精度和動態(tài)精度進(jìn)行檢驗(yàn)。目前國內(nèi)外對角度傳感器的檢測設(shè)備已有若干種，與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是北京理工大學(xué)自動化學(xué)院研制的角度傳感器檢測裝置，如圖1和圖2所示是由本體1、蝸桿安裝座2、蝸輪3、軸4、蝸桿5、連軸蓋板6、軸承蓋7、底板8、角度傳感器安裝板9、被測角度傳感器10、聯(lián)軸器11、增量式碼盤12、步進(jìn)電機(jī)13組成的。該檢測設(shè)備是靜態(tài)檢測，能對18位及以下的角度傳感器的靜態(tài)精度進(jìn)行檢測，無法進(jìn)行動態(tài)精度檢測，且只能在單軸單個平面上進(jìn)行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種多維數(shù)的角度傳感器檢測方法與裝置，對角度傳感器進(jìn)行高精度的靜態(tài)和動態(tài)精度檢測，并可實(shí)現(xiàn)對多種角度傳感器在多軸多平面進(jìn)行精度檢測。該多維數(shù)的角度傳感器檢測裝置包括機(jī)箱14、閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15、轉(zhuǎn)軸16、角度傳感器安裝座17、被測角度傳感器a 18、聯(lián)軸器19、被測角度傳感器b 20、蝸輪A 21、蝸桿B22、蝸桿安裝底座23、調(diào)平機(jī)構(gòu)24 ;閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15與蝸桿B 22的一端通過聯(lián)軸器19連接，被測角度傳感器b 20通過聯(lián)軸器19與蝸桿B 22的另一端連接，被測角度傳感器a 18通過聯(lián)軸器19與轉(zhuǎn)軸16連接，被測角度傳感器a 18和被測角度傳感器b 20都通過角度傳感器安裝座17固定在機(jī)箱14外部，轉(zhuǎn)軸16與蝸輪A 21連接，蝸輪A 21蝸桿B 22通過蝸桿安裝底座23固定在機(jī)箱14內(nèi)部，被測角度傳感器a 18、被測角度傳感器b 20都通過角度傳感器安裝座17安裝于機(jī)箱14外部，調(diào)平結(jié)構(gòu)24安裝在機(jī)箱14外部，計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過線纜分別與閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15、被測角度傳感器a 18和被測角度傳感器b 20連接。該多維數(shù)的角度傳感器檢測方法，包括以下步驟第一步將被測角度傳感器a 18或者被測角度傳感器b 20通過角度傳感器安裝座17安裝于機(jī)箱14外部；第二步計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過線纜分別與閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15、被測角度傳感器a 18和被測角度傳感器b 20連接。第三步由安裝在機(jī)箱14外部的調(diào)平結(jié)構(gòu)24調(diào)節(jié)機(jī)箱14的水平位置。第四步由計(jì)算機(jī)控制單元控制閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15轉(zhuǎn)動，通過聯(lián)軸器19帶動固定在蝸桿安裝底座23上的蝸桿B 22轉(zhuǎn)動，若是安裝了被測角度傳感器a 18，則由蝸桿B 22帶動蝸輪A 21，通過與蝸輪A 21連接的轉(zhuǎn)軸16帶動被測角度傳感器a 18轉(zhuǎn)動；若是安裝了被測角度傳感器b 20，則閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)15通過聯(lián)軸器19和蝸桿B 22直接帶動被測角度傳感器b20轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對多種角度傳感器在多軸多平面進(jìn)行檢測。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能對角度傳感器進(jìn)行高精度的靜態(tài)和動態(tài)精度檢測，并可實(shí)現(xiàn)對多種角度傳感器在多軸多平面進(jìn)行精度檢測。降低了相關(guān)的檢測成本，提高了檢測精度，可以對20位及以下的角度傳感器進(jìn)行靜態(tài)精度檢測，可以對12位及以下的角度傳感器進(jìn)行動態(tài)精度檢測。同時，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上考慮了多種不同規(guī)格、不同接口的角度傳感器精度檢測的要求。本發(fā)明不僅可以自動地對角度傳感器指定的輸出角度進(jìn)行靜態(tài)測試，還可以按照指定的運(yùn)動方式對角度傳感器進(jìn)行動態(tài)測試，并自動給出測試報(bào)告。極大的滿足了角度傳感器的生產(chǎn)者和使用者對角度傳感器精度檢測數(shù)字化、自動化的要求，使用本發(fā)明的用戶可大大提高工作效率及檢測精度。


圖1、圖2是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明多維數(shù)的角度傳感器檢測裝置的原理框圖；圖4、圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖5是圖4的A-A視圖；圖6是機(jī)箱外部示意圖；圖7是本發(fā)明多維數(shù)的角度傳感器檢測方法流程圖；圖8是角度傳感器靜態(tài)檢測曲線；圖9是角度傳感器動態(tài)檢測曲線。圖中標(biāo)記號1-本體,2-蝸桿安裝座，3-蝸輪,4_軸,5-蝸桿,6_聯(lián)軸蓋板，7_軸承蓋,8_底板，9-角度傳感器安裝板，10-被測角度傳感器，11-聯(lián)軸器，12-增量式碼盤，13-步進(jìn)電機(jī)；14-機(jī)箱，15-閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，16-轉(zhuǎn)軸，17-角度傳感器安裝座，18-被測角度傳感器a，19-聯(lián)軸器，20-被測角度傳感器b，21-蝸輪A，22-蝸桿B，23-蝸桿安裝底座，24-調(diào)平機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明檢測裝置的原理框圖如圖3所示，結(jié)構(gòu)示意圖如圖4、圖5、圖6所示。1.檢測原理對角度傳感器進(jìn)行靜態(tài)精度檢測，需要被測角度傳感器低速勻速旋轉(zhuǎn)，檢測裝置采用高精度閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)輸出可精確控制的轉(zhuǎn)動角度，由高精度的蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行大減速比減速，由此可以控制步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一步使與其相連的光電編碼器轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。由于減速比的存在，系統(tǒng)的誤差被大大縮小，而且設(shè)備的加工誤差被控制在一個很小的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的檢測精度可以保證。此外，電機(jī)與被測角度傳感器都處于密閉箱體及安裝殼內(nèi)，可以有效減少灰塵等干擾，保證檢測精度。本系統(tǒng)單脈沖可控制電機(jī)轉(zhuǎn)動O. 375"，而21位絕對式光電編碼器的分辨率為O. 625"。對角度傳感器進(jìn)行動態(tài)精度檢測，需要被測角度傳感器勻變速或者變加速連續(xù)旋轉(zhuǎn)，動態(tài)低速檢測時，可以利用上述由高精度的蝸輪蝸桿減速器進(jìn)行大減速比減速后的輸出軸進(jìn)行動態(tài)檢測；動態(tài)高速檢測時，電機(jī)輸出軸不經(jīng)過蝸輪蝸桿減速器而直接與被測角度傳感器進(jìn)行連接。利用閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)高精度輸出，本系統(tǒng)可以對12位及以下角度傳感器進(jìn)行動態(tài)精度檢測。為了實(shí)現(xiàn)對多種不同角度傳感器進(jìn)行檢測，需要多個檢測平面，檢測裝置設(shè)計(jì)有兩個檢測平面，可以通過將其進(jìn)行空間翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)多平面檢測的需要，同時裝置具有調(diào)平結(jié)構(gòu)，可滿足角度傳感器的水平檢測需求。2.檢測裝置組成、功能及連接方式檢測裝置主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，電機(jī)及控制部分，數(shù)據(jù)采集傳輸與處理部分等幾大部分組成。(I)機(jī)械部分如圖4、圖5和圖6所示，檢測裝置為密閉箱體結(jié)構(gòu)，被測角度傳感器安裝于機(jī)箱外殼，設(shè)有三個調(diào)平螺母及氣泡，可以保證測量軸的水平與豎直。機(jī)箱內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)15與蝸桿B22的一端通過聯(lián)軸器19連接，被測角度傳感器b20通過聯(lián)軸器19與蝸桿B22的另一端連接，被測角度傳感器al8通過聯(lián)軸器19與轉(zhuǎn)軸16連接，軸16與蝸輪A21連接，蝸輪A21和蝸桿B22通過蝸桿安裝底座23固定在機(jī)箱內(nèi)部。計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過數(shù)據(jù)線分別與步進(jìn)電機(jī)15、被測角度傳感器al8和被測角度傳感器b20連接。(2)電機(jī)與控制部分本系統(tǒng)采用高精度閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)，電機(jī)采用三相混合式步進(jìn)電機(jī)，有高解析度的光學(xué)式編碼器作為反饋，每25微妙的高速采樣時間追蹤位置，若有位置上的偏差可即時修正補(bǔ)償位置偏差量，確保精準(zhǔn)定位。配有專用驅(qū)動器，可選擇5000、10000、20000、32000線等不同精度，轉(zhuǎn)向可調(diào)。采用集成在工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡通過對電機(jī)驅(qū)動器對電機(jī)進(jìn)行控制，可向驅(qū)動器提供指定頻率和指定脈沖個數(shù)的脈沖輸出，由此可按規(guī)定的要求控制電機(jī)運(yùn)動。(3)數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、傳輸部分主要集成在數(shù)據(jù)采集卡上，數(shù)據(jù)采集卡安裝在工控機(jī)上。角度傳感器的輸出信號，經(jīng)過簡單的處理，可通過串口、并口、USB、CAN總線等不同接口形式傳送到數(shù)據(jù)采集卡，再傳送到工控機(jī)，配合系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集卡支持串口、并口、USB、CAN總線等不同接口，可與工控機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)的采集與電機(jī)的控制等都通過工控機(jī)上人機(jī)交互界面進(jìn)行控制。(4)電源部分電源部分安裝在工控機(jī)安裝箱內(nèi)。系統(tǒng)外部提供220V交流電，通過變壓器降壓整流到直流24V，其中一部分提供給步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動器，另一部分進(jìn)一步降壓為12V，5V，3. 3V等，可以給多種角度傳感器提供電源。3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件框圖如圖7所示。軟件采用VC編寫，提供人機(jī)交互界面，軟件主要包含電機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。電機(jī)控制模塊，主要由可調(diào)頻率脈沖輸出程序、脈沖計(jì)數(shù)程序組成，可調(diào)頻率方波由數(shù)據(jù)采集卡輸出，通過脈沖計(jì)數(shù)程序控制輸出方波數(shù)，如此就可以控制步進(jìn)電機(jī)按一定的速度旋轉(zhuǎn)指定的角度。數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時的接收數(shù)據(jù)采集卡所采集的數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)流并獲取其中有用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊，將數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，保存在數(shù)據(jù)圖表中。由于輸入數(shù)據(jù)碼值不同，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，然后將各個測試點(diǎn)的讀數(shù)值轉(zhuǎn)換成角度值，利用理論角度值計(jì)算檢測的誤差值，平均值和方差等信息。完成數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)圖。人機(jī)交互模塊，主要完成被測角度傳感器各類參數(shù)的設(shè)置，如被測角度傳感器的類型、位數(shù)、接口方式、數(shù)據(jù)碼值等；檢測方式的設(shè)置，包括靜態(tài)檢測、動態(tài)檢測、檢測速度 的設(shè)置；數(shù)據(jù)保存及輸出模式的設(shè)置；數(shù)據(jù)通信的設(shè)置；實(shí)時顯示當(dāng)前測量數(shù)據(jù)、電機(jī)狀態(tài) 坐寸ο 下文提供兩個實(shí)施例，分別對兩種不同的角度傳感器在不同的測量平面進(jìn)行檢測，實(shí)施例一為靜態(tài)檢測，實(shí)施例二為動態(tài)檢測。1.實(shí)施例一本實(shí)施例為對絕對式角度傳感器進(jìn)行靜態(tài)精度檢測。按圖3至圖6所示連接方式安裝好檢測裝置，選擇相應(yīng)的聯(lián)軸器和角度傳感器安裝板，將被測角度傳感器安裝在相應(yīng)的安裝板上。連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)電纜。由于本例進(jìn)行靜態(tài)精度測試，需要將被測角度傳感器連接到通過蝸輪蝸桿減速的輸出軸。由于本例選擇絕對式光電編碼器進(jìn)行測試，對水平或者測量方式?jīng)]有要求，故可選擇將檢測裝置按兩種安放方式中的任意一種進(jìn)行安放，如圖4中所示安放方式，或者將裝置沿A-A空間翻轉(zhuǎn)90度。在裝有本發(fā)明專用軟件的工控機(jī)上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如被測角度傳感器類型(本例為絕對式光電編碼器)，被測角度傳感器位數(shù)(本例為15位)，接口方式(本例為15位并口)，數(shù)據(jù)碼制(本例為BCD碼)，檢測方式(本例為靜態(tài)檢測)，檢測角度(本例為I度)檢測速度(本例為10度/秒)，輸出模式(本例為數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)圖)。點(diǎn)擊開始測量，本例對某型15位絕對式光電編碼器一周共360個點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)檢測。當(dāng)系統(tǒng)提示測量結(jié)束后，可按照要求輸出數(shù)據(jù)。表I給出了該型絕對式光電編碼器測量的部分?jǐn)?shù)據(jù)。圖8為該型對式光電編碼器轉(zhuǎn)動一周每一度檢測所得到的角度誤差曲線。表I角度傳感器靜態(tài)測量部分?jǐn)?shù)據(jù)(每次轉(zhuǎn)I度)
Fl~[1 1j角度值(° ) j角度差值(° )j誤差(° ) 115625171.670.97-0.03
215719172. 71.030Γθ3
315810173. 7 O
415900174.690.99-0.0權(quán)利要求
1.多維數(shù)的角度傳感器檢測裝置，其特征在于包括機(jī)箱(14)、閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)、 轉(zhuǎn)軸(16)、角度傳感器安裝座(17)、被測角度傳感器a(18)、聯(lián)軸器(19)、被測角度傳感器 b(20)、蝸輪A(21)、蝸桿B(22)、蝸桿安裝底座(23)、調(diào)平機(jī)構(gòu)(24);閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)與蝸桿B (22)的一端通過聯(lián)軸器(19)連接，被測角度傳感器b (20)通過聯(lián)軸器(19)與蝸桿 B (22)的另一端連接，被測角度傳感器a(18)通過聯(lián)軸器(19)與轉(zhuǎn)軸(16)連接，被測角度傳感器a (18)和被測角度傳感器b (20)都通過角度傳感器安裝座(17)固定在機(jī)箱(14)外部，轉(zhuǎn)軸(16)與蝸輪A (21)連接，蝸輪A (21)蝸桿B (22)通過蝸桿安裝底座(23)固定在機(jī)箱(14)內(nèi)部，被測角度傳感器a(18)、被測角度傳感器b (20)都通過角度傳感器安裝座 (17)安裝于機(jī)箱(14)外部，調(diào)平結(jié)構(gòu)(24)安裝在機(jī)箱(14)外部，計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過線纜分別與閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)、被測角度傳感器a(18)和被測角度傳感器b(20)連接。
2.—種多維數(shù)的角度傳感器檢測方法，其特征在于，包括以下步驟第一步將被測角度傳感器a(18)或者被測角度傳感器b (20)通過角度傳感器安裝座 (17)安裝于機(jī)箱(14)外部；第二步計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過線纜分別與閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)、被測角度傳感器 a (18)和被測角度傳感器b (20)連接；第三步由安裝在機(jī)箱(14)外部的調(diào)平結(jié)構(gòu)(24)調(diào)節(jié)機(jī)箱(14)的水平位置；第四步由計(jì)算機(jī)控制單元控制閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)轉(zhuǎn)動，通過聯(lián)軸器(19)帶動固定在蝸桿安裝底座(23)上的蝸桿B(22)轉(zhuǎn)動，若是安裝了被測角度傳感器a(18)，則由蝸桿B (22)帶動蝸輪A (21)，通過與蝸輪A (21)連接的轉(zhuǎn)軸(16)帶動被測角度傳感器a (18) 轉(zhuǎn)動；若是安裝了被測角度傳感器b(20)，則閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)(15)通過聯(lián)軸器(19)和蝸桿 B (22)直接帶動被測角度傳感器b (20)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)對多種角度傳感器在多軸多平面進(jìn)行檢測。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多維數(shù)的角度傳感器檢測方法與裝置，對角度傳感器進(jìn)行高精度的靜態(tài)和動態(tài)精度檢測，并可實(shí)現(xiàn)對多種角度傳感器在多軸多平面進(jìn)行精度檢測。該裝置中閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)與蝸桿B的一端通過聯(lián)軸器連接，被測角度傳感器b通過聯(lián)軸器與蝸桿B的另一端連接，被測角度傳感器a通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸連接，被測角度傳感器a和被測角度傳感器b都通過角度傳感器安裝座固定在機(jī)箱外部，轉(zhuǎn)軸與蝸輪A連接，蝸輪A蝸桿B通過蝸桿安裝底座固定在機(jī)箱內(nèi)部，被測角度傳感器a、被測角度傳感器b都通過角度傳感器安裝座安裝于機(jī)箱外部，調(diào)平結(jié)構(gòu)安裝在機(jī)箱外部，計(jì)算機(jī)控制及處理單元通過線纜分別與閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)、被測角度傳感器a和被測角度傳感器b連接。
文檔編號G01B11/26GK102997887SQ20121054085
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者鄧方, 王小剛, 蔡濤, 陳杰, 王艷永 申請人:北京理工大學(xué)