CN109186658B - 一种导电塑料电位计标定试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电塑料电位计标定试验装置及方法，该装置包括T型台、电机控制柜、数据采集设备、PC***，以及设置在T型台上的伺服电机、高精度编码器和电位计；该方法能够对对导电塑料电位计进行标定测试，在电位计旋转过程中，利用数据采集设备同步记录此过程电位计的输出电压值以及高精度编码器输出的角度值，以电位计输出电压为横坐标，以高精度编码器输出角度为纵坐标，得到电位计实际运行的电压随角度的变化曲线，进而得到任意一点电压对应的真实转角，从而完成导电塑料的电位计标定。本发明能实现导电塑料电位计的快速标定，减少试验成本，缩短研发周期，有较大的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于传感器的标定领域，特别涉及一种导电塑料电位计标定试验装置及方法。
背景技术
位标器控制***中，精密导电塑料电位计因其尺寸小，角度计算方便，接口简单等原因常常作为控制***角度反馈的角位移传感器，但是因为电位计材料，制造等多方面的原因，其电压和真实的角度并不是真实的线性关系，工程上计算用的频压转换系数得到的角度有较大误差，这就导致如果进行更加精确的角度计算如位标器回差计算时，电位计的精度到达不到要求。
工程上常用的测量传动链的回差和传动误差的方法是在输入输出轴连接分别连接一个光电编码器，然后通过连个编码器角度的对比得到回差或者传动误差。但是因为位标器的整体尺寸小，无法通过外加传感器的方式测量位标器的回差及传动误差，只能通过位标器内部的传感器来进行角度的换算，位标器内部的传感器包括导电塑料电位计和测速电机，但是精度不高，大多数研究是对压力传感器，陀螺仪等进行标定，对导电塑料电位计进行标定以提高其测量精度的研究并不多见。
发明内容
本发明针对现有的导电塑料电位计标定试验技术的不足，提出了一种导电塑料电位计标定试验装置及方法，本发明通过高精度编码器对导电塑料电位计进行标定，可以有效提高电位计的测量精度，使得位标器回差测量等高精度测量具备可行性，同时试验环境和操作也比较简单。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种导电塑料电位计标定试验装置，包括T型台、电机控制柜、数据采集设备、PC***、标准直流稳压电源以及设置在T型台上的伺服电机、高精度编码器和电位计；其中，
伺服电机通过伺服电机支架设置在T型台上，高精度编码器的两端通过第一编码器支架和第二编码器支架设置在T型台上，电位计通过电位计支架设置在T型台上，且伺服电机的输出端通过第一联轴器与高精度编码器的一端连接，高精度编码器的另一端通过第二联轴器与电位计连接；
电机控制柜用于控制伺服电机旋转时的角度和速度，高精度编码器的输出端和电位计的输出端通过数据线均连接至数据采集设备的输入端，数据采集设备的输出端连接至PC***的输入端，PC***用于运行上位机控制软件，用于设置文件保存位置，同时向数据采集设备发送数据采集指令和终止采集指令。
本发明进一步的改进在于，电位计的工作角度范围是0-340度，伺服电机的角度旋转范围为-160度到+160度，防止超量程。
本发明进一步的改进在于，T型台上开设有T型槽，通过T型螺母分别连接伺服电机支架、第一编码器支架、第二编码器支架和电位计支架。
本发明进一步的改进在于，第一联轴器采用弹性联轴器，防止伺服电机启停式的冲击影响，第二联轴器采用刚性联轴器，确保高精度编码器和电位计同轴同时旋转。
本发明进一步的改进在于，伺服电机采用三菱伺服电机，用于带动高精度编码器和电位计转动。
本发明进一步的改进在于，高精度编码器采用增量式编码器，用于实时计算电位计转动角度。
本发明进一步的改进在于，数据采集设备为NI多功能数据采集卡模块。
一种导电塑料电位计标定试验方法，该方法基于上述一种导电塑料电位计标定试验装置，包括：
对导电塑料的电位计进行标定测试，得到电位计旋转过程中的输出电压信号，通过电位计量程范围确定电位计旋转的角度；采用高精度编码器和电位计同轴相连，得到电位计旋转过程中高精度编码器转过的角度，通过高精度编码器的角度对电位计的输出电压进行标定；在电位计旋转过程中，利用数据采集设备同时采集电位计和高精度编码器的数据，设置伺服电机运行在位置控制模式，便于调整旋转角度；
试验时，伺服电机旋转，带动电位计和高精度编码器同步旋转，同步记录此过程电位计的输出电压值以及高精度编码器输出的角度值，以高精度编码器输出的角度值为真实角度，以电位计输出电压为横坐标，以高精度编码器输出角度为纵坐标，得到电位计实际运行的电压随角度的变化曲线，进而得到任意一点电压对应的真实转角，从而完成导电塑料的电位计标定。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种导电塑料电位计标定试验装置，可以运行一次就能得到电位计输出电压对应的真实角度，大大缩短电位计标定的时间和复杂度；将安装在T型台上的伺服电机通过数据线和电控***连接，将伺服电机、高精度编码器以及电位计支架固定在T型台上，将高精度编码器、电位计和数据采集***用数据线连接。在伺服电机旋转的过程中，数据采集***可以实时同步采集和记录高精度编码器角度数据和电压数据，数据采集***和PC端相连，PC端可以存储和读取采集的信号。综上，本发明的装置有效对导电塑料电位计进行标定，可以节约时间成本，同时试验环境装置结构操作比较简单。
本发明提供的一种导电塑料电位计标定试验方法，该方法基于传感器标定原理，对位标器上的导电塑料电位计进行出厂规格参数的查询，得到其量程范围；采用伺服电机带动电位计，电位计由标准直流稳压源供电，伺服电机由电控***控制，选定工作在位置控制模式，旋转角度不超过电位计量程范围；在对电位计进行标定时，利用数据采集设备同时采集高精度编码器信号和电位计信号，最后进行电压和角度一对一的标定，提高电位计的测量精度。试验结果表明：通过本发明的方法，可以实现同类导电塑料电位计的快速标定，因此能降低试验成本；并且通过实验得到的标定参数提高电位计的测量精度，从而可以为位标器的精确角度测量提供有力支撑。
综上所述，本发明采用基于数据采集卡的模拟信号和数字信号同时同步采集的数据采集方案，在对电位计模拟电压信号采集的同时得到高精度编码器的数字信号，保证角度和电压的一一匹配；基于导电塑料电位计的误差产生原理以及电位计的出厂规格，确定电位计的量程范围并以此作为伺服电机位置控制模式的转角依据，伺服电机、高精度编码器以及电位计同轴相连，确定电位计的标定运动方案；本发明的轴向固定及标定装置可以保证伺服电机，高精度编码器，电位计同轴固定在于其对应的支架上，同时支架也能紧密连接T型工作台。因此本发明能实现导电塑料电位计的快速标定，减少试验成本，缩短研发周期，有较大的推广价值。
附图说明
图1为本发明一种导电塑料电位计标定试验方法的流程图；
图2为本发明标定实验数据采集装置示意图；
图3为电位计运动方案流程图；
图4为轴向固定及标定装置整体结构示意图。
图中：201为T型台，202为电机控制柜，203为数据采集设备，204为PC***，205为标准直流稳压源；
401为伺服电机，402为第一联轴器，403为高精度编码器，404为第二联轴器，405为电位计，406为伺服电机支架，407为第一编码器支架，408为第二编码器支架，409为电位计支架。
具体实施方式
为使本发明的目的及技术方案更加清楚明白，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种导电塑料电位计标定试验方法，包括如下步骤：
制定标定试验数据采集方案，实现电位计数据和高精度编码器数据的实时同步采集；其中电位计数据为模拟电压信号，需要使用模拟通道测量，高精度编码器为数字脉冲信号，需要使用数字通道测量，同时保证模拟通道和数字通道的采样率以及采样时间相同。
制定电位计运动方案：通过导电塑料的电位计误差机理分析以及查询电位计的规格得到电位计的量程范围；设置伺服电机工作在位置控制模式，转动的角度范围即为电位计405的量程；然后通过伺服电机启动，带动电位计转动。
设计轴向固定及标定装置：为了使得伺服电机、编码器和电位计同轴相连，同时保证运动的过程不松动，结合电机、编码器和电位计已有的螺纹孔，设计了一套用于轴向固定的标定试验装置。
搭建数据采集***及试验台：在数据采集方案、应力施加方案和硬盘夹具准备工作都完成后，进行试验环境搭建。
数据采集：试验环境搭建好之后，正式开展导电塑料电位计标定试验，通过电控***启动伺服电机，伺服电机在规定的角度范围旋转，同时进行电位计和编码器的数据采集工作。
如图2和图4，本发明提供的一种导电塑料电位计标定试验装置，包括T型台201、电控柜202、数据采集设备203、PC***204、标准直流稳压源205，伺服电机401、第一联轴器402、高精度编码器403、第二联轴器404、电位计405、伺服电机支架405、第一编码器支架407、第二编码器支架408和电位计支架409。
T型台201与伺服电机支架406，第一编码器支架407和第二编码器支架408，以及电位计支架409相连，各个支架的底面和T型台201的顶面重合，通过螺栓连接将各个支架和T型台201固定，防止运动产生剧烈震动。伺服电机支架406和伺服电机401通过电机座的螺栓连接，第一编码器支架407和高精度编码器403通过高精度编码器403的安装座上的螺栓连接，第二编码器支架408和第一编码器支架407内部包括滚动轴和轴承盖同于放置旋转轴。电位计支架409通过螺栓拧紧固定的方式与电位计405连接。第一联轴器402为弹性联轴器，减小伺服电机401启停过程中的冲击影响，同时连接伺服电机轴与高精度编码器403。第二联轴器404为刚性联轴器，连接高精度编码器403和电位计405，目的是保证高精度编码器403和电位计405任意时刻转过相同的角度。
T型台201用于放置伺服电机401、高精度编码器403、电位计405及其支架，保证伺服电机401在带动高精度编码器403和电位计405旋转时支架固定不松动。
本发明的伺服电机401采用三菱伺服电机，用于带动高精度编码器403和电位计405转动，高精度编码器403选用的增量式编码器，用于实时计算电位计405转动角度。
电机控制柜202用于设置伺服电机401工作在位置控制模式，转动范围在电位计405的量程范围内。
数据采集设备203用于实时采集高精度编码器403和电位计405输出的数字信号和模拟电压信号。
PC***204用于运行上位机控制软件，用于设置文件保存位置，同时向数据采集设备203发送数据采集指令和终止采集指令。
标准直流稳压源205用于给导电塑料电位计进行供电。
参照图2和图4，本发明能够将导电塑料的电位计405、伺服电机401和高精度编码器403通过各自的支架固定在T型台201上，同时轴向保持平行，伺服电机401旋转时，带动高精度编码器403和电位计405同轴旋转，使用数据线将高精度编码器403和电位计405信号和数据采集设备203相连。
本发明的数据采集设备203为NI多功能数据采集卡模块，既可以采集模拟信号也可以采集数字信号，数据采集设备203通过数据线接受来自高精度编码器403和电位计405的信号，也可以通过上位机接受PC***204的数据采集和数据存储指令，将读取的数据打包暂存在电脑中。
如图3所示，本发明在制定电位计标定运动方案时，通过以下步骤实现：
步骤301，对导电塑料电位计机理进行分析：通过查阅资料，获得电位计405的数学模型，输出基本特性，得到电位计405潜在故障模式及故障影响，实际输出和理论输出的误差原因，误差机理。
步骤302，确定量程范围：针对要标定的导电塑料电位计，查看电位计405的出厂规格，得到电位计405的运动量程范围，这个范围决定了电位计405在标定过程中的转角范围，超过此量程范围会导致电位计失效，因此确定量程范围保证电位计标定过程角度合理。
步骤303，伺服电机401设置位置模式：伺服电机401的工作方式有速度控制模式，位置控制模式，速度控制模式用于维持速度变化不大的场合，而位置控制模式适用于对位置有精确要求的场合，本发明需要标定电位计405，需要精确设置电位计405的转动角度，因此设置伺服电机401在位置模式。比如电位计405量程范围为340度，则伺服电机401的位置控制模式中的位置设定角度小于340度。
步骤304，伺服电机401、高精度编码器403以及电位计405同轴相连：要保证标定结果的准确性，需要将伺服电机401、高精度编码器403以及电位计405之间同轴相连，一方面是利用伺服电机401带动高精度编码器403和电位计405转动，得到电位计405在量程范围内的输出电压和高精度编码器403角度之间的关系，通过比较保定提高电位计405的测量精度，一方面是保证三者之间轴线重合，减少转动过程中的旋转引起的角度测量误差。
Claims (8)
1.一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，包括T型台(201)、电机控制柜(202)、数据采集设备(203)、PC***(204)、标准直流稳压电源(205)以及设置在T型台(201)上的伺服电机(401)、高精度编码器(403)和电位计(405)；其中，
伺服电机(401)通过伺服电机支架(406)设置在T型台(201)上，高精度编码器(403)的两端通过第一编码器支架(407)和第二编码器支架(408)设置在T型台(201)上，电位计(405)通过电位计支架(409)设置在T型台(201)上，且伺服电机(401)的输出端通过第一联轴器(402)与高精度编码器(403)的一端连接，高精度编码器(403)的另一端通过第二联轴器(404)与电位计(405)连接；
电机控制柜(202)用于控制伺服电机(401)旋转时的角度和速度，高精度编码器(403)的输出端和电位计(405)的输出端通过数据线均连接至数据采集设备(203)的输入端，数据采集设备(203)的输出端连接至PC***(204)的输入端，PC***(204)用于运行上位机控制软件，用于设置文件保存位置，同时向数据采集设备(203)发送数据采集指令和终止采集指令。
2.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，电位计(405)的工作角度范围是0-340度，伺服电机(401)的角度旋转范围为-160度到+160度，防止超量程。
3.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，T型台(201)上开设有T型槽，通过T型螺母分别连接伺服电机支架(406)、第一编码器支架(407)、第二编码器支架(408)和电位计支架(409)。
4.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，第一联轴器(402)采用弹性联轴器，防止伺服电机(401)启停式的冲击影响，第二联轴器(404)采用刚性联轴器，确保高精度编码器(403)和电位计(405)同轴同时旋转。
5.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，伺服电机(401)采用三菱伺服电机，用于带动高精度编码器(403)和电位计(405)转动。
6.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，高精度编码器(403)采用增量式编码器，用于实时计算电位计(405)转动角度。
7.根据权利要求1所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，其特征在于，数据采集设备(203)为NI多功能数据采集卡模块。
8.一种导电塑料电位计标定试验方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的一种导电塑料电位计标定试验装置，包括：
对导电塑料的电位计(405)进行标定测试，得到电位计(405)旋转过程中的输出电压信号，通过电位计(405)量程范围确定电位计(405)旋转的角度；采用高精度编码器(403)和电位计(405)同轴相连，得到电位计(405)旋转过程中高精度编码器(403)转过的角度，通过高精度编码器(403)的角度对电位计(405)的输出电压进行标定；在电位计(405)旋转过程中，利用数据采集设备(203)同时采集电位计(405)和高精度编码器(403)的数据，设置伺服电机(401)运行在位置控制模式，便于调整旋转角度；
试验时，伺服电机(401)旋转，带动电位计(405)和高精度编码器(403)同步旋转，同步记录此过程电位计(405)的输出电压值以及高精度编码器(403)输出的角度值，以高精度编码器(403)输出的角度值为真实角度，以电位计(405)输出电压为横坐标，以高精度编码器(403)输出角度为纵坐标，得到电位计(405)实际运行的电压随角度的变化曲线，进而得到任意一点电压对应的真实转角，从而完成导电塑料的电位计(405)标定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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