专利名称：轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法
轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法
技术领域：
本发明属于力的测试系统与方法技术领域，涉及一种针对轿车轮毂轴承单 元轴向铆合装配时的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法。背景技术：
现有的轿车轮毂轴承单元的轴向铆合装配，通常是由时间来设定工作周期 与节拍，依靠圆螺母限位来控制铆装的终点，且螺母位置是依靠操作者的经验 来调节的，由于欠缺专用的测试仪器与设备，无法准确知道铆装时的轴向力， 从而也就无法准确控制装配后的轴承单元的轴向预紧力，使得装配精度难以达 到要求，轴承的寿命集中度也远远达不到国外同类产品的要求。开发一种专川 的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统，可实时测量装配时的轴向铆装力， 有效提高产品性能，有利于增强国内轿车轮毂轴承单元制造企业的巿场竞争力。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种采用实时测量并具备反馈 控制能力的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法。
本发明解决其技术问题所釆用的技术方法是 一种轮毂轴承铆合装配轴向 铆装力的测试系统，有压力传感器、变送器、盒式采集仪和微型计算机系统， ^力传感器将轴向铆装力信号转变成电压信号，经变送器校正及放大，并把校
止:、放大后的模拟量传送至盒式采集仪，经过AD转换后传送到微型计算机系统， 最后由微型计算机系统进行数据存储及处理。
所述微型计算机系统的CPU采用AVR单片机系列的ATMEGA16，其内含有8 路10位的A/D转换器(PA0-PA7)，并具有6K字节的FLASH、 512字节的EPR0M、 iK字节的SRAM、两个8位定时器、 一个16位定时器和4路由定时器控制的PWM 输出，最高运行频率为8M，而且是单指令周期，各端口能输出或吸收较大电 流，因此可直接驱动液晶屏。
所述轮压力传感器采用轮辐式压力传感器。
所述微型计算机系统的键盘采用分压的形式，即每一键都对应一个电压值， 单片机辨别电压值的大小就知道按下的是哪个键。
所述微型计算机系统的显示部分釆用4行* 8字的中文液晶做显示，能显
示当前压力值、目标压力值和极限提示。所述微型计算机系统的功率部分通过单片机的PD5输出控制信号，经过8050 并通过控制功率MOS管IRF540来控制继电器。
一种轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，将需要测试的轮毂轴承单 元置于压力传感器的过渡套中进行定位，轴向铆装力信号转变成电压信号，经 变送器校正及放大，并把校正和放大后的模拟量传送至盒式釆集仪，经过AD转 换后传送到微型计算机系统，最后由微型计算机系统进行数据存储及处理，采 样速率不少于每秒128次；根据比较结果通过继电器来控制油路，在控制过程 中通过键盘改变目标值，此外，当前的压力值和设定的目标值通过微型计算机 系统的显示部分进行显示。
所述微型计算机系统的数据存储及处理的程序是先将经过AD转换后的检测 信号进行初始化处理，经初始化处理后的信号进行检测，超过目标检测值的信 号则通过继电器动作后进入上位机程序，并通过键盘动作后进入改变目标值程 序，然后在微型计算机系统的显示部分进行目标值显示更新；没有超过目标检 测值的信号则直接在微型计算机系统的显示部分进行现时值显示更新。
所述述微型计算机系统的键盘程序位于总体程序中的改变目标值环节中， 是在去抖结束后通过按下键盘，去抖计时开始，然后判断按键号和改变目标值， 最后保存结果。
所述微型计算机系统的显示部分在控制液晶时按一定的时序来控制它RS、 RW、 ENABLE以及8路数据端。
所述述微型计算机系统的上位机程序是将单片机检测到的压力值实吋显示 于压力一时间坐标系中，使加工过程中的压力变化情况能更为直观地表现出来， 利于分析，其中时间轴上限为10秒，压力轴上限为300KN。
本发明的有益效果是由于本发明的测试系统能对轮毂轴承单元铆合装配 过程中的轴向铆装力进行实时测量并具有反馈控制能力，从而使操作者在铆装 时能精确地测知铆装轴向力，并且可以通过本系统来预设轴向铆装力的目标值， 在装配过程中铆装力达到目标值后自动终止铆接，从而准确控制装配后的轴承 单元的轴向预紧力，提高装配精度和轴承的寿命，有利于有效提高铆装轮毂轴 承单元的内在质量和产品性能。
图1是本发明的安装测试结构示意图； 图2是本发明系统方框示意图3是本发明的电路原理图；图4是本发明所述键盘的电路原理图5是本发明所述显示部分的电路原理图6是本发明所述功率部分的电路原理图7是本发明所述微型计算机系统处理程序方框示意图8是本发明所述键盘程序方框示意图9是本发明所述显示部分对液晶进行写操作的时序电路图；图10是本发明所述显示部分的程序模块方框图；图中1-轮毂轴承单元、2-过渡套、3-压力传感器、4-工作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一歩说明
为使铆合装配的轮毂单元具有良好的使用性能，尤其是满足使用寿命的要求，需要严格控制装配时的轴向预紧力。
参见图1和图2， 一种轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法，
将需要测试的轮毂轴承单元1置于压力传感器3的过渡套2中进行定位，压力传感器3把检测到的压力送到变送器校正，变送器把校正后的模拟量传到AD转换模块,转换后传到单片机中和设定值进行比较，根据比较结果通过继电器来控制油路，过程中可以通过键盘改变目标值；此外，当前的斥:力值和设定的目标值都可在液晶屏幕上看到。
CPU采用AVR单片机系列的A頂EGA16，主要因它内含了 8路10位的A/D转换器(PA0-PA7)，其次它具有16K字节的FLASH、 512字节的EEPR0M、 1K字节的SRAM、两个8位定时器、 一个16位定时器、4路由定时器控制的PWM输出和最高运行频率为8M，而且是单指令周期，各端口能输出或吸收较大电流，因此可直接驱动液晶屏。如图3所示是本发明的电路原理图，其中部分硬件电路分述如下
测力模块检测元件采用佛山市拓朴电子的WTP207-30T型号的轮辐式力传感器.
技术参数
项目\等级额定载荷额定输出综合误差输出温度影响
丽T
30 t
2 ±0.002% mv/v
±0. 02%F. S ±% of rated output
±0. 02%F. S/10k ±% of rated output/oC零点温度影响±0. 02%F. S/10k±% of rated output/oC
零点平衡±0. 1%F. S空
输入阻抗380 士 5Q
输出阻抗350 ±2
绝缘阻抗》5000MQ
安全过载率150% of rated capability
极限过载率200% of rated capability
工作温度范围-30-70"C
推荐工作电压5-12V(AC or DC)
最大工作电压15V(AC or DC)
材质合金钢空
防护等级IP67/IP68
电缆1. 5m空
传输距离空
引用标准GB7551—1997/0MIL R60空
所用变送器的综合精度是0.3。/。FS、输出信号为0-5V，三线制、供电电压为1.2V。变送器参数是综合精度为O. 1%FS、 0.2%FS、 0. 5%FS、 1. 0 %FS，输出信号为4-2mA (二线制)、0-5V、 1-5 V、 0-10 V (三线制)，供电电压24DVC (9-36DVC)，介质温度-20-85 °C，环境温度常温(-20-85 "C)，负载电阻电流输出型最大800Q、电压输出型大于50KQ，绝缘电阻大于2000MQ (IOOVCD)，密封等级IP65，长期稳定性能O. WFS/年，振动影响在机械振动频率20Hz-1000 Hz内，输出变化小于O. 1%FS，电气接口 (信号接口)四芯屏蔽线、四芯航空接插件、紧线螺母。
如图4所示为键盘电路，由于ATMEGA16支持多路AD转换，所以键盘采用了分压的形式，即每一键都对应一个电压值，单片机辨别电压值的大小就nj'以知道是按下的是哪个键。如按下S2， S2短路，而PA6在采样时是高阻态的，所以PA6端口的电压为5V* [2K/ (2K+3K〃100K)]
由于100K》3K，可把3K〃100K近似为3K，所以PA6端口上的电压为5V* [2K / (2K+3K)] =2V。
10位的AD转换是把0-5V的模拟量对应地变为0-1023的数字量，所以按下82后在单片机中检测到的值是1023* [2K / (2K+3K)] =409.2
由丁电阻的阻值是有误差的，而且有时会出现电源电压波动，所以，判别范围应该设大些,可认为AD转换后的数值落在[390， 420]内都算是S2被按下。显示部分考虑到需要显示当前压力值、目标压力值和极限提示，所以采用4行* 8字的中文液晶做显示。如图5所示是显示部分的液晶电路连接图其中
连接说明
1 、 2 0脚---"------------GN D
2 、 15、 19脚------------V C C
3 、 16、 17、 18脚---------N C
4脚------------------PD4
5脚------------------P D 3
6脚------------------P D 2
7 1 4胜口---------------P B 0 P B 7
功率部分如图6所示，单片机的PD5输出控制信号，经过8050下拉，通过控制功率MOS管IRF540来控制继电器。
如图7所示，微型计算机系统的程序框图，其处理程序是首先检测传感器传来的模拟信号，并进行AD转换，然后将当前的电压输入信号转换成对应的压力信号，判断是否超过目标值，若超过，则控制与油路连接的继电器动作，使铆头后退，接着是上位机通讯程序，如处于上位机连接模式，则和上位机通讯，如果处于独立模式将跳过通讯程序，跳到键盘检测程序，检测键盘在本次循环过程中是否被按下。键盘被按下就是目标压力值被改变，在液晶中显示被改变的目标值，若键盘无动作信号，就跳到下一歩，显示AD转换后的当前压力数值，之后再对传感器传来的模拟信号进行AD转换，如此循环。
键盘程序方框图如图8所示，键盘程序位于总体程序框图中的"改变目标值"环节中，以下是键盘的程序框图。
显示部分控制液晶需要按一定的时序来控制它的RS、 RW、 ENABLE以及8路数据端。对液晶进行写操作的时序如图9所示
编程时只要按着上图的时序就可以把显示内容或地址信息输到液晶中。图中的R/W端是控制本次操作的信息流向，若R/W为0，就是对液晶写操作。写入内容大体来说分两种， 一种是内容信息，另一种是控制信号。内容信息是指需要在屏幕上显示的字符数据；而控制信号可细分为两种 一种是初始化信号，这类信号能对液晶进行基本设置，例如光标形态、通信形式等；另一种控制信号就是地址信息，控制光标的位置，但这并不意味在这个信号进入液晶时光标就会立刻移动到目标位置，这个信号的目的只是告知液晶下一个输入的显示内容将在哪里开始显示而已。由于引脚有限，无论是传递哪一种信号都要用到上
图中的8路数据端DB0-DB7，所以要用RS端的电平高低来辨别数据的性质一一是内容信息还是控制信号，当RS为1时，DB0-DB7传输的是内容信息。数据传输的时间是通过ENABLE端来控制，当RS、 RW、 DBO-DB7都准备好时，便可拉高ENABLE端，犹如打开管道中的阀门一样，把信号传输到液晶中。为确保通信完成，通常是过一段时间才把ENABLE端变回低电平。ENABLE端不能一直处于高电平，否则液晶将一直处于读取的状态中，无法正常工作。
需要显示字符时， 一般是先输入地址信息选定光标位置，再输入内容信总。如果输入的内容信息是连续的字符串，那么就不需要每一次输入内容前都输入地址，当输入第一个字符的地址后，后面字符的地址将按顺序向后排列。
编程时，先编写显示单字符的程序模块，在此基础上编写显示字符串的程序模块，框图如图10所示
上位机程序主要功能是将单片机检测到的压力值实时显示于压力一时间坐标系中，使加工过程中的压力变化情况能更为直观地表现出来，利于我们分析，其性质就是一个压力视波器.
时间轴上限为10秒，压力轴上限为300KN.
单片机传来当前的压力值，若要在坐标系中适当的位置显示该点，就需根据该值按比例计算得Y轴坐标。然后，査询系统内部时间，找到X轴上与当前时间对应的点，就是这样确定了该压力值在坐标系上的位置，然后在该点上显示.所谓的显示其实就是描点，由于通讯的速度极快(平均130个数据每秒)，所以运行时我们看到的是一条连续的线，其实它是由时间间隔极短的点所连成的。
除实时显示外，还能将坐标系及曲线保存为图片格式，便于以后分析。
权利要求
1、一种轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统，其特征是有压力传感器、变送器、盒式采集仪和微型计算机系统，压力传感器将轴向铆装力信号转变成电压信号，经变送器校正及放大，并把校正、放大后的模拟量传送至盒式采集仪，经过AD转换后传送到微型计算机系统，最后由微型计算机系统进行数据存储及处理。
2、 如权利要求1所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统，其特 征是所述微型计算机系统的CPU采用AVR单片机系列的ATMEGA16，其内含有 8路10位的A/D转换器(PA0-PA7)，并具有6K字节的FLASH、 512字节的EPR0M、 1K字节的SRAM、两个8位定时器、 一个16位定时器和4路由定时器控制的P丽 输出，最高运行频率为8M，而且是单指令周期，各端口能输出或吸收较大电 流，因此可直接驱动液晶屏。
3、 如权利要求1所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统，其特 征是所述轮压力传感器采用轮辐式压力传感器。
4、 如权利要求1或2所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统， 其特征是所述微型计算机系统的键盘采用分压的形式，即每一键都对应一个 电压值，单片机辨别电压值的大小就知道按下的是哪个键；所述微型计算机系 统的显示部分采用4行* 8字的中文液晶做显示，能显示当前压力值、目标压 力值和极限提示；所述微型计算机系统的功率部分通过单片机的PD5输出控制 信号，经过8050并通过控制功率M0S管IRF540来控制继电器。
5、 一种轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，其特征是将需要测 试的轮毂轴承单元置于压力传感器的过渡套中进行定位，轴向铆装力信号转变 成电压信号，经变送器校正及放大，并把校正和放大后的模拟量传送至盒式采 集仪，经过AD转换后传送到微型计算机系统，最后由微型计算机系统进行数据 存储及处理，采样速率不少于每秒128次；根据比较结果通过继电器来控制汕 路，在控制过程中通过键盘改变目标值；此外，当前的压力值和设定的目标值 通过微型计算机系统的显示部分进行显示。
6、 如权利要求4所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，其特 征是所述微型计算机系统的数据存储及处理的程序是先将经过AD转换后的检 测信号进行初始化处理，经初始化处理后的信号进行检测，超过目标检测值的 信号则通过继电器动作后进入上位机程序，并通过键盘动作后进入改变目标值程序，然后在微型计算机系统的显示部分进行S标值显示更新；没有超过目标 检测值的信号则直接在微型计算机系统的显示部分进行现时值显不更新。
7、如权利要求4所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，其特征是所述微型计算机系统的键盘程序位于总休程序中的改变目标值环节中，是 在去抖结束后通过按下键盘，去抖计时开始，然后判断按键号和改变目标值， 最后保存结果。
8、 如权利要求4所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，其特 征是所述微型计算机系统的显示部分在控制液晶时按一定的时序来控制它RS、 RW、 ENABLE以及8路数据端。
9、 如权利要求4所述的轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试方法，其特 征是所述述微型计算机系统的上位机程序是将单片机检测到的压力值实时显 示于压力一时间坐标系中，使加工过程中的压力变化情况能更为直观地表现出 来，利于分析，其中时间轴上限为10秒，压力轴上限为300認。
全文摘要
本发明涉及轮毂轴承铆合装配轴向铆装力的测试系统及测试方法，有压力传感器、变送器、盒式采集仪和微型计算机系统，压力传感器将轴向铆装力信号转变成电压信号，经变送器校正及放大，并把校正、放大后的模拟量传送至盒式采集仪，经过AD转换后传送到微型计算机系统，最后由微型计算机系统进行数据存储及处理。对轮毂轴承单元铆合装配过程中的轴向铆装力进行实时测量并具有反馈控制能力，从而使操作者在铆装时能精确地测知铆装轴向力，预设轴向铆装力的目标值，在装配过程中铆装力达到目标值后自动终止铆接，从而准确控制装配后的轴承单元的轴向预紧力，提高装配精度和轴承的寿命，有利于有效提高铆装轮毂轴承单元的内在质量和产品性能。
文档编号G01M13/04GK101598612SQ20091004066
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者周志雄, 神翠楠, 肖耘亚, 龙迎春 申请人:韶关学院