一种弹簧弹力检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及检测技术领域，尤其是一种用于对马达碳刷架上弹簧弹力检测装置及检测方法。

背景技术：

目前，马达总成中对碳刷弹簧在使用过程中对力的控制非常精准，使用前需要对其进行检测。

碳刷弹簧弹力的检测方法一般采用测杆定点定值检测，即在测杆设定的位置或动作行程起点、终点的位置时，测定此时变形弹簧的对应弹力值，大多采用手动或相对固定的气缸限位动作来实现测杆驱动和退回。此种方法有检测精度不高，检测数据少，检测结果波动性大，检测效率低等不足。

在专利号为cn105420735a中公开了一种全自动碳刷弹簧校正测力机，该碳刷弹簧校正测力机包括进料单元、输送单元以及校准测力单元，实现了自动化，操作灵活快捷，碳刷弹簧的测力效率高，且测力的精度高，不需要耗费大量的人力物力，大大节省了成本。专利号为cn203037227u中公开了一种弹簧检测设备，该设备包括工作台、上料机构、送料机构、弹簧同心度测试机构、至少一组弹簧压缩测力机构、弹簧高度测试机构、plc控制器和工业计算机，新型能够一次性地对弹簧的同心度、高度及受到压缩时的弹力进行测试，提高了测试效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种弹簧弹力检测装置及其检测方法，该装置是针对马达碳刷架弹簧在设定行程范围内的弹力值动态检测的新型机构，对工件定位、旋转换位、碳刷弹簧弹力检测动作集合为一个整体，结构精巧，自动化程度较高，运动简单，功能可靠，检测效率较高，该装置配合检测方法，解决了弹簧弹力检测数据不全，检测结果波动性大等问题，实现了弹簧弹力在弹性范围内的动态变化规律的检测，为科学分析和管理产品技术质量状态提供了详实可靠的基础数据，为保证产品质量稳定可靠起到了非常关键的作用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种弹簧弹力检测装置，其特征在于包括双层支架，在双层支架上层设置工件在位识别机构、工件定位座和碳刷顶入机构，其中工件定位座对马达碳刷架进行定位固定，在位识别机构和碳刷顶入机构设置于工件定位座周围，并指向马达碳刷架；双层支架下层设置测试机构伺服控制装置、转位装置和测力机构，测力机构设置于工件定位座正下方，测力机构通过测试机构伺服控制装置驱动并移动位置，转位装置与工件定位座连接，并驱动工件定位座转动。

对上述方案作进一步限定，所述工件在位识别机构包括固定于双层支架上层的传感器支架和在位传感器，在位传感器外围设有传感器防护罩，其中在位传感器的发射头与马达碳刷架上外露端子顶端对正，进行扫描识别该端子位置。

对上述方案作进一步限定，所述碳刷顶入机构包括导向块、顶入气缸、定位座和顶杆，其中导向块与双层支架上层表面固定，顶入气缸固定于定位座上，顶入气缸的活塞端与顶杆水平连接，顶杆中部与固定于定位座上的导向块配合，顶杆端部与马达碳刷架上的弹簧外侧端部对正。

对上述方案作进一步限定，所述测试机构伺服控制装置包括传感器定位块、行程位置传感器组、行程丝杠机构和行程伺服电机，所述行程伺服电机驱动行程丝杠机构沿马达碳刷架上弹簧伸缩方向作进给运动，在行程丝杠机构端部设有测力机构，在行程丝杠机构两侧设有传感器定位块，传感器定位块上分布有两个以上的行程位置传感器组，在行程丝杠机构上固定有齿形感应片，行程位置传感器组采集齿形感应片的位置，配合测力机构采集的测试力值，形成力值曲线。

对上述方案作进一步限定，所述传感器定位块沿着行程丝杠机构运动方向布置，行程位置传感器组与传感器定位块上表面滑槽之间滑动配合。

对上述方案作进一步限定，所述转位装置包括摆台气缸，摆台气缸的输出轴上设有齿轮，齿轮通过齿形带与工件定位座下方的齿轮连接，驱动工件定位座往复转动，其转动角度与马达碳刷架上布置的两组弹簧角度相同，摆台气缸通过气缸定位块固定于双层支架的下层。

对上述方案作进一步限定，所述测力机构包括测力传感器，测力传感器的测力端固定有测杆，测杆的端部为l形，测力传感器的固定端通过传感器定位座固定于测试机构伺服控制装置上。

一种弹簧弹力检测检测方法，其特征在于：检测步骤如下：

（1）首先将马达碳刷架放入工件定位座上，其中端子朝上，使马达碳刷架保持正确姿态，再由工件在位识别机构中的在位传感器对马达碳刷架外露的端子进行位置识别，确认马达碳刷架放置正确后方可进行碳刷弹簧弹力检测；

（2）然后由碳刷顶入机构的顶杆将马达碳刷架的一个碳刷沿碳刷套槽向工件定位座中心推送至弹簧施力最大点，而对应的碳刷弹簧在弹力作用下将该碳刷压向碳刷架轴心，此时在碳刷架中心部位空间的测力机构上的测杆刚好接触到碳刷靠近轴心部位的端面；

（3）在测杆与碳刷接触后，通过测试机构伺服控制装置对测力机构沿碳刷送入反方向将碳刷推出，碳刷弹簧施力端与碳刷外端面保持接触，测杆及测力传感器与碳刷和弹簧始终处于弹力作用下，在整个推送过程中弹簧将受力变形；

（4）根据牛顿第三定律可知，弹簧的弹力也将通过碳刷和测杆传递到测力传感器上，测试机构伺服控制装置上设定多个测杆移动位置传感器的行程位置传感器组，在上述弹簧弹力检测过程中，对多个测点力值进行采集读取，实现对不同测点力值的采集读取和分析记录，从而形成力值效应，再通过plc进行数据采集及分析统计最终形成弹力曲线。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明针对马达碳刷架上的两个弹簧进行弹力检测，采用双层支架配合工件定位座、工件在位识别机构、碳刷顶入机构、测试机构伺服控制装置、转位装置和测力机构，实现了对检测工件的定位、旋转换位、压缩弹簧及弹力检测等功能，把各机构集合为一个整体，其结构精巧，自动化程度较高，运动简单，功能可靠，具有较高的检测效率；

（2）本发明中的测力机构，采用测力传感器配合直立的测杆，形成立置式高精度荷重传感机构，测杆与碳刷直接接触，实现对马达碳刷架上的弹簧弹力进行采集，该机构与传统力值传感器或测力装置相比，其测力值精度有很大提升（测力精度可由±0.01n改进为±0.005n），进而提高了弹簧弹力的测试精度；

（3）本发明在对弹簧弹力采集时，在测试机构伺服控制装置上设置了两个以上的行程位置传感器组，采用动态力值检测及多点取样分析方法，根据弹簧弹性变形的特点和规律，对弹簧弹力随连续弹性变形而变化的力值进行跟踪监测，同时对马达产品要求的碳刷多个行程中位置对应的弹力值进行测试结果取样及数据分析，形成弹簧弹力变化曲线及对比分析记录检测结果。本检测方法解决了弹簧弹力检测数据不全，检测结果波动性大等问题，实现了弹簧弹力在弹性范围内的动态变化规律的检测，为科学分析和管理产品技术质量状态提供了详实可靠的基础数据，为保证产品质量稳定可靠起到了非常关键的作用；

（4）为了测试同一马达碳刷架上两个位置的碳刷弹簧，采用单工位自动转位方式，通过控制摆台气缸的自动摆位（如摆角90°）实现碳刷弹簧a、碳刷弹簧b的检测位自动转换功能，进而降低检测辅助时间，提高检测效率。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是本发明另一角度的结构立体示意图；

图3是本发明中工件在位识别机构的示意图；

图4是本发明中工件碳刷顶入机构的主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是图2隐去双层支架上层板和工件在位识别机构的示意图；

图7是本发明中测试机构伺服控制装置和测力机构的示意图；

图8是本发明中测试机构伺服控制装置的示意图；

图9是倒置的马达碳刷架的结构示意图；

图10是对图9的马达碳刷架进行检测的流程图；

图中：1、工件在位识别机构，2、工件定位座，3、碳刷顶入机构，4、测试机构伺服控制装置，5、转位装置，6、测力机构，7、双层支架，8、碳刷弹簧a，9、碳刷弹簧b，10、端子；

11、传感器支架，12、在位传感器，13、传感器防护罩；

31、导向块，32、顶入气缸，33、定位座，34、顶杆；

41、传感器定位块，42、行程位置传感器组，43、行程丝杠机构，44、行程伺服电机，45、齿形感应片；

51、齿形带，52、摆台气缸，53、气缸定位块；

61、传感器定位座，62、测力传感器，63、测杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

根据附图1和2可知，本发明为一种弹簧弹力检测装置，该装置包括工件在位识别机构1、工件定位座2、碳刷顶入机构3、测试机构伺服控制装置4、转位装置5、测力机构6和双层支架7七部分，其中双层支架7主要是对各部分进行安装固定，双层支架7上层固定工件在位识别机构1、工件定位座2和碳刷顶入机构3，双层支架7下层设置测试机构伺服控制装置4、转位装置5和测力机构6。工件定位座2对所检测的工件——马达碳刷架进行定位固定，工件定位座2为圆盘结构，其可沿轴线旋转，工件定位座2与双层支架7之间通过轴承旋转固定连接。旋转在位识别机构1和碳刷顶入机构3设置于工件定位座2周围，并指向马达碳刷架，在位识别机构1对马达碳刷架进行位置检测，判断是否在正确的位置，要求碳刷与碳刷顶入机构3对正，碳刷顶入机构3对马达碳刷架上的碳刷进行压紧，碳刷挤压其后面的弹簧，形成压缩状态；测力机构6设置于工件定位座2正下方，测力机构6与被检测的马达碳刷架上内部碳刷接触，在弹簧力的作用下，对碳刷和测力机构6推动，来检测弹簧的弹力。本装置中的测力机构6通过测试机构伺服控制装置4驱动并移动位置，移动方向远离弹簧，实现对弹簧在紧压状态下的慢慢放松，在放松过程中，根据设定多个采集点，形成多点采集弹力，最终形成弹力取线。本发明中的马达碳刷架上设定两个弹簧，因此设定的转位装置5与工件定位座2连接，并驱动工件定位座2转动，在一次过顶安装碳刷架的情况下，实现两个弹簧依次自动检测。

附图3为本发明中的工件在位识别机构示意图，工件在位识别机构1包括固定于双层支架7上层的传感器支架11和在位传感器12，在位传感器12外围设有传感器防护罩13，其中在位传感器12的发射头与马达碳刷架上外露端子10顶端对正，主要是通过在位传感器12对碳刷架总成外露端子10进行扫描识别和在位检测，以判定碳刷架总成是否正确放置到工件定位机构上，并提供判定信号，把信号传递至plc控制器中。

附图4和5为碳刷顶入机构3的结构示意图，碳刷顶入机构3包括导向块31、顶入气缸32、定位座33和顶杆34，其中导向块31与双层支架7上层表面固定，顶入气缸32固定于定位座33上，顶入气缸32的活塞端与顶杆34水平连接，顶杆34中部与固定于定位座33上的导向块31配合，顶杆34端部与马达碳刷架上的弹簧外侧端部对正。主要是通过顶入气缸32动作实现顶杆34顶出，并分别将两个碳刷按检测顺序推入弹簧弹力压入状态，便于后序进行弹簧弹力检测，检测完成后顶杆34退回至原位。

附图6为转位装置5的结构示意图，转位装置5包括摆台气缸52，摆台气缸52的输出轴上设有齿轮，齿轮通过齿形带51与工件定位座2下方的齿轮连接，驱动工件定位座2往复转动，其转动角度与马达碳刷架上布置的两组弹簧角度相同，摆台气缸52通过气缸定位块53固定于双层支架7的下层。转位装置5主要是针对马达碳刷架中含有两组碳刷及弹簧结构，考虑到节省空间和提高检测效率，使用单工位定位机构，两个碳刷弹簧检测位顺次摆转位置后再进行弹簧弹力测定，其中摆转角度符合产品结构布局和角度尺寸，通常为90°摆动角度，实现碳刷弹簧a、碳刷弹簧b的检测位自动转换功能。

附图7和8为测力机构6和测试机构伺服控制装置4的结构示意图，其中测力机构6包括测力传感器62，测力传感器62的测力端固定有测杆63，测杆63的端部为l形，l形的测杆63端部与靠紧碳刷架中心部位空间碳刷接触，测力传感器62的固定端通过传感器定位座61固定于测试机构伺服控制装置4上。测力机构6通过测杆63传递碳刷受到弹簧的压力在传递到测力传感器62，并由测力传感器62感知并采集弹簧力值数据，传输plc控制系统进行技术分析处理，进而形成动态力值曲线。

附图8中的测试机构伺服控制装置4包括传感器定位块41、行程位置传感器组42、行程丝杠机构43和行程伺服电机44，所述行程伺服电机44驱动行程丝杠机构43沿马达碳刷架上弹簧伸缩方向作进给运动，在行程丝杠机构43端部设有测力机构6，在行程丝杠机构43两侧设有传感器定位块41，传感器定位块41上分布有两个以上的行程位置传感器组42，传感器定位块41沿着行程丝杠机构43运动方向布置，行程位置传感器组42与传感器定位块41上表面滑槽之间滑动配合，在行程丝杠机构43上固定有齿形感应片45，行程位置传感器组42采集齿形感应片45的位置，配合测力机构6采集的测试力值，形成力值曲线。测试机构伺服控制装置4通过控制行程伺服电机44带动行程丝杠机构43在碳刷位移行程范围内进行移动，在移动时带动测力传感器67及测杆63，通过调节各行程位置传感器进行位置设定，来感应齿形感应片45，从而确定测试机构的行程范围和按设计要求的位置，保证相关位置与其测试力值对应关联，进而形成力值曲线。采用的齿形感应片45可以对多个位置进行感应，而且便于安装。

在上述机构中，设置了多个传感器，传感器与plc控制器进行连接，对采集的数据进行处理，分析统计最终形成弹力曲线。

利用上述装置，对附图9中的马达碳刷架上的碳刷弹簧a、碳刷弹簧b进行检测，其检测步骤框图如附图10所示，具体步骤如下：

（1）首先将马达碳刷架放入工件定位座3上，其中端子10朝上，使马达碳刷架保持正确姿态，再由工件在位识别机构1中的在位传感器12对马达碳刷架外露的端子10进行位置识别，确认马达碳刷架放置正确后方可进行碳刷弹簧弹力检测；

（2）然后由碳刷顶入机构3的顶杆34将马达碳刷架的一个碳刷沿碳刷套槽向工件定位座1中心推送至弹簧施力最大点，而对应的碳刷弹簧在弹力作用下将该碳刷压向碳刷架轴心，此时在碳刷架中心部位空间的测力机构6上的测杆63刚好接触到碳刷靠近轴心部位的端面；

（3）在测杆63与碳刷接触后，通过测试机构伺服控制装置4对测力机构6沿碳刷送入反方向将碳刷推出，碳刷弹簧施力端与碳刷外端面保持接触，测杆63及测力传感器63与碳刷和弹簧始终处于弹力作用下，在整个推送过程中弹簧将受力变形；

（4）根据牛顿第三定律可知，弹簧的弹力也将通过碳刷和测杆63传递到测力传感器上，测试机构伺服控制装置4上设定多个测杆移动位置传感器的行程位置传感器组42，在上述弹簧弹力检测过程中，对多个测点力值进行采集读取，实现对不同测点力值的采集读取和分析记录，从而形成力值效应，再通过plc进行数据采集及分析统计最终形成弹力曲线。

在上述弹簧弹力检测过程中，测力传感器、测杆、碳刷和弹簧始终处于接触且有力的传递，所以通过测力传感器测量的力值集合可形成动态力值曲线，根据产品设计要求，需要在过程中选取多个特定位置进行力值测定，所以本装置中根据需要设计安装了多个测杆移动位置传感器，实现对不同测点力值的采集读取和分析记录。