测量仪表步进电机输出平稳性的方法

文档序号:9416191阅读:565来源:国知局
测量仪表步进电机输出平稳性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量仪表步进电机技术领域,尤其涉及一种减少人为干扰,提高效率, 控制成本,且自动化程度高的测量仪表步进电机输出平稳性的方法。
【背景技术】
[0002] 汽车仪表多采用汽车仪表步进电机来驱动指针走动,从而实现可视化,仪表步进 电机作为汽车仪表的关键零部件,其输出的平稳性和可靠性尤其显得重要。
[0003] 国内的仪表步进电机生产商,通常采用人工测量手感的办法来感知步进电机内部 齿轮的转动情况,完全靠人感觉来判断仪表步进电机的输出稳定性,此种方法判断标准因 人而异,受人为因素干扰比较大,可靠性不高,经常出现漏检和误检的情况。
[0004] 国外的仪表步进电机生产商,通过给仪表步进电机负载一个标定针,采用高速摄 像机拍照的方式,抓取仪表步进电机标定针转动时的图像,并用软件分析其平稳性,此种方 法检测的可靠性比较高,但该技术使用的设备费用较贵,步进电机必须安装负载指针,插拔 指针可能损害电机内部齿轮和输出轴,而且效率极其低下,并不适合生产线在线作业要求。
[0005] 人工手感检测方式具有以下缺点: 1)需要安装测试指针,多次插拔指针,可能造成电机内部齿轮或输出轴损伤。
[0006] 2)检测时,通过人工快速转动指针,靠人工感觉来判断电机输出是否存在卡滞、顿 挫等不良。由于判断标准不一致,存在漏检和误检风险。
[0007] 3)需要大量作业人员参与检测,效率较低,人工成本高 图像分析的方式检测具有以下缺点: 1)需要安装负载标定针,插拔指针时候同样存在齿轮或输出轴损伤风险。
[0008] 2)由于电机转动较快,需要使用高速的摄像设备进行采集图像,同时需要专业的 软件配合处理图像数据,所需费用较高。
[0009] 3)检测步进电机过程中,需要安装指针、长时间拍照采集图像和数据分析,不利 于自动化改造。
[0010] 4)每个检测电机都需要一个高速摄像头采集和一台图像处理设备相配合,效率较 低,不利于生产线在线作业。
[0011] 上述两种检测方法,存在问题的一系列问题影响仪表步进电机检验的效率、成本 和可靠性等。
[0012] 因此,亟需一种减少人为干扰,提高效率,控制成本,且自动化程度高的测量仪表 步进电机输出平稳性的方法。

【发明内容】

[0013] 本发明的目的是提供一种减少人为干扰,提高效率,控制成本,且自动化程度高的 测量仪表步进电机输出平稳性的方法。
[0014] 为了实现上述目的,本发明提供的技术方案为:本发明公开了一种测量仪表步进 电机输出平稳性的方法,仪表步进电机采用两个线圈供电驱动,包括: a、 驱动仪表步进电机回机械零点,以全步驱动仪表指针顺时针转动; b、 驱动步进电机转动,并加速到设定的速度值; c、 继续驱动电机转动,当驱动信号由正半周变化到负半周或者负半周变化到正半周 时,输出一步OV电压信号,断开该步OV电压信号,并连接到采集回路,采集该线圈两端电压 值,由于线圈储能和感应电压,采集线圈上产生了一个反向电动势,获取线圈两端电压值的 平均值、最大值、最小值、标准差与设定的门限值比较,判断该电机是否符合仪表步进电机 输出平稳性的标准。
[0015] 完成顺时针方向转动检测后,改变电机转动方向,按权利要求1中步骤b及步骤c 检测电机逆时针转动方向是否符合仪表步进电机输出平稳性的标准。
[0016] 将仪表步进电机的PIN1、PIN2、PIN3、PIN4分别对应连接到MCU的四个驱动信号端 口勵0)1、]\100^、]\10(:1?、]\10(:1]\1,形成驱动回路,且同时将步进电机的?預1、?預2、?預3、?預4 分别对应连接到MCU的四个采集信号端口 ATDl、ATDO、ATD2、ATD3,形成采集回路。
[0017] 每个全步时间内采集7次,去除数组中第1个和最后1个干扰数据,取中间5次平 均值与设定的门限值比较。
[0018] 本发明针对目前国内外检测仪表步进电机的技术缺陷,采用基于反向电动势才采 集和分析来检测仪表步进电机内部齿轮的卡滞和啮合状况的检测技术。
[0019] 本发明介绍的检测方法,避免人工检测出现的人为因素干扰,解决人工检测漏 检、误检、判断标准不一致的问题。
[0020] 通过采集电机转动产生的反向电动势数据,以数字化方式判断电机输出平稳性。
[0021] 检测过程不需要给步进电机加装负载标定针,使用空载测试,避免电机插拔指针 可能造成齿轮、输出轴的损伤。
[0022] 检测系统可以用普通MCU控制,降低设备成本,而且可以同时测试多个电机,可以 直接配置到生产线实时采集和分析电机转动数据,及时输出判断结果,适合在线作业要求, 效率很高。
[0023] 实际配置到生产线时候,可以以IIC总线方式连接,同时控制几个到几十个MCU进 行测量,每个MCU可同时检测1-4个电机,大大提高生产效率。由于完全自动测量、运算和 判断电机输出平稳性,后期改造成完全自动化也非常方便。
[0024] 检测过程实时采集数据,可以保留电机测试数据,提供追溯源。
[0025] 通过以下的描述并结合附图,本发明将变得更加清晰,这些附图用于解释本发明 的实施例。
【附图说明】
[0026] 图1为步进电机全步驱动的驱动彳目号不意图。
[0027] 图2为电机在全步驱动下理论反向电动势的信号示意图。
[0028] 图3为电机在全步驱动下实际反向电动势的信号示意图。
[0029] 图4为啮合OK电机采集数据截图。
[0030] 图5为啮合NG电机1采集数据截图。
[0031] 图6为啮合NG电机2采集数据截图。
[0032] 图7为测量仪表步进电机输出平稳性的电路原理模块图。
【具体实施方式】
[0033] 现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。如 上所述,如图1~7所示: 仪表步进电机,一般采用两个线圈供电驱动,采用正弦波、三角波信号等方式驱动,当 驱动信号由正半周变化到负半周或者负半周变化到正半周时,会输出一步OV电压信号,该 步驱动信号对于电机驱动不供给线圈电流,图1所示的虚线部分。通过断开该步OV电压信 号,并连接成采集回路,测量该线圈两端电压值,由于线圈储能和感应电压,采集线圈上产 生了一个反向电动势,称之为 BEMF (Back Electromotive Force) 〇
[0034] 理论BEMF信号示意图,如图2所示: 电机正常平滑转动时候,线圈产生的反向电动势BEMF是一组相对稳定的震荡信号,如 果电机出现卡滞、顿挫或者电磁转化异常,其BEMF将出现较大波动,因此通过计算其BEMF 的波动范围和平均电压值,就可以判定电机运转是否稳定和可靠。
[0035] 实际上,采集到的BEMF信号,是一个连续的、衰减的震荡信号,为了便于分析BEMF 波动性,需要将信号进行数字化转化。
[0036] 参考图3所示,检测BEMF信号需要区分三个区域: 区域A :线圈是感性元件,具有储存能量的特性,当信号发生改变方向时候,会阻碍电 流变化,产生一个相反的很高的电动势,该信号是原来驱动信号产生的,是不需要采集的, 因此采集BEMF时候,必须去除该部分。
[0037] 区域C :该信号是线圈感应信号衰减到最后接近0V,甚至会变成负值的,容易产生 干扰,也不能采集。
[0038] 区域B :去除了区域A和C后,中间部分就是电机转动时候,在没有驱动信号的线 圈端产生的反向电动势BEMF,这是一个连续的模拟信号,将其通过连续多次采集,数字化 后,用一系列算法计算出其大小。实际应用中采集7次AD值,去除区域A和C(第一个和最 后一个AD值),计算中间5次的平均数的方式读取一步的BEMF值大小。
[0039] 以下参考图7详细说明检测流
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