本发明涉及电机性能监测领域，特别是涉及了一种数控伺服电机多参数性能测试系统及方法，用于测试获得伺服电机的多种参数数据。
背景技术：
伺服系统是数控系统的重要组成部分，包含电子器件、电动机、相关软件等部分，涉及强电与弱电的控制。数控机床的运动速度、跟踪及定位精度，加工表面质量、生产率及工作可靠性等往往取决于伺服系统的动态和静态性能，一般数控系统的故障也主要出现在伺服系统上。伺服系统的性能优劣直接决定了数控系统的质量。
对于伺服系统来讲，电子器件、软件等的老化程度相对较轻，而伺服电机更易出现明显的性能劣化，如零部件的磨损、腐蚀、老化、松动、疲劳裂缝增长等。此外，由于伺服电机结构复杂、失效模式多样，导致很难从失效的物理机理角度来分析研究其性能劣化过程，因此，本发明提出基于性能状态监测的数控系统伺服电机性能测试平台。传统的电机状态检测方法如电气分析法、温度监测法、振动监测法等，均从单一参数角度分析电机的性能，而单一参数分析难免造成分析结果的偏颇。因此一种可对数控系统中伺服电机的电压、电流、温度、振动、扭矩等参数进行监测、记录，提取其性能特征，为进一步发现其性能的时变规律，确定性能劣化程度和趋势及提高数控系统的可靠性提供数据支持的测试系统将会有助全面准确的分析数控系统中伺服电机的工作性能。
技术实现要素：
针对上述内容，根据本发明的一个方面，公布了一种数控伺服电机多参数性能测试系统，包括：数据采集子系统和数据访问与展示子系统，其中所述数据采集子系统用于包括对数控系统伺服电机的电压、电流、温度、扭矩、振动加速度多种参数数据的采集，所述数据访问与展示子系统用于对所述数据采集子系统采集的多种参数数据进行实时处理以及实时显示，所述数据采集子系统和所述数据访问与展示子系统通过数据传输线缆相连。
优选的，所述数据采集子系统包括：伺服电机加载平台、多个信号采集模块和信号适配器，其中所述伺服电机加载平台用于加载被测伺服电机，所述多个信号采集模块分别与所述信号适配器相连，所述信号适配器用于所述多种参数数据的汇总。
更优选的，所述伺服电机加载平台包括：底座、4台拖动电机和升降机构，其中所述4台拖动电机作为负载，分别与数控系统中的主轴伺服电机、x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机相连，所述底座用于支撑整个伺服电机加载平台，所述升降机构通过升降实现被测伺服电机的载入。
更优选的，所述多个信号采集模块包括：电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、振动加速度采集模块和扭矩采集模块；其中所述电流采集模块与所述电压采集模块分别与被测伺服电机的输入端相连；所述温度采集模块贴在被测伺服电机的外壁；所述振动加速度采集模块分为水平振动加速度采集模块与竖直振动加速度采集模块，并分别固定于被测伺服电机的水平与竖直位置；所述扭矩采集模块位于被测伺服电机与拖动电机之间。
更优选的，所述信号适配器中包括信号采集卡，所述信号采集卡包括电流信号接口、电压信号接口、温度信号接口、扭矩信号接口、水平方向的振动加速度信号接口以及竖直方向的振动加速度信号接口，上述电流信号接口、电压信号接口、温度信号接口、扭矩信号接口、水平方向的振动加速度信号接口以及竖直方向的振动加速度信号接口分别与所述电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、扭矩采集模块、水平振动加速度采集模块以及竖直振动加速度采集模块相连接，所述信号采集卡用于将多个信号采集模块采集到的参数数据信息汇总后，通过usb数据线和数据访问与展示子系统相连，实现所述数据采集子系统和数据访问与展示子系统间的实时通信。
优选的，所述数据访问与展示系统包括：计算机与显示器。
根据本发明的另一个方面，公布了一种使用上述一种数控伺服电机多参数性能测试系统的方法，包括：设置测试系统测试参数；根据设置测试系统的测试参数实时获取采集数据；对采集数据进行实时处理；对采集数据以及处理结果进行存储；实时显示数据采集结果以及处理结果。
进一步地，所述设置测试系统测试参数包括对每个测量参数进行上、下限报警值的设定。
进一步地，所述对采集数据进行实时处理包括：根据采集数据形成状态曲线。
进一步地，所述对采集数据以及处理结果进行存储包括：对测试数据和状态曲线进行自动连续存储或手动选点存储。
本发明的优点是，为数控系统中主要部件伺服电机的性能测试提供了一整套的测试系统，从被测伺服电机的载入，到被测伺服电机性能数据的采集，再到被测伺服电机性能数据处理与输出，其中所述性能数据包括电压、电流、温度、扭矩、振动加速度多种数据。本发明测试系统可同时采集伺服电机的包括电压、电流、温度、扭矩、振动加速度多种参数数据，使得利用本发明测试系统的数据对伺服电机的分析更加全面准确。此外本发明测试系统具有操作简单、数据显示直观等优点。
附图说明
通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的测试系统结构组成图。
图2为本发明的电压采集模块以及电流采集模块接入示意图。
图3为本发明的温度采集模块、水平和竖直方向振动采集模块以及扭矩采集模块接入位置示意图。
图4为本法明的测试系统的工作流程图。
图5为本发明的测试系统的显示界面截图。
具体实施方式
本发明公开了一种数控伺服电机多参数性能测试系统及方法，可对伺服电机的电压、电流、温度、扭矩、振动加速度参数数据进行采集与监控。通过对每种参数的报警值设定，测试伺服电机的工作性能是否可达到要求，此外还可通过本发明测试系统采集的多种参数数据以及生成的对应的状态曲线，从而对被测伺服电机进行综合评估。所述系统以及实现方法如下：
如图1所示，本发明一种数控伺服电机多参数性能测试系统，包括：数据采集子系统和数据访问与展示子系统，其中数据采集子系统又包括：伺服电机加载平台、多个信号采集模块以及信号适配器，并且所述信号适配器内包含信号采集卡。所述多个信号采集模块采集到的多种信号统一通过所述信号采集卡进行汇总，最终所述信号采集卡可通过通信线缆实现所述数据采集子系统与所述数据访问与展示子系统间的信息交互。
具体的，所述伺服电机加载平台包括：底座、4台拖动电机和升降机构，其中所述4台拖动电机作为负载，分别与数控系统中的主轴伺服电机、x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机相连，所述底座用于支撑整个伺服电机加载平台，所述升降机构通过升降实现被测伺服电机的载入。更具体的，所述主轴伺服电机、x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机分别与其对应的伺服单元相连，其分别为，主轴伺服单元、x轴伺服单元、y轴伺服单元、z轴伺服单元，所述四种伺服电机与其对应的四种伺服单元共同组成nc(数控)模块。其中x轴伺服单元、y轴伺服单元、z轴伺服单元又称为适给伺服单元，x轴伺服电机、y轴伺服电机、z轴伺服电机又被称为适给伺服电机。所述主轴伺服电机与所述适给伺服电机通过联轴器以轴连的方式与四台拖动电机相连，由四台拖动电机作为负载用来控制所述被测伺服电机的工况。上述中，伺服单元是数控机床的“执行机构”，能够准确地执行由cnc(数控机床)装置发出的运动命令，伺服单元的作用主要有：一是使坐标轴按照数控装置给定的速度运行；二是使坐标轴按照数控装置给定的位置定位。
所述多个信号采集模块包括：电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、振动加速度采集模块和扭矩采集模块，其中所述电流采集模块与所述电压采集模块分别为三相电流传感器与电压传感器，用来探测被测伺服电机的输入电流与输入电压。本发明性能测试系统中包括4个三相电流传感器、4个电压传感器，8个传感器并分别与被测伺服电机的输入端相连，具体如图2所示。所述温度采集模块为温度传感器，用来探测被测伺服电机的外壳表面温蒂，贴在被测伺服电机的外壁；所述振动加速度采集模块分为水平振动加速度采集模块与竖直振动加速度采集模块，用来探测被测伺服电机的震动情况，分别固定于被测伺服电机的水平与竖直位置；所述扭矩采集模块为扭矩传感器，用来探测所述主轴伺服电机、适给伺服电机联轴器与拖动电机间的扭矩，位于被测伺服电机与拖动电机之间，所述温度传感器、所述震动加速度传感器、所述扭矩传感器的具体链接方式如图3所示。
如图3所示，其中包括伺服电机1、竖直方向震动加速度传感器2、支架3、第一联轴器4、扭矩传感器5、第二联轴器6、拖动电机7、水平方向震动加速度传感器8与温度传感器9。其中温度传感器贴在被测伺服电机1的侧壁，竖直方向震动加速度传感器2与水平方向震动加速度传感器8位于同一截面，分别安装于背刺伺服电机的水平方向以及竖直方向，并同样位于被测伺服电机的外壳表面。主轴伺服电机与适给伺服电机(被测伺服电机)通过轴连的方式与各自对应的拖动电机轴连，第一联轴器4与伺服电机1相连，第二联轴器6与拖动电机7相连，所述扭矩传感器位于所述第一联轴器4与所述第二联轴器6之间。本发明测试系统工作时，拖动电机由适给伺服电机拖动成为负载。
所述信号适配器中的信号采集卡包括12(4*3相)个电流信号接口、4个电压信号接口、4个温度信号接口、4个扭矩信号接口、4个水平方向的振动加速度信号接口、4个竖直方向的振动加速度信号接口，上述接口分别与所述电流采集模块、电压采集模块、温度采集模块、扭矩采集模块、水平振动加速度采集模块以及竖直振动加速度采集模块相连接。所述信号采集卡用于将多个信号采集模块(多种传感器)采集到的多种参数数据信息汇总，然后通过通信线缆和所述数据访问与展示系统进行通信，其中所述通信线缆为具有usb接口的通信线缆。所述信号适配器中还包括信号隔离及调理电路，用于对多种传感器采集到的信号进行去谐波以及降噪处理。
所述数据访问与展示系统包括计算机和显示器，用于对所述测试系统的控制以及对采集数据的监视，处理与保存。所述测试系统的使用过程包括，设置测试系统测试参数；根据设置测试系统测试参数实时获取采集数据；对采集数据进行实时处理；对采集数据以及处理结果进行存储；实时显示数据采集结果以及处理结果。具体的，所述数据访问与展示系统实现的功能包括：
1)实时采集、实时处理、实时存储与显示，本发明中所述存储最多可同时存储52个通道的参数值。
2)对每个测量参数进行上、下限报警，报警值可任意设定，通过设定报警限值，根据测量参数的报警与否、报警次数以及报警频率，从而评估被测伺服电机在该参数上是否满足要求。
3)本发明测试系统可根据实时采集数据生成实时状态曲线，实时采集数据以及实时状态曲线对测试数据和曲线进行自动连续存储或按使用者的意愿进行手动选点存储；
4)对于参数的各种设置(如，信号的名称单位、信号是否启用、采集信号显示精度、采集信号量程、采集信号报警限值，包括上限和下限)具有记忆功能，只需输入一次即可；
5)通过查看保存了历史数据进行测试采集过程回放；
6)可将试验数据及曲线导出到word或execl中，可以通过打印机对测试结果进行数据、曲线打印；
7)菜单和快捷键双重操作，操作简捷，维护方便。
下面将结合图4本发明的一种数控伺服电机多参数性能测试系统的实际显示界面截图进一步的阐述本发明测试系统的工作过程。如图4所示，所述设置测试系统测试参数包括设置试验编号，用来管理试验数据；参数通道设置，即将传感器与信号采集卡上对应的接口一一对应，并启用接有传感器的接口；实时曲线选择，选择查看一个传感器的实时曲线；xy曲线选择，选择查看一个传感器的xy曲线；单次采集，单次采集数据，通过单次采集数据查看多种传感器的瞬时值；间隔采集，通过设置数据采集间隔时间进行间隔采集，根据一系列间隔采集数据可实时处理成实时曲线(实时状态曲线)；连续采集，通过设置采集频率以一定频率对数据进行连续采集根据一系列连续采集数据可实时处理成实时曲线(实时状态曲线)；实时采集数据以及实时状态曲线对测试数据和曲线进行自动连续存储或按使用者的意愿进行手动选点存储；输出数据，输出采集数据；数据曲线，输出根据采集数据形成的状态曲线；查看历史数据；查看历史曲线。需说明的是，实时曲线用来描述除振动加速度传感器以外的传感器的数据变化，振动加速度传感器数据变化通过xy曲线进行描述，其特点是将水平振动情况与竖直振动情况同时显示。
本发明测试系统的显示内容包括测量数据、采集数据显示、实时曲线、xy曲线、历史数据、历史实时曲线、历史xy曲线。其中测量数据包括：参数名称、单位，测量数值，上报警(上限报警状态)，下报警(下限报警)，置零操作(修改上下限报警值或放弃取消修改)，测试日期时间，启动时间，系统运行时间。
通过上述方法，使得本发明测试系统的操作简便，数据查看直观，并实现了通过本发明对被测伺服电机的多种状态数据进行监测，根据采集到的多种参数数据以及对应的状态曲线对被测伺服电机的性能进行综合评估。
以上，仅为本发明示例性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。