一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统的制作方法

1.本发明涉及机械电子领域，具体地讲，涉及一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统。


背景技术：

2.目前，电动执行机构的测试设备主要包括专用测试仪、示波器，电动执行机构的加载繁琐笨重。电动执行机构需要不同的测试设备以完成全面的性能参数测试及加载测试，这导致人工参与度高、测试效率低下、测试精度和准确度较低，且测试数据分散在各测试设备间，不易于测试数据的保存和分析。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提供一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统，旨在实现一种自动化测试程度高、机械结构新颖合理、电气连接可靠高效、人机交互友好灵活、加载力矩可调、数据能够快速保存与分析、极大降低检测的人力物力成本、有效提高电动执行机构效率的一体化加载测试系统。
4.本发明的技术方案是：
5.一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统，包括：测试台架结构、底座、支撑调节机构、负载模拟装置、力矩传感器、电动执行机构、角度传感器、精密可调卡具、工控机、程控直流电源；
6.负载模拟装置、力矩传感器、电动执行机构通过支撑调节机构固定在底座上，底座固定在测试台架结构的台面上；
7.负载模拟装置和力矩传感器的转动轴之间、力矩传感器和电动执行机构的转动轴之间、电动执行机构和角度传感器的转动轴之间分别通过精密可调卡具固定；
8.精密可调卡具用于使负载模拟装置与电动执行机构的轴线同轴；角度传感器用于检测电动执行机构转动轴的转动角度；
9.测试台架结构内部放置有工控机、程控直流电源；
10.工控机采集并记录力矩传感器采集到的力矩信息和角度传感器采集到的转角信息；
11.程控直流电源用于向电动执行机构供电。
12.所述测试台架结构设计有不锈钢测试台面作为测试的基本平台。
13.负载模拟装置作为制动机构；电动执行机构作为被测对象。
14.力矩传感器和角度传感器分别用于测试施加的扭矩值和角度值。
15.工控机的pci扩展槽中插入有多功能数据采集卡和计数器卡，用于监视和采集力矩传感器和角度传感器的多路直流电压信号，设置力矩值门限和运行通电时间门限，一旦超过安全值门限，直接切断电动执行机构的供电，终止运动。
16.程控直流电源能够设置程控直流电源的输出电压，选择供电为正向供电或反向供
电，并通过定时控制电路，实时监控电源供电时间。
17.程控直流电源实时监控电源供电时间，电源供电时间大于2s时测试系统切断电源。
18.优选的，还包括：电源开关盒；
19.电源开关盒包括急停开关，作为紧急操作按钮，断开电机动力电源和电机机构供电。
20.工控机包括：操作系统和加载软件；
21.工控机的功能包括：模拟负载测试功能、电气信号测试功能、数据存储功能、数据查询功能；同时，工控机能够根据合格判据对产品的合格性进行判读、自动生成测试报告。
22.本发明与现有技术相比的有益效果是：
23.本发明的一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统，机构测试设备接通电源为电动执行机构供电驱动电机机构转动，在供电驱动电机工作的同时，监测、记录并显示电源输出的电压和消耗电流。在电机结构输出轴上，通过刚性连接装置连接扭矩传感器、角度传感器、负载模拟装置，在电机工作过程中，通过控制负载模拟装置施加设定的阻尼力矩，完成电机机构负载能力的测试，施加力矩的大小由扭矩传感器进行实施监控和反馈。工控机通过采集到的传感器信号向负载模拟装置发送指令，实现电动执行机构电机的快速响应和精确控制，及电动执行机构中的电机从堵转(电机在转速为零时仍然输出扭矩)到空转(电机在无负载时的运转状态)的定点加载和全程测试，并自动生成电动执行机构性能曲线。基于以上原理，与目前需通过多台测试设备相比，电动执行机构一体化加载测试系统可实现电动执行机构信号电压和电流、转换时间、行程开关接通阻值、断开绝缘电阻、电机带载和空载转换时间、输出轴转角、输出轴输出扭矩能力等多项指标的验证测试，避免了人工参与度高带来的低效率和高成本，提高了测量结果的准确度。
附图说明
24.图1是本发明较佳实施例的一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统的机构测试设备外形结构设计示意图；
25.图2是本发明较佳实施例的一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统的加载模拟装置和力矩角度测量单元的主视图；
26.图3是本发明较佳实施例的一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统的电气连接示意图。
具体实施方式
27.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.参照图1至图3，提出本发明的一种用于电动执行机构的一体化加载测试系统的实施例，可为电动执行机构进行性能测试从而检测出电动执行机构的工作状况。本发明包括：测试台架结构10、底座11、支撑调节机构12、负载模拟装置21、力矩传感器31、电动执行机构22、角度传感器32、精密可调卡具23、工控机41、带触摸屏的显示器42、程控直流电源51、电源开关盒52、信号调理箱60、附件箱70。
29.所述测试台架结构10设计有不锈钢测试台面作为测试的基本平台。
30.负载模拟装置21、力矩传感器31、电动执行机构22通过支撑调节机构12固定在底座11上，底座11固定在测试台架结构10的台面上；测试台架结构10和支撑调节机构12为负载模拟装置21等设备提供机械电子平台支撑；
31.负载模拟装置21和力矩传感器31的转动轴之间、力矩传感器31和电动执行机构22的转动轴之间、电动执行机构22和角度传感器32的转动轴之间分别通过精密可调卡具23固定；负载模拟装置21起制动机构的作用；电动执行机构22为被测对象；底座11集合支撑调节机构12并固定于测试台架结构10上；
32.精密可调卡具23用于使负载模拟装置21与电动执行机构22的轴线同轴；角度传感器32用于检测电动执行机构22转动轴的转动角度；
33.精密可调卡具23为电动执行机构电机、所述负载模拟单元的运转支架、所述力矩和角度测量单元的角度和力矩传感器提供固定夹具；
34.力矩传感器31和角度传感器32分别用于测试施加负载的扭矩值和角度值；
35.测试台架结构10内部放置有工控机41、程控直流电源51、信号调理箱60和附件箱70；所述测试台架结构10主要起支撑测试台面，为测试台面搭建平台的作用，同时将工控机41、程控直流电源51、信号调理箱60、附件箱70等集中在其内部空间内；采用承重大、轮子宽、带锁定的底轮作为支撑，确保设备轮子的可靠性，便于测试设备的移动和锁定。带触摸屏的显示器42作为工控机41附件实现人机交互；程控直流电源51完成给电机结构的正反极性加电并实时监控电源供电时间；信号调理箱60内集成调理电路及各种信号处理电路；附件箱70集成各种附属设备。
36.工控机41作为控制计算机用于采集多路直流电压信号并通过以太网和远控计算机进行数据交换；
37.工控机41采集并记录力矩传感器31采集到的力矩信息和角度传感器32采集到的转角信息，以便做系统分析，并完成所有系统管理和控制功能，包括显示界面、参数设置、系统的安全监控及初始化。工控机41的pci扩展槽中插入有多功能数据采集卡和计数器卡，用于监视和采集力矩传感器和角度传感器多路直流电压信号，设置力矩值门限和运行通电时间门限，以保证一旦超过安全值门限，直接切断电动执行机构22的供电，终止运动；且配备带触摸屏的显示器，鼠标键盘等人机交互设备；同时，通过以太网和远控计算机进行数据交换。
38.程控直流电源51用于向电动执行机构22供电，程控直流电源51能够设置程控直流电源的输出电压，选择供电为正向供电或反向供电，并通过定时控制电路，实时监控电源供电时间，大于2s时测试系统切断电源，定时精度可达0.1ms。同时，自动完成对电机到位情况和旋转角度进行监测，从而可实现电机机构工作过程中电压、电流测试以及转动角度的手动测试。
39.电源开关盒52包括急停开关，作为紧急操作按钮，断开电机动力电源和电机机构供电。电源按钮，作为计算机、力矩电机控制器、电源的供电总开关。电机按钮，作为电机动力线供电开关。
40.本发明设计电源开关盒作为紧急操作按钮，能够断开电机动力电源和电机机构供电。本发明通过加载控制器驱动力矩电机带动被测电动执行机构旋转。本发明集电动执行机构各类参数测试于一体，测试覆盖面更广、自动化程度高。
41.实施例
42.在本实施例中，测试台架结构10为加载测试装置搭建平台。负载模拟装置21、力矩传感器31、电动执行机构22、角度传感器32通过精密可调卡具23在轴线方向上固定，且负载模拟装置21、力矩传感器31、电动执行机构22通过三个支撑调节机构12在各自的垂直方向上固定，支撑调节机构12固定在底座11上，底座11固定在测试台架结构10上。精密可调卡具23可通过机械微调保证电动执行机构22轴线与负载模拟装置21轴线完全一致，以提高项目测量的精确度。
43.在本实施例中，测试台架结构10同时将工控机41、程控直流电源51、信号调理箱60、附件箱70等集中在其内部空间内。测试台架结构10采用承重大、轮子宽、带锁定的底轮作为支撑，确保设备轮子的可靠性，便于测试设备的移动和到达安装位置之后的锁定。
44.在本实施例中，底座11上安装有支撑调节结构12，用来固定安装力矩电机21、力矩传感器31等，支撑调节结构12具备一定的强度和刚度，能确保在测试过程中运动的稳定性和测试精度；被测电动执行机构22、角度传感器32、力矩传感器31通过支撑调节机构12和精密可调卡具23固定在支撑调节机构12之上，与被测电动执行机构22的转动轴刚性连接，转动轴的转动和传感器的转动部分精度同步，从而可实现转动角度的精确测量。
45.在本实施例中，如图2所示，精密可调卡具23保证电动执行机构22轴线与负载模拟装置21轴线完全一致。负载模拟装置21采用力矩电机模拟所需力矩负载，在完成电动执行机构22及相关工装的固定安装后，运行在工控机41上的加载软件发送加载命令(力大小或位移大小)到负载模拟装置21，负载模拟装置21根据命令调用相应的运动控制程序，输出相应的驱动信号到力矩电机，将负载力矩传递给电动执行机构22。负载模拟装置21的制动作用主要由其中的力矩电机和加载控制硬件实现，控制检测轴的转动与锁止，力矩检测由安装于轴系上的力矩传感器31实现，角度检测由安装于轴系上的角度传感器32实现。
46.参照图3，本发明一种电动执行机构一体化加载测试系统的电气连接包含有为各模块供电的供电系统、执行加载的扭矩加载单元、对负载加载装置进行控制的工控机、采集各类信号的传感器模块、对采集到的信号进行处理分析的信号调理电路和被测电动执行机构。外部电源输入后，经过电源开关盒的控制和直流电源的转换，分别给工控机、电动执行机构、信号调理箱等模块供电。采用隔离的直流电压、电流传感器将电动执行机构工作时的工作电压、消耗电流转变为直流电压后送入多功能数据采集卡进行采集。
47.负载模拟装置对力矩和角度测量单元传回的力矩和角度信号进行调理并将它们传送至工控机。工控机采集各类传感器传回的信号并进行分析处理，同时发出指令通过加载控制器设定负载扭矩并通过信号调理电路设定被测电动执行机构电机的启动与停止。工控机配备带触摸屏的显示器、鼠标、键盘等人机交互设备，同时通过以太网和远控计算机进行数据交换。为确保电动执行机构安全，在硬件上通过监视力矩传感器和角度传感器信号，设置力矩值门限和运行通电时间门限以保证，一旦超过安全值门限，直接切断被测电动执行机构电机的驱动器供电，终止运动执行单元。
48.工控机包括操作系统和加载软件，其模拟负载测试功能和电气信号测试功能两个功能模块相对独立。工控机还包括数据存储、数据查询、根据合格判据对产品的合格性进行判读、测试报告自动生成等功能。
49.程控直流电源向电动执行机构供电，并通过定时控制电路，实时监控电源供电时
间，大于2s时测试系统切断电源，同时，自动完成对电机到位情况和旋转角度进行监测。
50.信号调理箱内集成调理电路及各种信号处理电路，包含有由极性切换开关阵列组成的电机供电控制板、精确定时控制电路和直流流电压电流传感器等。
51.电源开关盒包括急停开关，作为紧急操作按钮，断开电机动力电源和电机机构供电。电源按钮，作为计算机、力矩电机控制器、电源的供电总开关。电机按钮，作为电机动力线供电开关。
52.本发明实现了一种电动执行机构一体化加载测试系统，自动化测试程度高、机械结构新颖合理、电气连接可靠高效、人机交互友好灵活、加载力矩可调、数据能够快速保存与分析，极大降低检测的人力物力成本、有效提高电动执行机构测试效率。
53.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书附图即内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。