编码器可靠性试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用于机械领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对编码器施加模拟工况的三个方向振动、温度、湿度等负载的可靠性试验装置和试验方法，同时还能够对编码器的信号进行监测的系统。
【背景技术】
[0002]编码器是集光、机、电一体的数字测量角度的装置，将旋转角位置、角度位移及角速度等物理量转化成电信号的位移传感器。其具有体积小、精度高、数字化接口等优点，广泛应用于数控机床、回转台、机器人、雷达等需要检测角度的设备中。随着科技的发展，尤其是高档数控机床、航空、航天及激光武器等高精度系统的需求，对编码器的测角精度、分辨力以及可靠性提出了更高的要求。然而目前编码器受使用环境温度、湿度、振动等外界的干扰的影响，以及安装条件存在的缺陷，导致编码器故障频发。因此研究开发编码器可靠性试验装置和参数检测系统具有重要的实际意义。可靠性试验及参数的检测能够为编码器故障分析、可靠性改进设计、制作过程的可靠性保证等提供重要的基础数据。
[0003]针对编码器可靠性试验的研究，我国起步较晚，目前仅有一些功能简单的试验装置，例如，针对编码器进行空运转试验，没有对其进行模拟实际工况试验。目前国内对编码器参数检测方面已有一些研究，但基本都局限于在常温环境下对其检测，也没有在模拟实际工况环境下进行检测。因此，为了充分模拟编码器的实际工况，本发明提出了一种能够对编码器施加模拟振动、温度、湿度、电压等负载的可靠性试验装置，同时还能够对编码器进行性能参数的检测。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服了目前编码器可靠性试验装置和检测系统不能够模拟实际工况的问题，提供了一种具有模拟实际工况的编码器可靠性试验装置及方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:
[0006]—种编码器可靠性试验装置，包括编码器安装装置、模拟工况装置以及检测和控制系统；
[0007]所述编码器安装装置包括支撑座12、传动阶梯轴13和编码器，传动阶梯轴13通过轴承安装在支撑座12的通孔中，传动阶梯轴13能够带动编码器旋转部份旋转，编码器固定部份固定在支撑座12上；
[0008]所述模拟工况装置包括温湿度试验箱1、振动台2、带轮10、伺服电机21;
[0009]所述的温湿度试验箱I箱体的内部设有上下两层，上层为密闭的空间，上层空间用于进行模拟实际环境温度、湿度工况的可靠性试验，下层空间安装振动台2，所述温湿度试验箱I设有温湿度试验箱控制器，所述振动台2设有振动台控制器；
[0010]所述编码器安装装置中的支撑座12固定在模拟工况装置中的振动台2的台面上；所述传动阶梯轴13与所述带轮10通过键固定连接；
[0011]所述检测和控制系统包括工控机、检测仪7、数据采集卡、可编程控制器、伺服驱动器；
[0012]所述可编程控制器通过RS232C分别与温湿度试验箱控制器和振动台控制器进行串口通讯，所述编码器的信号通过检测仪7或者数据采集卡反馈到工控机，伺服电机21的编码器信号通过伺服驱动器和可编程控制器反馈给工控机。
[0013]技术方案中所述编码器为I号编码器161;
[0014]所述编码器安装装置还包括I号支架141、联轴器151;
[0015]所述的I号编码器161为分离联轴器内置轴承的编码器，I号编码器161的连接轴通过联轴器151与传动阶梯轴13右端固定连接；
[0016]所述I号支架141左侧与支撑座12固定连接，I号支架141右侧与I号编码器161的外圈固定连接；
[0017]所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；
[0018]所述传动阶梯轴13设有3个，I号支架141设有3个，联轴器151设有3个，I号编码器161设有3个。
[0019]技术方案中所述编码器为2号编码器162;
[0020]所述编码器安装装置还包括2号支架142、套筒152和固定螺母17;
[0021]所述的2号编码器为具有内置轴承和定子联轴器的编码器，由内圈和外圈组成；
[0022]所述的2号支架142左侧与支撑座12固定连接，所述的2号支架142右侧与2号编码器162的外圈固定连接；
[0023]所述的套筒152左端与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，套筒152右端穿过2号编码器内孔，与固定螺母17固定；
[0024]所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；
[0025]传动阶梯轴13设有3个，2号支架142设有3个，套筒152设有3个，2号编码器162设有3个，固定螺母17设有3个。
[0026]技术方案中所述编码器为3号编码器163;
[0027]所述编码器安装装置还包括2号支架142、垫板153和防护罩18;
[0028]所述的3号编码器为无内置轴承的编码器，由磁栅鼓和读数头组成；
[0029]所述的2号支架142左侧与支撑座12固定连接，所述的2号支架142右侧与防护罩固定。
[0030]所述的垫板153—端与3号编码器中的磁栅鼓固定连接，另一端与传动阶梯轴13轴肩右端面固定连接，所述的防护罩18固定在2号支架142上；
[0031]所述的支撑座12设有三个通孔，一对轴承和隔套安装在传动阶梯轴13轴肩的左端上，隔套安装在一对轴承的中间，将安装有轴承和隔套的传动阶梯轴13装配到支撑座12的三个通孔中；
[0032]传动阶梯轴13设有3个，2号支架142设有3个，垫板153设有3个，3号编码器163设有3个，防护罩18设有3个；
[0033]技术方案中所述的模拟工况装置还包括伺服电机支座20、主动带轮19、同步带9和涨紧
[0034]轮11;所述带轮10设有3个；
[0035]所述的伺服电机支座20固定到支撑座12的侧面，伺服电机21固定在伺服电机支座20上，伺服电机21的输出轴与主动带轮19固定连接，主动带轮19、带轮10分别与同步带9的内圈啮合，涨紧轮11与同步带9外圈啮合，主动带轮19将动力通过同步带9传递给带轮10，两个结构相同的涨紧轮11用于在传动过程中涨紧同步带9，带轮10与传动阶梯轴13固定连接，并将动力传递给受试编码器，来驱动受试编码器的旋转。
[0036]技术方案中所述的可编程控制器的上行方向与上位工控机通讯，下行方向分别和温湿度试验箱控制器、振动台控制器、伺服驱动器和供电电源8连接，温湿度试验箱控制器与温湿度试验箱连接，振动台控制器与振动台连接，伺服驱动器与伺服电机的电源接口和编码器接口连接，供电电源8为受试编码器提供电源；
[0037]上位工控机控制界面由VB编制，在控制界面上设定可靠性试验的温度、湿度、振动的幅值频率参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯；
[0038]可编程控制器输出信号指令分别给温湿度试验箱控制器和振动台控制器，按照设定的参数进行调节温度、湿度和振动，同时控制界面上设定伺服电机的转速和供电电源8提供给受试编码器的电压值参数之后，与下位可编程控制器通过RS232C进行串口通讯，分别控制伺服驱动器和供电电源；
[0039]—种编码器可靠性试验装置的试验方法，包括以下步骤:
[0040](I)确定受试编码器的型号和台数，确定受试编码器模拟加载工况的要求和需要检测的性能参数；
[0041 ] (2)根据受试编码器的型号，将受试编码器安装到编码器安装装置上；
[0042](3)根据受试编码器需要模拟加载工况的要求分为:温度和湿度模拟加载试验、XYZ三个方向振动加载试验、受试编码器供电电压变化对测量精度影响的试验以及对受试编码器输出信号的检测;受试编码器的信号通过检测仪7上传给上位工控机，或通过采集卡上传给上位工控机，伺服电机21的信号通过伺服驱动器和可编程控制反馈给上位工控机；
[0043](4)根据受试编码器模拟加载工况的要求，确定可靠性试验的总试验时间、试验流程以及每步试验需要设定的试验参数和试验时间。
[0044]技术方案中所述温度和湿度模拟加载试验，包括如下步骤:
[0045]I)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定温度和湿度模拟加载试验温度的范围、温度变化的速率以及对应的试验时间，同时确定温度和湿度模拟加载试验湿度的范围、湿度变化的速率以及对应的试验时间；
[0046]2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤I)中所述的温度和湿度模拟加载试验的参数；
[0047]3)启动温湿度试验箱，启动伺服电机21驱动受试编码器运转，同时对受试编码器信号和伺服电机21信号进行监测；
[0048]4)保存试验数据，试验数据包括温度值、湿度值、伺服电机21的信号以及受试编码器的信号;在试验过程中当发现所监测的信号有突变或其它异常情况时要及时停机，根据监测的信号，对受试编码器或试验装置进行检查，分析产生信号异常突变的原因或者可能存在的故障;每次试验完毕后对每组试验数据，包括试验时间、信号数据、故障数据进行分类整理和存储。
[0049]技术方案中所述XYZ三个方向振动加载试验，包括如下步骤:
[0050]I)根据受试编码器需要模拟加载的工况，确定振动加载试验中X、Y、Z三个方向每个方向的振动均值、幅值、频率以及试验时间；
[0051]2)在上位工控机的人机操作界面上，设定好步骤I)中所述的振动模拟加载试验的参数；