編碼器可靠性試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應用于機械領域的試驗裝置，更確切地說，本發明涉及一種能夠對編碼器施加模擬工況的三個方向振動、溫度、濕度等負載的可靠性試驗裝置和試驗方法，同時還能夠對編碼器的信號進行監測的系統。
【背景技術】
[0002]編碼器是集光、機、電一體的數字測量角度的裝置，將旋轉角位置、角度位移及角速度等物理量轉化成電信號的位移傳感器。其具有體積小、精度高、數字化接口等優點，廣泛應用于數控機床、回轉臺、機器人、雷達等需要檢測角度的設備中。隨著科技的發展，尤其是高檔數控機床、航空、航天及激光武器等高精度系統的需求，對編碼器的測角精度、分辨力以及可靠性提出了更高的要求。然而目前編碼器受使用環境溫度、濕度、振動等外界的干擾的影響，以及安裝條件存在的缺陷，導致編碼器故障頻發。因此研究開發編碼器可靠性試驗裝置和參數檢測系統具有重要的實際意義。可靠性試驗及參數的檢測能夠為編碼器故障分析、可靠性改進設計、制作過程的可靠性保證等提供重要的基礎數據。
[0003]針對編碼器可靠性試驗的研究，我國起步較晚，目前僅有一些功能簡單的試驗裝置，例如，針對編碼器進行空運轉試驗，沒有對其進行模擬實際工況試驗。目前國內對編碼器參數檢測方面已有一些研究，但基本都局限于在常溫環境下對其檢測，也沒有在模擬實際工況環境下進行檢測。因此，為了充分模擬編碼器的實際工況，本發明提出了一種能夠對編碼器施加模擬振動、溫度、濕度、電壓等負載的可靠性試驗裝置，同時還能夠對編碼器進行性能參數的檢測。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是克服了目前編碼器可靠性試驗裝置和檢測系統不能夠模擬實際工況的問題，提供了一種具有模擬實際工況的編碼器可靠性試驗裝置及方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的:
[0006]—種編碼器可靠性試驗裝置，包括編碼器安裝裝置、模擬工況裝置以及檢測和控制系統；
[0007]所述編碼器安裝裝置包括支撐座12、傳動階梯軸13和編碼器，傳動階梯軸13通過軸承安裝在支撐座12的通孔中，傳動階梯軸13能夠帶動編碼器旋轉部份旋轉，編碼器固定部份固定在支撐座12上；
[0008]所述模擬工況裝置包括溫濕度試驗箱1、振動臺2、帶輪10、伺服電機21;
[0009]所述的溫濕度試驗箱I箱體的內部設有上下兩層，上層為密閉的空間，上層空間用于進行模擬實際環境溫度、濕度工況的可靠性試驗，下層空間安裝振動臺2，所述溫濕度試驗箱I設有溫濕度試驗箱控制器，所述振動臺2設有振動臺控制器；
[0010]所述編碼器安裝裝置中的支撐座12固定在模擬工況裝置中的振動臺2的臺面上；所述傳動階梯軸13與所述帶輪10通過鍵固定連接；
[0011]所述檢測和控制系統包括工控機、檢測儀7、數據采集卡、可編程控制器、伺服驅動器；
[0012]所述可編程控制器通過RS232C分別與溫濕度試驗箱控制器和振動臺控制器進行串口通訊，所述編碼器的信號通過檢測儀7或者數據采集卡反饋到工控機，伺服電機21的編碼器信號通過伺服驅動器和可編程控制器反饋給工控機。
[0013]技術方案中所述編碼器為I號編碼器161;
[0014]所述編碼器安裝裝置還包括I號支架141、聯軸器151;
[0015]所述的I號編碼器161為分離聯軸器內置軸承的編碼器，I號編碼器161的連接軸通過聯軸器151與傳動階梯軸13右端固定連接；
[0016]所述I號支架141左側與支撐座12固定連接，I號支架141右側與I號編碼器161的外圈固定連接；
[0017]所述的支撐座12設有三個通孔，一對軸承和隔套安裝在傳動階梯軸13軸肩的左端上，隔套安裝在一對軸承的中間，將安裝有軸承和隔套的傳動階梯軸13裝配到支撐座12的三個通孔中；
[0018]所述傳動階梯軸13設有3個，I號支架141設有3個，聯軸器151設有3個，I號編碼器161設有3個。
[0019]技術方案中所述編碼器為2號編碼器162;
[0020]所述編碼器安裝裝置還包括2號支架142、套筒152和固定螺母17;
[0021]所述的2號編碼器為具有內置軸承和定子聯軸器的編碼器，由內圈和外圈組成；
[0022]所述的2號支架142左側與支撐座12固定連接，所述的2號支架142右側與2號編碼器162的外圈固定連接；
[0023]所述的套筒152左端與傳動階梯軸13軸肩右端面固定連接，套筒152右端穿過2號編碼器內孔，與固定螺母17固定；
[0024]所述的支撐座12設有三個通孔，一對軸承和隔套安裝在傳動階梯軸13軸肩的左端上，隔套安裝在一對軸承的中間，將安裝有軸承和隔套的傳動階梯軸13裝配到支撐座12的三個通孔中；
[0025]傳動階梯軸13設有3個，2號支架142設有3個，套筒152設有3個，2號編碼器162設有3個，固定螺母17設有3個。
[0026]技術方案中所述編碼器為3號編碼器163;
[0027]所述編碼器安裝裝置還包括2號支架142、墊板153和防護罩18;
[0028]所述的3號編碼器為無內置軸承的編碼器，由磁柵鼓和讀數頭組成；
[0029]所述的2號支架142左側與支撐座12固定連接，所述的2號支架142右側與防護罩固定。
[0030]所述的墊板153—端與3號編碼器中的磁柵鼓固定連接，另一端與傳動階梯軸13軸肩右端面固定連接，所述的防護罩18固定在2號支架142上；
[0031]所述的支撐座12設有三個通孔，一對軸承和隔套安裝在傳動階梯軸13軸肩的左端上，隔套安裝在一對軸承的中間，將安裝有軸承和隔套的傳動階梯軸13裝配到支撐座12的三個通孔中；
[0032]傳動階梯軸13設有3個，2號支架142設有3個，墊板153設有3個，3號編碼器163設有3個，防護罩18設有3個；
[0033]技術方案中所述的模擬工況裝置還包括伺服電機支座20、主動帶輪19、同步帶9和漲緊
[0034]輪11;所述帶輪10設有3個；
[0035]所述的伺服電機支座20固定到支撐座12的側面，伺服電機21固定在伺服電機支座20上，伺服電機21的輸出軸與主動帶輪19固定連接，主動帶輪19、帶輪10分別與同步帶9的內圈嚙合，漲緊輪11與同步帶9外圈嚙合，主動帶輪19將動力通過同步帶9傳遞給帶輪10，兩個結構相同的漲緊輪11用于在傳動過程中漲緊同步帶9，帶輪10與傳動階梯軸13固定連接，并將動力傳遞給受試編碼器，來驅動受試編碼器的旋轉。
[0036]技術方案中所述的可編程控制器的上行方向與上位工控機通訊，下行方向分別和溫濕度試驗箱控制器、振動臺控制器、伺服驅動器和供電電源8連接，溫濕度試驗箱控制器與溫濕度試驗箱連接，振動臺控制器與振動臺連接，伺服驅動器與伺服電機的電源接口和編碼器接口連接，供電電源8為受試編碼器提供電源；
[0037]上位工控機控制界面由VB編制，在控制界面上設定可靠性試驗的溫度、濕度、振動的幅值頻率參數之后，與下位可編程控制器通過RS232C進行串口通訊；
[0038]可編程控制器輸出信號指令分別給溫濕度試驗箱控制器和振動臺控制器，按照設定的參數進行調節溫度、濕度和振動，同時控制界面上設定伺服電機的轉速和供電電源8提供給受試編碼器的電壓值參數之后，與下位可編程控制器通過RS232C進行串口通訊，分別控制伺服驅動器和供電電源；
[0039]—種編碼器可靠性試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟:
[0040](I)確定受試編碼器的型號和臺數，確定受試編碼器模擬加載工況的要求和需要檢測的性能參數；
[0041 ] (2)根據受試編碼器的型號，將受試編碼器安裝到編碼器安裝裝置上；
[0042](3)根據受試編碼器需要模擬加載工況的要求分為:溫度和濕度模擬加載試驗、XYZ三個方向振動加載試驗、受試編碼器供電電壓變化對測量精度影響的試驗以及對受試編碼器輸出信號的檢測;受試編碼器的信號通過檢測儀7上傳給上位工控機，或通過采集卡上傳給上位工控機，伺服電機21的信號通過伺服驅動器和可編程控制反饋給上位工控機；
[0043](4)根據受試編碼器模擬加載工況的要求，確定可靠性試驗的總試驗時間、試驗流程以及每步試驗需要設定的試驗參數和試驗時間。
[0044]技術方案中所述溫度和濕度模擬加載試驗，包括如下步驟:
[0045]I)根據受試編碼器需要模擬加載的工況，確定溫度和濕度模擬加載試驗溫度的范圍、溫度變化的速率以及對應的試驗時間，同時確定溫度和濕度模擬加載試驗濕度的范圍、濕度變化的速率以及對應的試驗時間；
[0046]2)在上位工控機的人機操作界面上，設定好步驟I)中所述的溫度和濕度模擬加載試驗的參數；
[0047]3)啟動溫濕度試驗箱，啟動伺服電機21驅動受試編碼器運轉，同時對受試編碼器信號和伺服電機21信號進行監測；
[0048]4)保存試驗數據，試驗數據包括溫度值、濕度值、伺服電機21的信號以及受試編碼器的信號;在試驗過程中當發現所監測的信號有突變或其它異常情況時要及時停機，根據監測的信號，對受試編碼器或試驗裝置進行檢查，分析產生信號異常突變的原因或者可能存在的故障;每次試驗完畢后對每組試驗數據，包括試驗時間、信號數據、故障數據進行分類整理和存儲。
[0049]技術方案中所述XYZ三個方向振動加載試驗，包括如下步驟:
[0050]I)根據受試編碼器需要模擬加載的工況，確定振動加載試驗中X、Y、Z三個方向每個方向的振動均值、幅值、頻率以及試驗時間；
[0051]2)在上位工控機的人機操作界面上，設定好步驟I)中所述的振動模擬加載試驗的參數；