[发明专利]一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置及校准方法

权利要求书

1.一种制动式固有频率法动态校准扭矩传感器的装置的校准方法，包括机械校准装置和电气控制系统，其特征在于，所述机械校准装置包括：

支撑架（1）；

伺服电机（2），固定于所述支撑架（1）的底部，且所述伺服电机（2）的输出轴竖直向上；

离合器（3），固定于所述支撑架（1）上，所述伺服电机（2）的输出轴与所述离合器（3）的输入轴相连；

连接轴（5），所述离合器（3）的输出轴与所述连接轴（5）的下端相连；

制动器（4），固定于所述支撑架（1）上，所述制动器（4）的转子与所述连接轴（5）刚性连接；

下耦合器（6），所述连接轴（5）的上端与所述下耦合器（6）的下端刚性连接；

扭矩传感器（7），所述下耦合器（6）的上端与所述扭矩传感器（7）的下端刚性连接；

上耦合器（8），所述扭矩传感器（7）的上端与所述下耦合器（6）的上端刚性连接；

标准惯量盘（10），所述上耦合器（8）的上端与所述标准惯量盘（10）的下端刚性连接；

气浮轴承（9），套于所述标准惯量盘（10）上，并且所述气浮轴承（9）固定安装在所述支撑架（1）上；

玻璃圆光栅（11），安装在所述标准惯量盘（10）上；

光栅读数头（12），固定于所述支撑架（1）上，并且所述光栅读数头（12）与所述玻璃圆光栅（11）配套安装；

所述制动器（4）、连接轴（5）、下耦合器（6）、扭矩传感器（7）、上耦合器（8）、气浮轴承（9）、标准惯量盘（10）和玻璃圆光栅（11）的中轴线位于同一轴线上；

所述电气控制系统包括角度信号调理采集装置（14）、扭矩测量仪（15）、制动器控制装置（16）、电机控制装置（17）和计算机（18），所述光栅读数头（12）的输出端与所述角度信号调理采集装置（14）的输入端电气连接，所述角度信号调理采集装置（14）的输出端与所述计算机（18）的输入端电气连接，所述扭矩传感器（7）的输出端与所述扭矩测量仪（15）的输入端电气连接所述扭矩测量仪（15）的输出端与所述计算机（18）的输入端电气连接，所述制动器控制装置（16）用于控制制动器（4）的动作，所述制动器控制装置（16）的信号输入端与所述计算机（18）的输出端电气连接，所述电机控制装置（17）用于控制伺服电机（2）的动作，所述电机控制装置（17）的信号输入端与所述计算机（18）的输出端电气连接；

所述校准方法包括以下步骤：

S1、初始状态下，所述机械校准装置中的各部件均静止，并且所述离合器（3）中的传动部件处于耦合状态；

S2、开始校准前，对所述气浮轴承（9）充气；

S3、所述计算机（18）向所述电机控制装置（17）发出转速指令，所述连接轴（5）、下耦合器（6）、扭矩传感器（7）、上耦合器（8）和标准惯量盘（10）在所述伺服电机（2）的带动下转速逐渐上升，所述电机控制装置（17）监测到所述伺服电机（2）的转速并将转速信息发送给计算机（18），在所述伺服电机转速上升到设定转速时，所述计算机（18）向所述电机控制装置（17）发送指令，使所述离合器（3）的传动部件处于分离状态；

S4、所述计算机（18）向所述制动器控制装置（16）发送制动指令，所述制动器控制装置（16）根据制动指令产生制动力矩，使所述连接轴（5）开始减速并停止转动，在标准惯量盘（10）的转速降为零后，由于扭矩传感器（7）中存储的应变能，所述标准惯量盘（10）开始以固定的频率左右震荡摆动，由于各部件的连接处存在阻尼，标准惯量盘（10）的震荡角度幅值呈逐渐衰减的趋势，光栅读数头（12）通过玻璃圆光栅（11）将标准惯量盘（10）的角度信号转换为TTL脉冲信号，并通过所述角度信号调理采集装置（14）将采样数据发送至计算机（18），计算机（18）对采样数据进行计算，得到标准惯量盘（10）震荡阶段的角加速度波形，并计算角加速度波形的频率和幅值，将角加速度的幅值乘以标准惯量盘（10）的惯量值，得到扭矩传感器（7）在对应频率下的扭矩幅值曲线；

S5、在所述光栅读数头（12）对所述标准惯量盘（10）进行测量的同时，所述扭矩测量仪将所述扭矩传感器（7）产生的扭矩波形信号输送给计算机（18）；

S6、将扭矩幅值曲线与扭矩波形进行比对，完成单次校准；

S7、在完成单次校准后，静置机械校准装置，重复步骤S3至S6，通过改变计算机（18）向所述制动器控制装置（16）发出的制动指令，改变制动力矩幅值，在标准惯量盘（10）震荡阶段，扭矩传感器（7）受到的动态扭矩频率相同、幅值不同，完成扭矩传感器（7）在相同频率、不同扭矩幅值条件下的动态扭矩校准；

S8、完成相同频率、不同幅值的动态扭矩校准后，先关闭气浮轴承（9）的供气阀，再关闭断电源，更换不同惯量值的标准惯量盘（10），可改变标准惯量盘（10）在震荡阶段的震荡频率，重复步骤S3至S6，可完成扭矩传感器（7）在不同频率、不同扭矩幅值条件下的动态扭矩校准。