一种适用于多组扭矩传感器标定的装置及标定方法与流程

本发明涉及适用于多组扭矩传感器标定的装置及标定方法，属于扭矩标定技术领域。

背景技术：

目前，扭矩越来越多的被用作评估机械动力设备的工作能力、能耗、寿命、效率和安全的重要参数，成为机械产品开发研究、测试分析、质量控制等不可或缺的内容。因此，保证扭矩测量值准确可靠，对于保证产品的质量至关重要。

扭矩标定装置是检验扭矩传感器精度的重要仪器，任何扭矩传感器只有经过标定才能正常使用。目前，最为常见的扭矩传感器标定装置大多功能单一，只能针对某一种扭矩传感器进行标定；最常见的扭矩标定方式为砝码标定，通过悬挂不同质量的砝码，来满足一种扭矩传感器不同量程的标定。如果需要对几组不同量程的扭矩传感器进行标定，则需要做多个不同大小的标定装置，大大增加标定成本；同时，来回安放标定砝码，浪费一定的时间。

中国专利201521005817.4公开了一种扭矩传感器标定装置，包括安装基座、加载长臂、长臂安装座、砝码托盘、待标定扭矩传感器、调平短臂，短臂安装座以及调平气缸等；在该装置中，待标定扭矩传感器的测量轴的两端分别与长臂连接轴和短臂连接轴相连，通过向长臂加载砝码和气缸调平短臂均能实现扭矩传感器的标定。但该装置功能简单，只能针对单一扭矩传感器进行标定，通过来回安装标定砝码进行标定，效率低，浪费时间。

所以，为了减少多组不同量程扭矩传感器标定的成本，提高扭矩传感器的标定效率，需要新研制一种能够同时适用于多组扭矩传感器标定的装置和标定方法。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于多组扭矩传感器标定的装置及标定方法，用伺服电机带动滑座和质量块移动，通过控制滑座位置来保证扭矩大小，代替了传统的砝码标定，在保证标定精度的情况下还提高了标定效率。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种适用于多组扭矩传感器标定的装置，包括安装机座、扭矩传感器加载滑组、标定装置扭矩传递组件、待标定扭矩传感器、标定装置尾部承载组件、计算机和质量块，所述待标定扭矩传感器的一端夹持在标定装置尾部承载组件，另一端与标定装置扭矩传递组件连接，标定装置扭矩传递组件与扭矩传感器加载滑组连接，质量块位于扭矩传感器加载滑组上；所述扭矩传感器加载滑组包含扭矩传感器标定板、伺服电机、丝杠、丝杠螺母和第一导轨，所述伺服电机安装在扭矩传感器标定板上，伺服电机与丝杠连接，在丝杠上套有丝杠螺母，丝杠螺母与丝杠螺母座连接，丝杠螺母座与两个第一滑块连接，第一滑块与滑座连接，质量块位于滑座上，两个第一滑块分别位于第一导轨上，第一导轨安装在扭矩传感器标定板上，在丝杠螺母座一侧面安装磁栅尺读头，在扭矩传感器标定板上安装有与磁栅尺读头配对使用的磁栅尺，磁栅尺读头和待标定扭矩传感器均与计算机信号连接；通过伺服电机带动丝杠转动，从而带动丝杠螺母座在第一导轨上移动，从而通过标定装置扭矩传递组件将扭矩作用在待标定扭矩传感器上。

作为优选，所述扭矩传感器标定板上安装有限位开关。

作为优选，所述标定装置扭矩传递组件包含扭矩传感器标定支座、标定轴和过渡轴套，所述过渡轴套一端与待标定扭矩传感器连接，另一端与标定轴连接，标定轴通过轴承安装在扭矩传感器标定支座上，标定轴与扭矩传感器标定板通过键连接。

作为优选，所述标定装置尾部承载组件包含第二导轨、第二滑块、法兰套筒安装架、法兰套筒、套筒和锁紧手柄，所述第二滑块安装在第二导轨上，法兰套筒安装架呈l形，直角处设有加强筋，法兰套筒安装架通过螺钉安装在第二滑块上；法兰套筒为一阶梯轴，法兰套筒通过螺钉安装在法兰套筒安装架上；套筒为轴类零件，外部加工有外花键，内部加工成双键槽通孔，套筒外部与法兰套筒的花键配合连接，内部通过平键与待标定扭矩传感器连接，锁紧手柄通过螺纹安装在法兰套筒安装架上。

一种上述的适用于多组扭矩传感器标定的装置的标定方法，包括以下步骤：

1)将各零件均安装完毕后，选取一个已经标定好的小量程扭矩传感器安装在待标定扭矩传感器处，安装到位，通过锁紧手柄将标定装置尾部承载组件位置锁定；

2)启动伺服电机，通过丝杠带动滑座运动，待滑座运动至限位开关处停止运动，该时刻记为装置零点，因为限位开关距离标定轴中心线的位置由标定装置本身确定，所以该零点距离标定轴中心线的位置坐标已知；此时磁栅尺读头所在位置为初始位置，记录此时扭矩传感器数值，该扭矩值即为标定装置零点值；

3)伺服电机反向转动，滑座从零点位置反向运动，实时通过磁栅尺读头记录滑座运动距离x，通过计算机记录这一过程中的扭矩t，生成t-x曲线；从而得出滑座运动至每一具体坐标时的扭矩值；

4)以标定轴中心线为基准，不同质量块距离标定轴中心线的位置不同，则产生的扭矩不同，安装每一种质量块时均可以精确测出质量块和螺钉的质量，通过质量和位置可计算出每个质量块分别在不同位置产生的不同扭矩值t′；所以，安装质量块后，某一位置的扭矩t总＝t+t′，通过计算机记录每一个质量块安装后装置可标定的对应扭矩范围；

5)根据待标定扭矩传感器尺寸规格选择合适的过渡轴套、套筒和质量块，分别将过渡轴套、套筒、质量块安装至正确位置，安装待标定扭矩传感器；

6)启动伺服电机，通过控制伺服电机使滑座运动至平衡位置(即扭矩为零)处，此时计算机记录滑座所在位置坐标，记录该位置坐标距离标定轴中心线为x0，则滑座和质量块产生的平衡扭矩然后，选择扭矩传感器第一次标定的扭矩t1，该扭矩是由滑座和质量块同时在位置x1处产生的，即通过计算机计算出x1的坐标，然后计算机控制伺服电机带动滑座向远离伺服电机方向运动至坐标x1处，做第一次标定；

7)继续选择扭矩传感器第二次标定的扭矩t2，该扭矩是由滑座和质量块同时在位置x2处产生的，通过计算机计算出x2的坐标，然后计算机控制伺服电机使滑座带着质量块运动至x2处，做第二次标定；继续依次选择扭矩传感器第三至第五次标定的扭矩t3、t4、t5，通过计算机分别计算出对应的坐标x3、x4、x5，然后计算机控制伺服电机使滑座带着质量块分别运动至x3、x4、x5处，做第三至第五次标定，依次对扭矩传感器进行五个扭矩值的标定完毕后，丝杠螺母座重新回到平衡位置，待下一次标定。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明用伺服电机带动滑座和质量块移动，通过控制滑座位置来保证扭矩大小，代替了传统的砝码标定，在保证标定精度的情况下还提高了标定效率。

(2)本发明较传统扭矩传感器功能强大，能够同时满足多种规格扭矩传感器力值的标定，通过尾部法兰套筒安装架沿导轨前后滑动，可以快速更换不同规格扭矩传感器及其对应的过渡轴套、套筒，简单方便，节省一定的时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖面图。

图3为本发明的扭矩传感器加载滑组主视图。

图4为本发明的过渡轴套结构示意图。

图5为本发明的套筒结构示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的适用于多组扭矩传感器标定的装置，包括安装机座1、标定装置底板2、扭矩传感器加载滑组3、标定装置扭矩传递组件4、待标定扭矩传感器6、标定装置尾部承载组件5、计算机7、质量块8。

在本发明中，所述的安装机座1为一梯形框架，由多根槽钢和方钢焊接而成，上表面四周加工有多个光孔；上面安装有标定装置底板2。所述的标定装置底板2为一长方形钢板，中间加工有安装凹槽基准面，基准面内和钢板周围均加工有螺纹孔；标定装置底板2通过螺钉安装在安装机座1上，标定装置2上面安装有标定装置扭矩传递组件4和标定装置尾部承载组件5。

在本发明中，所述的扭矩传感器加载滑组3包括扭矩传感器标定板3.1、盖子3.2、电机安装板3.3、伺服电机3.4、联轴器3.5、轴承安装座3.6、轴承3.7、梯形丝杠3.8、丝杠螺母3.9、丝杠螺母座3.10、第一导轨3.11、第一滑块3.12、滑座3.13、磁栅尺读头3.14、磁栅尺3.15和限位开关3.16。扭矩传感器标定板3.1为焊接件，由矩形钢板、圆钢和加强筋板焊接而成，形状呈非对称三角形，焊接后在矩形钢板表面加工有贯穿的长凹槽，凹槽底部加工有螺纹孔，凹槽两侧凸台各加工一排螺纹孔，其中一端面也加工有螺纹孔，圆钢端面圆周加工四个螺纹孔，中心加工一双键槽孔，通过键和标定装置扭矩传递组件4中的标定轴4.2连接；盖子3.2为一圆法兰状，中间加工一凸台，法兰圆周加工有四个光孔，盖子通过螺钉安装在扭矩传感器标定板圆钢端面上；电机安装板3.3为长方形钢板，上面加工有定位孔和安装孔，电机安装板3.3通过螺钉安装在扭矩传感器标定板3.1端面上；轴承安装座3.6呈倒t形状，中间加工成阶梯光孔，t型两端加工有沉头孔，两个轴承安装座3.6分别通过螺钉安装在扭矩传感器标定板3.1两端；丝杠螺母座3.10呈方块状，中间加工有通孔，两侧和上面均加工有螺纹孔；滑座3.13呈凹状，中间部分加工有沉头孔，两侧加工有螺纹孔；伺服电机3.4、联轴器3.5、轴承3.7、梯形丝杠3.8、丝杠螺母3.9、丝杠螺母座3.10、第一导轨3.11、第一滑块3.12、磁栅尺读头3.14、磁栅尺3.15和限位开关3.16等均为标准件；伺服电机3.4通过螺钉安装在电机安装板3.3上，两个轴承3.7分别安装在轴承安装座3.6内，梯形丝杠3.8两端均穿过轴承3.7，其中一端通过联轴器3.5和伺服电机3.4输出轴相连，丝杠螺母3.9分别与丝杠3.8和丝杠螺母座3.10相连，两根第一导轨3.11分别通过螺钉安装在扭矩传感器标定板3.1两侧凸台上，两个第一滑块3.12分别与两个第一导轨3.11配合，滑座3.13通过螺钉分别与两个第一滑块3.12和丝杠螺母座3.10安装，滑座3.13上面安装质量块8；丝杠螺母座3.10一侧面安装磁栅尺读头3.14，另一侧面安装限位开关部件，磁栅尺3.15贴在扭矩传感器标定板3.1凹槽内，同时位于安装磁栅尺读头3.14正下方，限位开关3.16安装在扭矩传感器标定板3.1一端，保证能与其部件对齐。

在本发明中，所述的标定装置扭矩传递组件4包括扭矩传感器标定支座4.1、标定轴4.2、轴承4.3、轴承端盖4.4、标定支撑盖4.5、过渡轴套4.6。扭矩传感器标定支座4.1为一箱体，下板两侧均加工有u型槽，可以调节前后安装距离，箱体前后板上加工有两个通孔，且两通孔同心，内部均安放轴承4.3，两通孔外侧均加工一圈螺纹孔，上面亦加工有四个螺纹孔，矩传感器标定支座4.1通过螺钉安装在标定装置底板2上；标定轴4.2为一阶梯轴，一端加工有双外键槽，一端加工有内花键槽，阶梯轴穿过轴承安装在扭矩传感器标定支座4.1内，一端通过键与扭矩传感器加载滑组3中的扭矩传感器标定板3.1相连，另一端通过花键与过渡轴套4.6配合；轴承端盖4.4为圆型法兰，内部加工有凸台和通孔，轴承端盖4.4通过螺钉固定在扭矩传感器标定支座4.1前后面上；标定支撑盖4.5为一长方形盖板，上面加工有四个光孔，通过螺钉安装在扭矩传感器标定支座4.1上面；过渡轴套4.6为阶梯轴类零件，一端加工有外花键，另一端加工有两个内平键槽，外花键一端与标定轴4.2内花键配合，另一端通过平键与待标定扭矩传感器6相连接，过渡轴套4.6为可更换零件，根据不同规格的扭矩传感器可选用不同大小的过渡轴套4.6。

在本发明中，所述的标定装置尾部承载组件5包括第二导轨5.1、第二滑块5.2、法兰套筒安装架5.3、法兰套筒5.4、套筒5.5和锁紧手柄5.6。第二导轨5.1和第二滑块5.2均为标准件，两个第二导轨5.1分别通过螺钉固定在标定装置底板2一端的两侧，两第二滑块5.2分别与两第二导轨5.1配合安装；法兰套筒安装架5.3呈l形，直角处设有加强筋，底板加工有螺纹孔，侧板加工有光孔和光孔周围均布的螺纹孔，法兰套筒安装架5.3通过螺钉安装在两个第二滑块5.2上；法兰套筒5.4为一阶梯轴，大圆面上加工有一圈光孔，阶梯轴内部加工有花键槽通孔，法兰套筒5.4通过螺钉安装在法兰套筒安装架5.3上；套筒5.5为轴类零件，外部加工有外花键，内部加工成双键槽通孔，套筒5.5外部与法兰套筒5.4花键配合连接，内部通过平键与待标定扭矩传感器6连接，套筒5.5为可更换零件，根据不同规格的扭矩传感器可选用不同大小的套筒5.5；锁紧手柄5.6为标准件，锁紧手柄5.6穿过法兰套筒安装架底板上2的螺纹孔，可以压紧标定装置底板2，防止标定装置尾部承载组件5前后移动。

在本发明中，所述的质量块8为具有精确质量的长方体铁块，上面加工有光孔，需要时通过质量确定的螺钉安装在扭矩传感器加载滑组3上，质量块8有多种不同规格。

对本发明的适用于多组扭矩传感器标定的装置的标定方法所采用的技术方案做进一步的说明：

参考图1和图3所示，确定扭矩传感器加载滑组3中滑座3.13在每一位置的扭矩值。

首先，选取一个已经标定好的小量程扭矩传感器安装在待标定扭矩传感器6处，安装到位，通过锁紧手柄5.6将标定装置尾部承载组件5位置锁定。

其次，伺服电机3.4启动，通过丝杠3.8带动滑座3.13运动，待滑座3.13运动至限位开关3.16处停止运动，该时刻记为装置零点；因为限位开关3.16距离标定轴4.2中心线的位置由标定装置本身确定，所以该零点距离标定轴4.2中心线的位置坐标已知；此时磁栅尺读头3.14所在位置为初始位置，记录此时扭矩传感器数值，该扭矩值即为标定装置零点值。

下一步，伺服电机3.4反向转动，滑座3.13反向运动，实时通过磁栅尺读头3.14记录滑座3.13运动距离x，通过计算机7记录这一过程中的扭矩t，生成t-x曲线；从而得出滑座3.13运动至每一具体位置时的扭矩值。

最后，以标定轴4.2中心线为基准，不同质量块8距离标定轴4.2中心线的位置不同，则产生的扭矩不同，安装每一种质量块8时均可以精确测出质量块8和螺钉的质量，通过质量和位置可计算出每个质量块8分别在不同位置产生的不同扭矩值t′；所以，安装质量块后，某一位置的扭矩t总＝t+t′，通过计算机7记录每一个质量块8安装后装置可标定的对应扭矩范围。

对待标定扭矩传感器扭矩6进行扭矩标定。

第一步，根据待标定扭矩传感器6尺寸规格选择合适的过渡轴套4.6、套筒5.5和质量块8，分别将过渡轴套4.6、套筒5.5、质量块8安装至正确位置，安装好待标定扭矩传感器6。

第二步，启动伺服电机3.4，通过控制伺服电机3.4使滑座3.13运动至平衡位置(即扭矩为零)处，此时计算机7记录滑座3.13所在位置坐标，该位置坐标距离标定轴4.2中心线x0，滑座3.13和质量块8产生的平衡扭矩可以通过计算机计算出。然后，选择扭矩传感，6第一次标定的扭矩值为扭矩传感器量程的20％，该扭矩是由滑座3.13和质量块8同时在位置x1处产生的，通过计算机7计算出x1的坐标，然后计算机7控制伺服电机3.4带动滑座3.13向远离伺服电机3.4方向运动至坐标x1处，做第一次标定。

第三步，继续选择扭矩传感器6第二次标定的扭矩值，该扭矩值为扭矩传感器量程的40％，该扭矩是由滑座3.13和质量块8同时在位置x2处产生的，通过计算机7计算出x2的坐标，然后计算机7控制伺服电机3.4使滑座3.13带着质量块8运动至x2处，做第二次标定。继续依次选择扭矩传感器6第三至第五次标定的扭矩值，依次为其量程的60％、80％、100％，通过计算机7分别计算出对应的坐标x3、x4、x5，然后计算机7控制伺服电机3.4使滑座3.13带着质量块8分别运动至x3、x4、x5处，做第三至第五次标定。依次对扭矩传感器6进行五个扭矩值的标定完毕后，滑座3.13重新回到平衡位置，待下一次标定。

一个扭矩传感器标定完毕，拆下该传感器和与之对应安装的过渡轴套4.6、套筒5.5和质量块8；换一个规格不同的待标定扭矩传感器6和与之对应安装的过渡轴套4.6、套筒5.5和质量块8，重复上述第一至第三步，继续标定，直至完成所有需要规格扭矩传感器的标定。