電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)角度測(cè)量方法的改進(jìn)

　　按照J(rèn)B/T8219-1999要求進(jìn)行角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)試中，多個(gè)指標(biāo)與實(shí)測(cè)輸出軸行程有關(guān)。用全圓儀來(lái)測(cè)量有一定的局限性，一些情況下是不能滿足測(cè)試要求的。運(yùn)用編碼器在精密定位、速度、長(zhǎng)度、加速度、振動(dòng)等方面得到廣泛的應(yīng)用，且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)量精度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，完全可以設(shè)計(jì)出滿足測(cè)試要求的方案。

1、改進(jìn)的依據(jù)及改進(jìn)方法

　　按JB/T8219-1999《工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制系統(tǒng)用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)中的5.2.4條款中對(duì)試驗(yàn)用儀器的精度要求是“其基本誤差應(yīng)小于或等于被測(cè)量產(chǎn)品基本誤差限的1/3，其量程范圍與被測(cè)值的范圍相適應(yīng)。”

　　本標(biāo)準(zhǔn)的5.4.1比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本誤差計(jì)算公式：

　　δ：基本誤差；L1：輸出軸行程實(shí)測(cè)值(°)；L0：輸出軸行程約定真值(°)；L：輸出軸額定行程(°)。

　　本標(biāo)準(zhǔn)的4.2.1基本誤差要求1級(jí)的誤差是±1%。

　　執(zhí)行器額定角行程值有50°、70°、90°120°、270°這5種。下面計(jì)算這5種額定角行程的允許最大值誤差。

　　設(shè)：L0：=0°；L=分別代入50°、70°、90°120°、270°;δ=1%代入(1)式，解方程求出L1的允許最大值解得：L1=0.5°、0.7°、0.9°、1.2°、2.7°

　　按測(cè)量?jī)x器的精度應(yīng)為被測(cè)量產(chǎn)品基本誤差限的1/3，得到測(cè)量?jī)x器的精度為0.17°、0.23°、0.30°、0.40°、0.90°。

　　另外全圓儀安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出軸上會(huì)有安裝偏心現(xiàn)象。安裝偏心就是指全圓儀的圓心與輸出軸的軸心不重合，如圖一所示。設(shè)全圓儀半徑為R，O為全圓儀的圓心，O'為輸出軸的軸心，O與O'之間的距離為d，假設(shè)起始點(diǎn)(零位)在X軸上，當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度為α’時(shí)，全圓儀相對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為α。由圖得出幾何關(guān)系式：

圖1 安裝偏心示意圖

　　△α=α'-α即為輸出軸和全圓儀轉(zhuǎn)角的誤差值，把式(1)代入tg△α=tg(α'-α)并整理得到：

　　對(duì)式(2)的兩邊求導(dǎo)得：

　　當(dāng)式(3)等于0時(shí)，式(2)取最大值即：Rdcosα-d2=0得出

　　把式(4)代入式(2)得：

　　所以△αmax=d/R。所用全圓儀半徑R已知為100mm，當(dāng)d=1mm時(shí)，△αmax≈0.6°，這樣誤差就比較大了。再加上讀數(shù)時(shí)人的視差，用全圓儀來(lái)測(cè)量就比較粗糙了。

2、編碼器的種類及選擇

　　根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。

　　在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)試試驗(yàn)中，要求電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)受環(huán)境溫度-25℃～70℃;機(jī)械振動(dòng)頻率10～150Hz，位移幅值0.15mm，加速度幅值20m/s2等嚴(yán)酷條件，對(duì)于編碼器的選用，必須同樣能夠經(jīng)受住同樣的條件，并且測(cè)量精度不受其影響。

　　多種編碼器都可滿足上述要求，綜合考慮成本因素，選用了磁編碼器。磁編碼器和其他類型編碼器相比，具有高頻特性好，響應(yīng)速度快;無(wú)接觸位置傳感可以完美應(yīng)用于氣溫變化大等惡劣環(huán)境下;耗電少、使用壽命長(zhǎng);結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗沖擊力強(qiáng)，可靠性高。

圖2 常用磁編碼器

圖3 聯(lián)軸器

　　采用目前較為常用的AS5040芯片磁編碼器來(lái)設(shè)計(jì)所需測(cè)試系統(tǒng)。首先，通過(guò)聯(lián)軸器把輸出軸和磁編碼器聯(lián)接，磁編碼器所輸出的脈沖通過(guò)采集卡采集，再通過(guò)如Labview虛擬儀器程序的處理并把測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。

3、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)上述改進(jìn)，在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)試中遇到的問(wèn)題就得以解決，尤其是在振動(dòng)狀態(tài)下的測(cè)量有了可靠的保證，滿足了標(biāo)準(zhǔn)的要求。