專利名稱：彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置的制作方法
彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置涉及領(lǐng)域本發(fā)明涉及彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置及提高測(cè)試精度的方法，尤其是需要高精度測(cè)量彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)的場(chǎng)合，比如測(cè)試地震檢波器中上下兩片對(duì)稱微壓力彈簧的性能。
背景技術(shù)：
石油勘探、地震測(cè)量中大量使用地震檢波器。地震檢波器中對(duì)稱彈簧的性能是影響測(cè)量精度的主要因素。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)地震檢波器的企業(yè)大都缺少必要的檢測(cè)手段，往往采用經(jīng)驗(yàn)法人工篩選，使精度無法保證，導(dǎo)致產(chǎn)品的一致性不好?；虿捎酶呔葴y(cè)量天平，通過氣動(dòng)壓緊的方式確定彈簧彈力的最大值。后一種方法由于零點(diǎn)定位問題及彈簧勁度系數(shù)的非線性，導(dǎo)致產(chǎn)品的誤差較大且重復(fù)性不好。在現(xiàn)有的機(jī)械加工誤差無法提高的基礎(chǔ)上，采用好的檢測(cè)手段是提高檢波器精度的唯一方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問題，研制了一種彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置，測(cè)試裝置能對(duì)多批次彈簧的性能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)快速自動(dòng)測(cè)量，可以測(cè)量出彈簧在彈性范圍內(nèi)的任意位置所受到的彈力值，并能根據(jù)彈力與位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出任意位置的勁度系數(shù)。通過對(duì)彈簧勁度系數(shù)的非線性分析，找出最佳匹配點(diǎn)，然后對(duì)加工的彈簧進(jìn)行后期分類，大大提高了地震檢波器的測(cè)量精度。本發(fā)明專利的設(shè)計(jì)思路及工作流程如下測(cè)試裝置主要由機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)與控制電路三部分組成。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是直線導(dǎo)軌的滑塊如何推動(dòng)圓形轉(zhuǎn)盤自動(dòng)放置彈簧的問題。步進(jìn)電機(jī)和線性導(dǎo)軌垂直安裝，壓盤水平安裝。立架與各模塊通過螺釘連接減少振動(dòng)，保證壓盤穩(wěn)定地伸縮運(yùn)動(dòng)，避免機(jī)械傳動(dòng)時(shí)引入偏移誤差。測(cè)試裝置位移測(cè)量控制策略采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為增量編碼器檢測(cè)角位移，用于消除步進(jìn)電機(jī)失步帶來的誤差，外環(huán)為磁柵尺檢測(cè)直線位移，用于消除導(dǎo)軌絲杠間隙及機(jī)械傳動(dòng)帶來的誤差。內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)快速位置標(biāo)定，外環(huán)對(duì)重復(fù)性誤差進(jìn)行校正。主控核心選用16位低功耗微控制器MSP430提高響應(yīng)速度，通過Verilog HDL硬件描述語言編程實(shí)現(xiàn)四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路功能，并將整個(gè)電路布線到FPGA芯片中。選擇高精度24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提高壓力采集電路的分辨率，并采用去極值平均濾波算法提高壓力測(cè)量精度。測(cè)試裝置測(cè)量的位移誤差為± I μ m，壓力誤差為土 Imgf，精度等級(jí)O. 5級(jí)。測(cè)試裝置精度高，控制穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便。


圖1為裝置控制原理圖；圖2為檢測(cè)與控制電路原理框圖；圖3為測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，檢測(cè)儀位移測(cè)量控制策略采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為增量編碼器檢測(cè)角位移，用于消除步進(jìn)電機(jī)失步帶來的誤差，外環(huán)為磁柵檢測(cè)直線位移，用于消除導(dǎo)軌絲杠間隙及機(jī)械傳動(dòng)帶來的誤差。內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)快速位置標(biāo)定，外環(huán)對(duì)重復(fù)性誤差進(jìn)行校正。如圖2所示，主控單元采用TI公司的16位低功耗微控制器MSP430，用于控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)為兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。內(nèi)環(huán)檢測(cè)回路中的增量式編碼器套緊在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸上，經(jīng)過四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路將角位移所對(duì)應(yīng)的4倍脈沖數(shù)據(jù)送入主控單元。外環(huán)檢測(cè)回路中的磁柵尺經(jīng)四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路將4倍頻的脈沖送入主控單元，確定導(dǎo)軌移動(dòng)的直線位移。通過Verilog HDL硬件描述語言編程實(shí)現(xiàn)四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路功能，并將整個(gè)電路布線到FPGA芯片中。利用FPGA中的同步D觸發(fā)器的延時(shí)特性及一定的與邏輯來對(duì)A、B信號(hào)的邊沿進(jìn)行提取，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的四細(xì)分，再將四細(xì)分信號(hào)通過邏輯判斷得到計(jì)數(shù)器所需的加減計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器對(duì)加減計(jì)數(shù)信號(hào)的可逆計(jì)數(shù)完成四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路功能。壓力傳感器經(jīng)過24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將采樣的壓力數(shù)據(jù)送入控制核心，通過數(shù)字濾波實(shí)現(xiàn)彈力檢測(cè)。主控單元通過MAX3232轉(zhuǎn)換芯片將TTL邏輯電平轉(zhuǎn)換為RS-232C邏輯電平，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通信。位置傳感器選用光電開關(guān)用以限定導(dǎo)軌滑塊的移動(dòng)范圍，避免導(dǎo)軌滑塊堵死。如圖3所示，根據(jù)鍵盤(10)中多種模式按鍵確定工作模式。檢測(cè)與控制電路(11)通過步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)(2)，步進(jìn)電機(jī)(2)帶動(dòng)直線導(dǎo)軌(3)中的滑塊(5)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；瑝K(5)推動(dòng)擋塊(17)使圓形轉(zhuǎn)盤(12)旋轉(zhuǎn)，撥尺(14)在圓形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程中撥動(dòng)待測(cè)彈簧(13)置于落孔中，完成待測(cè)彈簧(13)的自動(dòng)放置。圓形轉(zhuǎn)盤(12)、立柱(19)和轉(zhuǎn)軸(20)固定為一體。壓盤(6)壓縮彈簧的過程中壓力測(cè)量模塊(7)實(shí)時(shí)檢測(cè)彈力值，并在液晶顯示模塊(8)上顯示。內(nèi)環(huán)步進(jìn)角位移由增量編碼器(I)檢測(cè)，外環(huán)步進(jìn)直線位移由磁柵尺(4)檢測(cè)，磁柵尺(4)、滑塊(5)和壓盤(6)通過螺栓固定為一體。光電限位開關(guān)(18)完成零點(diǎn)標(biāo)定，光電限位開關(guān)(16)限定導(dǎo)軌滑塊的下移范圍，避免導(dǎo)軌滑塊堵死。支架(15)、底座(9)和各模塊通過螺栓連接避免振動(dòng)，保證圓形轉(zhuǎn)盤(12)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)及壓盤(6)穩(wěn)定地伸縮運(yùn)動(dòng)完成批量待測(cè)彈簧性能的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)試。
權(quán)利要求
1.彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置，至少包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)與控制電路三部分。其特征是機(jī)械結(jié)構(gòu)包括圓形轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、齒輪、支架和底座；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器和直線導(dǎo)軌；檢測(cè)與控制電路包括檢測(cè)角位移的編碼器、檢測(cè)直線位移的磁柵尺、檢測(cè)彈力的壓力測(cè)量模塊、光電位置傳感器、四細(xì)分辨向計(jì)數(shù)電路和主控單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置，其特征是裝置中步進(jìn)電機(jī)和線性導(dǎo)軌垂直安裝，圓形轉(zhuǎn)盤和壓力測(cè)量模塊水平安裝。裝置中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線導(dǎo)軌上的滑塊做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊推動(dòng)圓形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)批量待測(cè)彈簧的自動(dòng)放置，完成待測(cè)彈簧性能的自動(dòng)測(cè)試。裝置采用雙閉環(huán)控制驅(qū)動(dòng)滑塊連接的壓盤壓縮彈簧至預(yù)設(shè)位置，壓力測(cè)量模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前彈力值，進(jìn)而精確測(cè)量出彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置，其特征是裝置采用雙閉環(huán)控制策略提高位移測(cè)試精度。內(nèi)環(huán)選用增量編碼器檢測(cè)角位移實(shí)現(xiàn)快速位置標(biāo)定，外環(huán)選用磁柵尺檢測(cè)直線位移對(duì)重復(fù)性誤差進(jìn)行校正。壓力測(cè)量模塊選擇24位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器提高采樣信號(hào)分辨率，采用去極值平均濾波算法提高壓力測(cè)量精度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置及提高測(cè)試精度的方法。被測(cè)彈簧為地震檢波器中所用微壓力彈簧片。該自動(dòng)測(cè)試裝置由機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)與控制電路三部分組成。步進(jìn)電機(jī)和線性導(dǎo)軌垂直安裝，壓力測(cè)量模塊水平安裝。裝置中步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線導(dǎo)軌上的滑塊做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊推動(dòng)圓形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)批量待測(cè)彈簧的自動(dòng)放置，完成待測(cè)彈簧性能的自動(dòng)測(cè)試。裝置采用雙閉環(huán)控制驅(qū)動(dòng)滑塊連接的壓盤壓縮彈簧至預(yù)設(shè)位置，壓力測(cè)量模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前彈力值，進(jìn)而精確測(cè)量出彈簧在彈性范圍內(nèi)任意位置所受的彈力值及勁度系數(shù)。彈簧性能自動(dòng)測(cè)試裝置精度高，重復(fù)性好，能顯著提高地震檢波器的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01M13/00GK103063417SQ201210358688
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者王亭嶺, 熊軍華, 陳建明, 邱道尹, 趙明明, 沈媛雪, 張星, 陳鵬 申請(qǐng)人:王亭嶺, 熊軍華, 陳建明