專利名稱：輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
質(zhì)量分布不平衡的輪胎在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于不平衡離心力的作用會(huì)產(chǎn)生徑向力波動(dòng)和側(cè)向力波動(dòng)，影響汽車的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、增大噪聲、加快機(jī)件疲勞和輪胎的磨損，因此必須把輪胎的不平衡量控制在一定的界限之內(nèi)，需要加強(qiáng)產(chǎn)品的出廠檢驗(yàn)，動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)即是解決這一需求的專用關(guān)鍵設(shè)備。
現(xiàn)有的動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)分別以美國(guó)精衡公司的AIT-238型和日本國(guó)際計(jì)測(cè)器株式會(huì)社的FABM-6142T型為代表。它們最大的區(qū)別在于主軸驅(qū)動(dòng)方式不一樣，AIT-238型采用摩擦驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)主軸系統(tǒng)及輪胎旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速，然后驅(qū)動(dòng)輪脫開，主軸系統(tǒng)利用慣性旋轉(zhuǎn)，這時(shí)計(jì)算機(jī)開始進(jìn)行信號(hào)采集計(jì)算。而FABM-6142T型采用的是環(huán)形皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主軸系統(tǒng)及輪胎旋轉(zhuǎn)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)采集計(jì)算時(shí)主軸轉(zhuǎn)速恒定。
FABM-6142T型優(yōu)點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速恒定，缺點(diǎn)是由于無(wú)彈性的皮帶會(huì)傳遞皮帶、皮帶輪以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等引起的大部分振動(dòng)，該振動(dòng)傳至主軸系統(tǒng)，會(huì)降低系統(tǒng)的信噪比，影響測(cè)量精度。
AIT-238型優(yōu)點(diǎn)是在測(cè)量過程中，主軸系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)脫開，外界傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)不會(huì)傳遞到主軸系統(tǒng)。缺點(diǎn)是由于摩擦力的存在，主軸轉(zhuǎn)速會(huì)迅速下降，由離心力的計(jì)算公式F＝mω2r知道離心力是與角速度的平方成正比，不平衡量具有很大的速度敏感性。如轉(zhuǎn)速補(bǔ)償算法不好，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。
要進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償，主軸轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性必須得到保證，AIT-238型采用的是雙編碼器結(jié)構(gòu)，一只1024線的增量型編碼器通過減速比為1的齒型帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到主軸上，用于測(cè)量主軸角度。另一只2048線的增量型編碼器通過減速比為5的齒型帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接到主軸上，專門測(cè)量轉(zhuǎn)速。
該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，而且由于電器系統(tǒng)的遲滯和量化誤差等原因無(wú)法保證測(cè)量轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)性，同時(shí)主軸轉(zhuǎn)速下降是非線性的，轉(zhuǎn)速值與力傳感器信號(hào)不一定同步，因此該方法無(wú)法準(zhǔn)確地進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償運(yùn)算，只能在一定程度上補(bǔ)償，從而影響測(cè)量精度。
以上矛盾在動(dòng)平衡測(cè)量領(lǐng)域?qū)儆谑澜缧缘碾y題，一直沒有很好地得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度的輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)轉(zhuǎn)速非線性補(bǔ)償方法和裝置，以提高輪胎動(dòng)平衡的測(cè)量精度。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償方法，該方法的實(shí)施基于如下裝置該裝置的機(jī)械部分包括一個(gè)上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1，一個(gè)上輪輞2和一個(gè)同軸安裝的下輪輞4，一個(gè)與下輪輞4連接的、可鎖緊或松開上輪輞的鎖緊頭3，一個(gè)與主軸9連接的增量型主軸編碼器8，一個(gè)由伺服電機(jī)6和摩擦輪7組成的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦輪7位于伺服電機(jī)6的輸出軸與主軸9之間，與主軸9有一定預(yù)緊力接觸安裝的上壓力傳感器11和下壓力傳感器10；該裝置的控制電路包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5、工控機(jī)17、通訊卡18、可編程邏輯控制器20、A/D采集卡19、和計(jì)數(shù)器模塊21，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別與可編程邏輯控制器19和通訊卡18連接，計(jì)數(shù)器模塊21與可編程邏輯控制器19通過總線連接，通訊卡18和A/D采集卡19插在工控機(jī)15的擴(kuò)展槽中，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5的輸出端與伺服電機(jī)6連接，有一個(gè)信號(hào)放大器22，它的輸入端分別與上壓力傳感器11和下壓力傳感器10的輸出端連接，它的輸出端與A/D采集卡19的相應(yīng)輸入端連接，本方法的特征在于，(1)在上述裝置的基礎(chǔ)上增加如下硬件結(jié)構(gòu)A、在上輪輞上表面固定一個(gè)感應(yīng)塊14，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器15，該傳感器與上輪輞2的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變；B、有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡16，插在工控機(jī)17的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器15的輸出端分別與數(shù)字量中斷輸入卡16和A/D采集卡19相應(yīng)的輸入端連接；(2)安裝被測(cè)輪胎，通過輸送及定位機(jī)構(gòu)將輪胎定位到下輪輞4上，上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1將上輪輞2下降到預(yù)定位置，輪輞鎖緊頭3鎖緊，對(duì)夾持輪胎進(jìn)行充氣；(3)采集數(shù)據(jù)，工控機(jī)17發(fā)出啟動(dòng)指令，主軸伺服電機(jī)6通過摩擦輪7驅(qū)動(dòng)主軸9及輪胎旋轉(zhuǎn)，達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，摩擦輪7脫開，延時(shí)1～5秒待主軸9穩(wěn)定后，工控機(jī)17利用數(shù)字量中斷輸入卡16采集到的上輪輞零度傳感器15上升沿信號(hào)作為中斷觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)A/D采集卡19采集上下壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)，在主軸9的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，采集1024個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)值及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)值，連續(xù)采集N個(gè)周期，N可根據(jù)精度要求取5～10的正整數(shù)；(4)計(jì)算旋轉(zhuǎn)周期，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及非線性校正，工控機(jī)采集并保存設(shè)定次數(shù)N的數(shù)據(jù)后，使用快速傅里葉變換及數(shù)字濾波算法計(jì)算出各次力傳感器模擬量信號(hào)的幅值U和相角φ。再利用已知的A/D采集卡采樣頻率f和上輪輞零度檢測(cè)開關(guān)方波信號(hào)2個(gè)上跳變之間的采樣點(diǎn)數(shù)n可計(jì)算出本次主軸的旋轉(zhuǎn)周期T＝n/f，進(jìn)而計(jì)算出本周的平均轉(zhuǎn)速ω＝2π/T＝2πf/n，n值是通過軟件分析方波波形計(jì)算得出，與轉(zhuǎn)速成反比，一般為800～1024間的正整數(shù)；設(shè)幅值U與轉(zhuǎn)速ω有函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注的方法初步分析，該函數(shù)為非線性函數(shù)，連續(xù)采樣N次(一般N＝10)后，得到N組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算機(jī)采用非線性最小二乘法對(duì)信號(hào)幅值和主軸轉(zhuǎn)速衰減進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由此函數(shù)可得到特定轉(zhuǎn)速下的幅值U，從而完成動(dòng)平衡測(cè)量結(jié)果非線性補(bǔ)償。
一種輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償裝置，該裝置的機(jī)械部分包括一個(gè)上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1，一個(gè)上輪輞2和一個(gè)同軸安裝的下輪輞4，一個(gè)與下輪輞4連接的、可鎖緊或松開上輪輞的鎖緊頭3，一個(gè)與主軸9連接的增量型主軸編碼器8，一個(gè)由伺服電機(jī)6和摩擦輪7組成的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦輪7位于伺服電機(jī)6的輸出軸與主軸9之間，安裝于主軸9附近的非接觸式的上壓力傳感器11和下壓力傳感器10；該裝置的控制電路包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5、工控機(jī)17、通訊卡18、可編程邏輯控制器20、A/D采集卡19和計(jì)數(shù)器模塊21，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別與可編程邏輯控制器19和通訊卡16連接，計(jì)數(shù)器模塊21與可編程邏輯控制器19通過總線連接，通訊卡18和A/D采集卡19插在工控機(jī)15的擴(kuò)展槽中，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5的輸出端與伺服電機(jī)6連接，有一個(gè)信號(hào)放大器22，它的輸入端與分別與上壓力傳感器11和下壓力傳感器10的輸出端連接，它的輸出端與A/D采集卡19的相應(yīng)輸入端連接，其特征在于，(1)在上輪輞上表面固定著一個(gè)感應(yīng)塊14，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝著一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器15，該傳感器與上輪輞2的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變；(2)有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡16，插在工控機(jī)17的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器15的輸出端與數(shù)字量中斷輸入卡16相應(yīng)的輸入端連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，只需要一只主軸編碼器測(cè)量角度，主軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量由帶中斷數(shù)字量輸入卡和A/D采集卡完成，同時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量和力傳感器模擬量信號(hào)的采集用的是同一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，兩者之間完全同步，保證了轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明的另一大優(yōu)點(diǎn)是有自適應(yīng)能力，自動(dòng)根據(jù)主軸摩擦力的變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度及效率。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明所使用軟件的主流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見圖1，本發(fā)明輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償方法，基于如下裝置該裝置的機(jī)械部分包括一個(gè)上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1，一個(gè)上輪輞2和一個(gè)同軸安裝的下輪輞4，一個(gè)與下輪輞4連接的、可鎖緊或松開上輪輞的鎖緊頭3，一個(gè)與主軸9連接的增量型主軸編碼器8，一個(gè)由伺服電機(jī)6和摩擦輪7組成的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦輪7位于伺服電機(jī)6的輸出軸與主軸9之間，與主軸9有一定預(yù)緊力接觸安裝的上壓力傳感器11和下壓力傳感器10。該裝置的控制電路包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5、工控機(jī)17、通訊卡18、可編程邏輯控制器20、A/D采集卡19和計(jì)數(shù)器模塊21，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別與可編程邏輯控制器20和通訊卡18連接，計(jì)數(shù)器模塊21與可編程邏輯控制器19通過總線連接，通訊卡18和A/D采集卡19插在工控機(jī)17的擴(kuò)展槽中，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊5的輸出端與伺服電機(jī)6連接，有一個(gè)信號(hào)放大器22，它的輸入端與分別與上壓力傳感器11和下壓力傳感器10的輸出端連接，它的輸出端與A/D采集卡19的相應(yīng)輸入端連接。上述裝置以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，擴(kuò)展A/D采集卡及帶中斷數(shù)字量輸入卡用于數(shù)據(jù)采集，擴(kuò)展通訊卡與可編程邏輯控制器及主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行通訊。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集處理，可編程邏輯控制器完成設(shè)備動(dòng)作控制，主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)指令完成主軸的啟停及定位等動(dòng)作。工控機(jī)可采用研華IPC610型、A/D采集卡可采用研華PCL-818HD型、通訊卡可采用西門子CP5611型、可編程控制器可采用西門子S7-300型，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可采用西門子611U系列、計(jì)數(shù)器模塊可采用西門子FM350-1型。該裝置采用的是硬支撐雙面立式動(dòng)平衡機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)，主軸系統(tǒng)通過兩彈簧片支撐在基座上，主軸系統(tǒng)可在彈簧片進(jìn)行振動(dòng)。上下兩只壓電式力傳感器以一定的預(yù)緊力作用在主軸上，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，力傳感器將微小的位移轉(zhuǎn)換成電荷的變化，通過信號(hào)放大器以電壓方式將力的變化信息傳入計(jì)算機(jī)的A/D采集卡，以測(cè)出的力為基礎(chǔ)計(jì)算動(dòng)平衡的方法是公知的，此處不再贅述。本方法的特征在于，(1)在上述裝置的基礎(chǔ)上增加如下硬件結(jié)構(gòu)A、在上輪輞上表面固定一個(gè)感應(yīng)塊14，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器15，該傳感器與上輪輞2的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變。零度傳感器15是高頻響的非接觸檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)上輪輞零度感應(yīng)塊的信號(hào)，其開關(guān)信號(hào)同時(shí)輸入工控機(jī)帶中斷數(shù)字量輸入卡及A/D采集卡。
B、有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡16，插在工控機(jī)17的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器15的輸出端分別與數(shù)字量中斷輸入卡16和A/D采集卡19相應(yīng)的輸入端連接。數(shù)字量中斷輸入卡16可采用研華PCL-730型。
(2)安裝被測(cè)輪胎，通過輸送及定位機(jī)構(gòu)將輪胎定位到下輪輞4上，上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1將上輪輞2下降到預(yù)定位置，輪輞鎖緊頭3鎖緊，對(duì)夾持輪胎進(jìn)行充氣。
(3)采集數(shù)據(jù)，工控機(jī)17發(fā)出啟動(dòng)指令，主軸伺服電機(jī)6通過摩擦輪7驅(qū)動(dòng)主軸9及輪胎旋轉(zhuǎn)，達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，摩擦輪7脫開，延時(shí)1～5秒待主軸9穩(wěn)定后，工控機(jī)17利用數(shù)字量中斷輸入卡16采集到的上輪輞零度傳感器15上升沿信號(hào)作為中斷觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)A/D采集卡19采集上下壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)，在主軸9的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，采集1024個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)值及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)值，連續(xù)采集N個(gè)周期，N可根據(jù)精度要求取5～10的正整數(shù)。
(4)計(jì)算旋轉(zhuǎn)周期，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及非線性校正，工控機(jī)采集并保存設(shè)定次數(shù)N的數(shù)據(jù)后，使用快速傅里葉變換及數(shù)字濾波算法計(jì)算出各次力傳感器模擬量信號(hào)的幅值U和相角φ。再利用已知的A/D采集卡采樣頻率f和上輪輞零度檢測(cè)開關(guān)方波信號(hào)2個(gè)上跳變之間的采樣點(diǎn)數(shù)n可計(jì)算出本次主軸的旋轉(zhuǎn)周期T＝n/f，進(jìn)而計(jì)算出本周的平均轉(zhuǎn)速ω＝2π/T＝2πf/n，n值是通過軟件分析方波波形計(jì)算得出，與轉(zhuǎn)速成反比，一般為800～1024間的正整數(shù)。
設(shè)幅值U與轉(zhuǎn)速ω有函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注的方法初步分析，該函數(shù)為非線性函數(shù)。連續(xù)采樣N次后，得到N組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算機(jī)采用非線性最小二乘法對(duì)信號(hào)幅值和主軸轉(zhuǎn)速衰減進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由此函數(shù)可得到特定轉(zhuǎn)速下的幅值U，從而完成動(dòng)平衡測(cè)量結(jié)果進(jìn)行非線性校正。由于每次測(cè)量都進(jìn)行非線性校正，所以不會(huì)因?yàn)楦鼡Q了輪輞或別的原因造成主軸摩擦力變化使原先的補(bǔ)償數(shù)據(jù)失效，使系統(tǒng)具有了自適應(yīng)能力。以上快速傅里葉變換、數(shù)字濾波算法及非線性最小二乘法是公知的，此處不再贅述。
本發(fā)明所使用軟件的主流程圖參見圖2，可編程控制器20控制輸送及定位機(jī)構(gòu)將輪胎定位到下輪輞4上，上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1將上輪輞2下降到預(yù)定位置，輪輞鎖緊頭3鎖緊，對(duì)夾持輪胎進(jìn)行充氣，同時(shí)給工控機(jī)17發(fā)出開始測(cè)量信號(hào)，測(cè)量軟件首先判斷輪胎充氣是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力值，如沒有達(dá)到，則繼續(xù)等待，如達(dá)到則發(fā)出指令啟動(dòng)主軸伺服電機(jī)6通過摩擦輪7驅(qū)動(dòng)主軸9及輪胎旋轉(zhuǎn)，測(cè)量軟件同時(shí)通過主軸編碼器判斷主軸是否達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速，如沒有達(dá)到，則繼續(xù)等待，如達(dá)到，測(cè)量軟件發(fā)指令給可編程控制器20控制摩擦輪7脫開，延時(shí)1～5秒待主軸9穩(wěn)定后，測(cè)量軟件打開數(shù)字量中斷輸入卡16的中斷使能允許，等待上輪輞零度傳感器15上升沿信號(hào)觸發(fā)中斷服務(wù)程序，啟動(dòng)A/D采集卡19采集上下壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)，在主軸9的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，采集1024個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)值及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)值，工控機(jī)17保存這些數(shù)據(jù)后判斷采樣周期數(shù)N，(N可根據(jù)精度要求取5～10的正整數(shù))。如果采樣次數(shù)小于N次，測(cè)量軟件重復(fù)上述過程直到采樣完N次，隨后測(cè)量軟件計(jì)算旋轉(zhuǎn)周期，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及非線性校正，相關(guān)算法上面已提到，此處不再過多重復(fù)。
測(cè)量軟件計(jì)算出輪胎不平衡量的值及角度后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的級(jí)別參數(shù)自動(dòng)判斷級(jí)別，并控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5將輪胎定位到相應(yīng)位置以便進(jìn)行打標(biāo)。之后輪胎放氣，上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1將上輪輞2夾起并卸胎。
上述中斷服務(wù)程序讀取主軸旋轉(zhuǎn)編碼器角度，并與上下輪輞零度對(duì)齊時(shí)的角度值進(jìn)行比較，從而計(jì)算出上下輪輞零度的角度差，如上下輪輞相對(duì)位置變化大于0.4度，則卸胎后測(cè)量軟件再控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)5驅(qū)動(dòng)主軸及下輪輞進(jìn)行校正，精度可達(dá)到0.4度以內(nèi)，保證下次測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)上面已經(jīng)說(shuō)明，其大部分構(gòu)件與現(xiàn)有技術(shù)相同。
輪輞鎖緊頭3用于在上下輪輞夾持輪胎后，將上下輪輞鎖緊在一起，使輪輞和輪胎及主軸系統(tǒng)成為一個(gè)整體。上輪輞夾取機(jī)構(gòu)1用于在測(cè)量完畢輪胎放氣后將上輪輞2夾緊提起，以便取出輪胎，但在輪輞鎖緊頭3鎖緊后必須松開，這樣在主軸旋轉(zhuǎn)測(cè)量過程中，振動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)受到外界干涉。主軸9下面安裝了一只與主軸同步的1024線的增量型旋轉(zhuǎn)編碼器8，編碼器連接至可編程邏輯控制器20的高速計(jì)數(shù)器模塊21，用來(lái)檢測(cè)主軸9的角度。主軸下部側(cè)面與力傳感器垂直的方向裝有一由氣缸驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)的摩擦輪7，該摩擦輪通過齒型帶與主軸伺服電機(jī)相連，啟動(dòng)時(shí)摩擦輪7靠在主軸9上帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，測(cè)量時(shí)可編程邏輯控制器20即PLC發(fā)出指令使摩擦輪7在氣缸的作用下與主軸9脫開，主軸9在慣性力作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。其主要改進(jìn)在于(1)在上輪輞上表面固定著一個(gè)感應(yīng)塊14，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝著一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器15，該傳感器與上輪輞2的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變。
(2)有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡16，插在工控機(jī)17的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器15的輸出端與數(shù)字量中斷輸入卡16相應(yīng)的輸入端連接。
以上硬件的改進(jìn)是實(shí)施本發(fā)明方法的基礎(chǔ)，因此，這些改進(jìn)在上面也都提到，此處不再過多重復(fù)。
實(shí)施例輪輞鎖緊頭3鎖緊后，分別在上輪輞2的180度及下輪輞4的0度處安裝一只80克砝碼對(duì)輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)量精度檢測(cè)，檢測(cè)過程可參見圖2。工控機(jī)17發(fā)出啟動(dòng)指令，主軸伺服電機(jī)6通過摩擦輪7驅(qū)動(dòng)主軸9及輪胎旋轉(zhuǎn)，達(dá)到規(guī)定的350RPM轉(zhuǎn)速后，摩擦輪7脫開，延時(shí)2秒待主軸9穩(wěn)定后，工控機(jī)17利用數(shù)字量中斷輸入卡16采集到的上輪輞零度傳感器15上升沿信號(hào)作為中斷觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)A/D采集卡19采集上下壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)，在主軸9的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，采集1024個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)值及上輪輞零度傳感器15輸出的方波信號(hào)值，連續(xù)采集10個(gè)周期。
工控機(jī)采集并保存10個(gè)周期的數(shù)據(jù)后，使用快速傅里葉變換及數(shù)字濾波算法計(jì)算出各次力傳感器模擬量信號(hào)的幅值U和相角φ。再利用已知的A/D采集卡采樣頻率f和上輪輞零度檢測(cè)開關(guān)方波信號(hào)2個(gè)上跳變之間的采樣點(diǎn)數(shù)n可計(jì)算出本次主軸的旋轉(zhuǎn)周期T＝n/f，進(jìn)而計(jì)算出本周的平均轉(zhuǎn)速ω＝2π/T＝2πf/n。
設(shè)幅值U與轉(zhuǎn)速ω有函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注的方法初步分析，該函數(shù)為非線性函數(shù)。連續(xù)采樣N次(一般N＝10)后，得到N組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算機(jī)采用非線性最小二乘法對(duì)信號(hào)幅值和主軸轉(zhuǎn)速衰減進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由此函數(shù)可得到特定轉(zhuǎn)速下的幅值U，從而完成動(dòng)平衡測(cè)量結(jié)果進(jìn)行非線性校正。實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速第一周期為340RPM，第十周期時(shí)已降為290RPM，轉(zhuǎn)速下降達(dá)17％，由離心力的計(jì)算公式F＝mω2r知道離心力是與角速度的平方成正比，如不進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償，誤差范圍將很大。加80克砝碼做1×10重復(fù)測(cè)量，實(shí)際面不平衡量誤差范圍達(dá)到20克以上；而采用非線性校正后，則大大提高了設(shè)備的測(cè)量精度，加80克砝碼做1×10重復(fù)測(cè)量，誤差范圍小于3克，使用輪胎做全自動(dòng)1×10重復(fù)測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2克，打標(biāo)定位角度誤差范圍小于2度。加80克砝碼做1×10重復(fù)測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)清單和數(shù)據(jù)清單分別如下表1、2所示

表1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)清單

表2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)清單
權(quán)利要求
1.一種輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償方法，該方法的實(shí)施基于如下裝置該裝置的機(jī)械部分包括一個(gè)上輪輞夾取機(jī)構(gòu)[1]，一個(gè)上輪輞[2]和一個(gè)同軸安裝的下輪輞[4]，一個(gè)與下輪輞[4]連接的、可鎖緊或松開上輪輞的鎖緊頭[3]，一個(gè)與主軸[9]連接的增量型主軸編碼器[8]，一個(gè)由伺服電機(jī)[6]和摩擦輪[7]組成的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦輪[7]位于伺服電機(jī)[6]的輸出軸與主軸[9]之間，與主軸[9]有一定預(yù)緊力接觸安裝的上壓力傳感器[11]和下壓力傳感器[10]；該裝置的控制電路包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]、工控機(jī)[17]、通訊卡[18]、可編程邏輯控制器[20]、A/D采集卡[19]、和計(jì)數(shù)器模塊[21]，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別與可編程邏輯控制器[19]和通訊卡[18]連接，計(jì)數(shù)器模塊[21]與可編程邏輯控制器[19]通過總線連接，通訊卡[18]和A/D采集卡[19]插在工控機(jī)[15]的擴(kuò)展槽中，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]的輸出端與伺服電機(jī)[6]連接，有一個(gè)信號(hào)放大器[22]，它的輸入端分別與上壓力傳感器[11]和下壓力傳感器[10]的輸出端連接，它的輸出端與A/D采集卡[19]的相應(yīng)輸入端連接，本方法的特征在于，(1)在上述裝置的基礎(chǔ)上增加如下硬件結(jié)構(gòu)A、在上輪輞上表面固定一個(gè)感應(yīng)塊[14]，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器[15]，該傳感器與上輪輞[2]的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變；B、有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡[16]，插在工控機(jī)[17]的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器[15]的輸出端分別與數(shù)字量中斷輸入卡[16]和A/D采集卡[19]相應(yīng)的輸入端連接；(2)安裝被測(cè)輪胎，通過輸送及定位機(jī)構(gòu)將輪胎定位到下輪輞[4]上，上輪輞夾取機(jī)構(gòu)[1]將上輪輞[2]下降到預(yù)定位置，輪輞鎖緊頭[3]鎖緊，對(duì)夾持輪胎進(jìn)行充氣；(3)采集數(shù)據(jù)，工控機(jī)[17]發(fā)出啟動(dòng)指令，主軸伺服電機(jī)[6]通過摩擦輪[7]驅(qū)動(dòng)主軸[9]及輪胎旋轉(zhuǎn)，達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速后，摩擦輪[7]脫開，延時(shí)1～5秒待主軸[9]穩(wěn)定后，工控機(jī)[17]利用數(shù)字量中斷輸入卡[16]采集到的上輪輞零度傳感器[15]上升沿信號(hào)作為中斷觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)A/D采集卡[19]采集上下壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)及上輪輞零度傳感器[15]輸出的方波信號(hào)，在主軸[9]的每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，采集1024個(gè)壓力傳感器輸出的模擬量信號(hào)值及上輪輞零度傳感器[15]輸出的方波信號(hào)值，連續(xù)采集N個(gè)周期，N可根據(jù)精度要求取5～10的正整數(shù)；(4)計(jì)算旋轉(zhuǎn)周期，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及非線性校正，工控機(jī)采集并保存設(shè)定次數(shù)N的數(shù)據(jù)后，使用快速傅里葉變換及數(shù)字濾波算法計(jì)算出各次力傳感器模擬量信號(hào)的幅值U和相角φ，再利用已知的A/D采集卡采樣頻率f和上輪輞零度檢測(cè)開關(guān)方波信號(hào)2個(gè)上跳變之間的采樣點(diǎn)數(shù)n可計(jì)算出本次主軸的旋轉(zhuǎn)周期T＝n/f，進(jìn)而計(jì)算出本周的平均轉(zhuǎn)速ω＝2π/T＝2πf/n，n值為800～1024間的正整數(shù)；設(shè)幅值U與轉(zhuǎn)速ω有函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注的方法初步分析，該函數(shù)為非線性函數(shù)，連續(xù)采樣N次后，得到N組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算機(jī)采用非線性最小二乘法對(duì)信號(hào)幅值和主軸轉(zhuǎn)速衰減進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到函數(shù)關(guān)系U＝f(ω)，由此函數(shù)可得到特定轉(zhuǎn)速下的幅值U，從而完成動(dòng)平衡測(cè)量結(jié)果進(jìn)行非線性校正。
2.一種輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)非線性補(bǔ)償裝置，該裝置的機(jī)械部分包括一個(gè)上輪輞夾取機(jī)構(gòu)[1]，一個(gè)上輪輞[2]和一個(gè)同軸安裝的下輪輞[4]，一個(gè)與下輪輞[4]連接的、可鎖緊或松開上輪輞的鎖緊頭[3]，一個(gè)與主軸[9]連接的增量型主軸編碼器[8]，一個(gè)由伺服電機(jī)[6]和摩擦輪[7]組成的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦輪[7]位于伺服電機(jī)[6]的輸出軸與主軸[9]之間，安裝于主軸[9]附近的非接觸式的上壓力傳感器[11]和下壓力傳感器[10]；該裝置的控制電路包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]、工控機(jī)[17]、通訊卡[18]、可編程邏輯控制器[20]、A/D采集卡[19]和計(jì)數(shù)器模塊[21]，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]通過工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線分別與可編程邏輯控制器[19]和通訊卡[16]連接，計(jì)數(shù)器模塊[21]與可編程邏輯控制器[19]通過總線連接，通訊卡[18]和A/D采集卡[19]插在工控機(jī)[15]的擴(kuò)展槽中，主軸伺服驅(qū)動(dòng)模塊[5]的輸出端與伺服電機(jī)[6]連接，有一個(gè)信號(hào)放大器[22]，它的輸入端與分別與上壓力傳感器[11]和下壓力傳感器[10]的輸出端連接，它的輸出端與A/D采集卡[19]的相應(yīng)輸入端連接，其特征在于，(1)在上輪輞上表面固定著一個(gè)感應(yīng)塊[14]，在該感應(yīng)塊旋轉(zhuǎn)路徑的上方安裝著一個(gè)位置固定的非接觸零度傳感器[15]，該傳感器與上輪輞[2]的距離不隨上輪輞的運(yùn)動(dòng)而改變；(2)有一個(gè)數(shù)字量中斷輸入卡[16]，插在工控機(jī)[17]的擴(kuò)展槽內(nèi)，零度傳感器[15]的輸出端與數(shù)字量中斷輸入卡[16]相應(yīng)的輸入端連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及對(duì)輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的改進(jìn)。本發(fā)明方法基于一個(gè)改進(jìn)的動(dòng)平衡測(cè)量裝置，其步驟是安裝被測(cè)輪胎，驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速后脫開，主軸系統(tǒng)慣性自轉(zhuǎn)，工控機(jī)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算旋轉(zhuǎn)周期，進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合及非線性校正。本發(fā)明簡(jiǎn)化了動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，保證了轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，能自動(dòng)根據(jù)主軸摩擦力及負(fù)載的變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速補(bǔ)償，提高了系統(tǒng)的動(dòng)平衡測(cè)量精度及效率。
文檔編號(hào)G01M17/02GK1690682SQ20041003404
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者姜超浪, 芮建華 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所