本发明专利技术属于测量技术领域，涉及对轮胎动平衡试验机的改进。本发明专利技术方法基于一个改进的动平衡测量装置，其步骤是：安装被测轮胎，驱动轮驱动主轴旋转达到规定转速后脱开，主轴系统惯性自转，工控机采集数据，计算旋转周期，进行数据拟合及非线性校正。本发明专利技术简化了动平衡试验机的机械结构，保证了转速测量的实时性和准确性，能自动根据主轴摩擦力及负载的变化进行转速补偿，提高了系统的动平衡测量精度及效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量
，涉及对轮胎动平衡试验机的改进。
技术介绍
质量分布不平衡的轮胎在高速旋转时由于不平衡离心力的作用会产生径向力波动和侧向力波动，影响汽车的操纵稳定性、乘坐舒适性、增大噪声、加快机件疲劳和轮胎的磨损，因此必须把轮胎的不平衡量控制在一定的界限之内，需要加强产品的出厂检验，动平衡试验机即是解决这一需求的专用关键设备。现有的动平衡试验机分别以美国精衡公司的AIT-238型和日本国际计测器株式会社的FABM-6142T型为代表。它们最大的区别在于主轴驱动方式不一样，AIT-238型采用摩擦驱动轮驱动主轴系统及轮胎旋转到一定转速，然后驱动轮脱开，主轴系统利用惯性旋转，这时计算机开始进行信号采集计算。而FABM-6142T型采用的是环形皮带传动机构驱动主轴系统及轮胎旋转，计算机进行信号采集计算时主轴转速恒定。FABM-6142T型优点是主轴转速恒定，缺点是由于无弹性的皮带会传递皮带、皮带轮以及驱动电机等引起的大部分振动，该振动传至主轴系统，会降低系统的信噪比，影响测量精度。AIT-238型优点是在测量过程中，主轴系统与驱动电机脱开，外界传动机构的振动不会传递到主轴系统。缺点是由于摩擦力的存在，主轴转速会迅速下降，由离心力的计算公式F＝mω2r知道离心力是与角速度的平方成正比，不平衡量具有很大的速度敏感性。如转速补偿算法不好，会严重影响测量精度。要进行转速补偿，主轴转速测量的准确性及实时性必须得到保证，AIT-238型采用的是双编码器结构，一只1024线的增量型编码器通过减速比为1的齿型带传动机构连接到主轴上，用于测量主轴角度。另一只2048线的增量型编码器通过减速比为5的齿型带传动机构连接到主轴上，专门测量转速。该结构的缺点是机械结构复杂，成本高，而且由于电器系统的迟滞和量化误差等原因无法保证测量转速的实时性，同时主轴转速下降是非线性的，转速值与力传感器信号不一定同步，因此该方法无法准确地进行转速补偿运算，只能在一定程度上补偿，从而影响测量精度。以上矛盾在动平衡测量领域属于世界性的难题，一直没有很好地得到解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种一种结构简单、高精度的轮胎动平衡试验机转速非线性补偿方法和装置，以提高轮胎动平衡的测量精度。本专利技术的技术方案是，一种轮胎动平衡试验机非线性补偿方法，该方法的实施基于如下装置该装置的机械部分包括一个上轮辋夹取机构1，一个上轮辋2和一个同轴安装的下轮辋4，一个与下轮辋4连接的、可锁紧或松开上轮辋的锁紧头3，一个与主轴9连接的增量型主轴编码器8，一个由伺服电机6和摩擦轮7组成的主轴驱动机构，摩擦轮7位于伺服电机6的输出轴与主轴9之间，与主轴9有一定预紧力接触安装的上压力传感器11和下压力传感器10；该装置的控制电路包括主轴伺服驱动模块5、工控机17、通讯卡18、可编程逻辑控制器20、A/D采集卡19、和计数器模块21，主轴伺服驱动模块5通过工业现场总线分别与可编程逻辑控制器19和通讯卡18连接，计数器模块21与可编程逻辑控制器19通过总线连接，通讯卡18和A/D采集卡19插在工控机15的扩展槽中，主轴伺服驱动模块5的输出端与伺服电机6连接，有一个信号放大器22，它的输入端分别与上压力传感器11和下压力传感器10的输出端连接，它的输出端与A/D采集卡19的相应输入端连接，本方法的特征在于，(1)在上述装置的基础上增加如下硬件结构A、在上轮辋上表面固定一个感应块14，在该感应块旋转路径的上方安装一个位置固定的非接触零度传感器15，该传感器与上轮辋2的距离不随上轮辋的运动而改变；B、有一个数字量中断输入卡16，插在工控机17的扩展槽内，零度传感器15的输出端分别与数字量中断输入卡16和A/D采集卡19相应的输入端连接；(2)安装被测轮胎，通过输送及定位机构将轮胎定位到下轮辋4上，上轮辋夹取机构1将上轮辋2下降到预定位置，轮辋锁紧头3锁紧，对夹持轮胎进行充气；(3)采集数据，工控机17发出启动指令，主轴伺服电机6通过摩擦轮7驱动主轴9及轮胎旋转，达到规定的转速后，摩擦轮7脱开，延时1～5秒待主轴9稳定后，工控机17利用数字量中断输入卡16采集到的上轮辋零度传感器15上升沿信号作为中断触发信号，触发A/D采集卡19采集上下压力传感器输出的模拟量信号及上轮辋零度传感器15输出的方波信号，在主轴9的每个旋转周期内，采集1024个压力传感器输出的模拟量信号值及上轮辋零度传感器15输出的方波信号值，连续采集N个周期，N可根据精度要求取5～10的正整数；(4)计算旋转周期，进行数据拟合及非线性校正，工控机采集并保存设定次数N的数据后，使用快速傅里叶变换及数字滤波算法计算出各次力传感器模拟量信号的幅值U和相角φ。再利用已知的A/D采集卡采样频率f和上轮辋零度检测开关方波信号2个上跳变之间的采样点数n可计算出本次主轴的旋转周期T＝n/f，进而计算出本周的平均转速ω＝2π/T＝2πf/n，n值是通过软件分析方波波形计算得出，与转速成反比，一般为800～1024间的正整数；设幅值U与转速ω有函数关系U＝f(ω)，由实测数据采用坐标点标注的方法初步分析，该函数为非线性函数，连续采样N次(一般N＝10)后，得到N组实测数据，最后计算机采用非线性最小二乘法对信号幅值和主轴转速衰减进行数据拟合，得到函数关系U＝f(ω)，由此函数可得到特定转速下的幅值U，从而完成动平衡测量结果非线性补偿。一种轮胎动平衡试验机非线性补偿装置，该装置的机械部分包括一个上轮辋夹取机构1，一个上轮辋2和一个同轴安装的下轮辋4，一个与下轮辋4连接的、可锁紧或松开上轮辋的锁紧头3，一个与主轴9连接的增量型主轴编码器8，一个由伺服电机6和摩擦轮7组成的主轴驱动机构，摩擦轮7位于伺服电机6的输出轴与主轴9之间，安装于主轴9附近的非接触式的上压力传感器11和下压力传感器10；该装置的控制电路包括主轴伺服驱动模块5、工控机17、通讯卡18、可编程逻辑控制器20、A/D采集卡19和计数器模块21，主轴伺服驱动模块5通过工业现场总线分别与可编程逻辑控制器19和通讯卡16连接，计数器模块21与可编程逻辑控制器19通过总线连接，通讯卡18和A/D采集卡19插在工控机15的扩展槽中，主轴伺服驱动模块5的输出端与伺服电机6连接，有一个信号放大器22，它的输入端与分别与上压力传感器11和下压力传感器10的输出端连接，它的输出端与A/D采集卡19的相应输入端连接，其特征在于，(1)在上轮辋上表面固定着一个感应块14，在该感应块旋转路径的上方安装着一个位置固定的非接触零度传感器15，该传感器与上轮辋2的距离不随上轮辋的运动而改变；(2)有一个数字量中断输入卡16，插在工控机17的扩展槽内，零度传感器15的输出端与数字量中断输入卡16相应的输入端连接。本专利技术的优点是简化了机械结构，只需要一只主轴编码器测量角度，主轴转速的测量由带中断数字量输入卡和A/D采集卡完成，同时转速测量和力传感器模拟量信号的采集用的是同一个触发信号，两者之间完全同步，保证了转速测量的实时性和准确性。本专利技术的另一大优点是有自适应能力，自动根据主轴摩擦力的变化进行转速补偿，提高了系统的测量精度及效率。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术所使用软件的主流程本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轮胎动平衡试验机非线性补偿方法，该方法的实施基于如下装置：该装置的机械部分包括一个上轮辋夹取机构［１］，一个上轮辋［２］和一个同轴安装的下轮辋［４］，一个与下轮辋［４］连接的、可锁紧或松开上轮辋的锁紧头［３］，一个与主轴［９］连接的增量型主轴编码器［８］，一个由伺服电机［６］和摩擦轮［７］组成的主轴驱动机构，摩擦轮［７］位于伺服电机［６］的输出轴与主轴［９］之间，与主轴［９］有一定预紧力接触安装的上压力传感器［１１］和下压力传感器［１０］；该装置的控制电路包括主轴伺服驱动模块［５］、工控机［１７］、通讯卡［１８］、可编程逻辑控制器［２０］、Ａ／Ｄ采集卡［１９］、和计数器模块［２１］，主轴伺服驱动模块［５］通过工业现场总线分别与可编程逻辑控制器［１９］和通讯卡［１８］连接，计数器模块［２１］与可编程逻辑控制器［１９］通过总线连接，通讯卡［１８］和Ａ／Ｄ采集卡［１９］插在工控机［１５］的扩展槽中，主轴伺服驱动模块［５］的输出端与伺服电机［６］连接，有一个信号放大器［２２］，它的输入端分别与上压力传感器［１１］和下压力传感器［１０］的输出端连接，它的输出端与Ａ／Ｄ采集卡［１９］的相应输入端连接，本方法的特征在于，（１）在上述装置的基础上增加如下硬件结构：Ａ、在上轮辋上表面固定一个感应块［１４］，在该感应块旋转路径的上方安装一个位置固定的非接触零度传感器［１５］，该传感 器与上轮辋［２］的距离不随上轮辋的运动而改变；Ｂ、有一个数字量中断输入卡［１６］，插在工控机［１７］的扩展槽内，零度传感器［１５］的输出端分别与数字量中断输入卡［１６］和Ａ／Ｄ采集卡［１９］相应的输入端连接；（２）安装被测轮 胎，通过输送及定位机构将轮胎定位到下轮辋［４］上，上轮辋夹取机构［１］将上轮辋［２］下降到预定位置，轮辋锁紧头［３］锁紧，对夹持轮胎进行充气；（３）采集数据，工控机［１７］发出启动指令，主轴伺服电机［６］通过摩擦轮［７］驱动主轴［９ ］及轮胎旋转，达到规定的转速后，摩擦轮［７］脱开，延时１～５秒待主轴［９］稳定后，工控机［１７］利用数字量中断输入卡［１６］采集到的上轮辋零度传感器［１５］上升沿信号作为中断触发信号，触发Ａ／Ｄ采集卡［１９］采集上下压力传感器输出的模拟量信号及上轮辋零度传感器［１５］输出的方波信号，在主轴［９］的每个旋转周期内，采集１０２４个压力传感器输出的模拟量信号值及上轮辋零...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜超浪，芮建华，
申请(专利权)人：中国航空工业第一集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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