專利名稱：高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種撓性陀螺關(guān)鍵部件一高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
撓性陀螺的撓性接頭的角位移剛度K是非常重要的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)，測(cè)試方法已經(jīng)歷了兩代的發(fā)展。第一代是用砝碼法，顧名思義，加砝碼使撓頭產(chǎn)生形變(用人眼借助尺子觀察形變量)，利用胡克定律測(cè)量出剛度值；第二代是計(jì)數(shù)法(利用通用計(jì)數(shù)器多次測(cè)量得到擺動(dòng)周期，用計(jì)算器套公式算出剛度值)，從測(cè)量精度上，第二代已經(jīng)比第一代有了質(zhì)的飛躍；通過多次擺動(dòng)利用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量出計(jì)數(shù)值，手抄取出平均值后套公式用計(jì)算器算出結(jié)果。該方法需要多次擺動(dòng)，導(dǎo)致測(cè)試周期長、一致性差，而且人為抄、報(bào)、算數(shù)據(jù)等過程可能帶來的失誤。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供一種高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀，其解決了現(xiàn)有手工砝碼法測(cè)試撓性接頭剛度時(shí)測(cè)試周期長、一致性差、容易帶來人為失誤的技術(shù)問題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種高精度撓性 接頭剛度測(cè)試儀，包括撓頭工裝夾具，其特殊之處在于:還包括光測(cè)量裝置、信號(hào)處理單元和輸出單元；所述光測(cè)量裝置包括激光器高壓電源、激光器、光敏管，所述激光器發(fā)射的激光束正對(duì)光敏管，所述撓性接頭一端固定在撓頭工裝夾具上，其另一端朝下且固定有撓頭擺桿，所述撓頭擺桿位于激光器的光路上；所述信號(hào)處理單元包括用于接收光敏管輸出信號(hào)的信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路、用于對(duì)光敏管輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、用于定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理的處理單元，所述處理單元的輸出數(shù)據(jù)送入輸出單元輸出。所述輸出單元包括顯示單元和打印單元。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1、精確:通過單片機(jī)智能用微擺法實(shí)現(xiàn)了零度擺角的頻率測(cè)量，專項(xiàng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:一致性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于舊方法多次測(cè)量結(jié)果。2、快速高效:一次微擺就出結(jié)果，與過去繁瑣的測(cè)試過程相比，測(cè)試時(shí)間大為縮短，測(cè)試、調(diào)試撓性接頭的效率明顯提高，測(cè)試效率提高了 10倍以上。3、可靠:免去了人為抄、報(bào)、算數(shù)據(jù)等過程可能帶來的失誤。4、本實(shí)用新型由于利用單片機(jī)智能實(shí)現(xiàn)了 “零度測(cè)量”，故測(cè)試一致性好，測(cè)量一次即出結(jié)果，且由于采用了單片機(jī)浮點(diǎn)運(yùn)算，省去了抄報(bào)、計(jì)算等人為環(huán)節(jié)，單片機(jī)可以直接顯示和打印出撓頭剛度K值。
圖1是本實(shí)用新型測(cè)試原理示意圖；圖2是本實(shí)用新型測(cè)試方法中滑動(dòng)濾波的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型工作原理:高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀利用單片機(jī)智能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用了微擺法測(cè)試，一改過去通過多次擺動(dòng)利用通用計(jì)數(shù)器測(cè)量出計(jì)數(shù)值，手抄取出平均值后套公式用計(jì)算器算出結(jié)果的做法，而變成了一次擺動(dòng)利用單片機(jī)智能測(cè)量計(jì)算，直接顯示或打印出測(cè)量結(jié)。撓性接頭在作微小擺動(dòng)時(shí)，撓性接頭的擺動(dòng)周期T與剛性系數(shù)K存在如下數(shù)學(xué)關(guān)系:K = 4 312A/T2-B式中:A表示擺動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量常數(shù)；B是與工裝擺錘質(zhì)量、長度有關(guān)的常數(shù)，測(cè)量出撓性接頭的擺動(dòng)周期T就可通過公式計(jì)算出撓性接頭的剛性系數(shù)K。高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀就是利用激光發(fā)射光敏接收傳感器測(cè)量出撓性接頭按固有頻率振動(dòng)的振動(dòng)周期T，并經(jīng)過運(yùn)算得到撓性接頭的剛度K。測(cè)試原理示意圖如圖1。1、采集有效的測(cè)量數(shù)據(jù):通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，撓性接頭擺動(dòng)周期T值并非理論上的恒值，在擺動(dòng)過程中，T值在擺動(dòng)初期隨擺角大小的不同而不同且與擺動(dòng)末期的T值并不相等，有微小的變化，隨著擺角的變小T值也逐漸趨 ?。欢徽摮跗跀[角多大在撓性接頭擺動(dòng)末期擺動(dòng)角度趨于O度時(shí)周期基本一致。由此引入單片機(jī)微擺法測(cè)量即測(cè)量出撓性接頭擺動(dòng)角度趨于O度時(shí)的T值結(jié)果(即停擺前最后一個(gè)采樣有效值被認(rèn)為是準(zhǔn)確數(shù)據(jù))。利用過去的通用計(jì)數(shù)器是無法實(shí)現(xiàn)的，利用單片機(jī)智能(即判斷)和利用軟件滑動(dòng)濾波數(shù)據(jù)處理技術(shù)，高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)了 “零角度測(cè)量”。2、T值雖在擺動(dòng)過程中逐漸趨向真實(shí)值，但由于環(huán)境因素的影響(指外界廠房機(jī)床空調(diào)等設(shè)備振動(dòng)源)采樣數(shù)據(jù)中會(huì)疊加環(huán)境干擾成分，每次采樣出的隨機(jī)值卻可能偏大或偏小。為保證測(cè)量結(jié)果的一致性，我們將以測(cè)量計(jì)算擺動(dòng)停止前的最后5個(gè)采樣有效值的平均值被認(rèn)定為準(zhǔn)確結(jié)果，達(dá)到了令人非常滿意的結(jié)果。3、滑動(dòng)濾波實(shí)現(xiàn)方法:先通過測(cè)量得到12組相互偏差在10%以內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)，去掉12組數(shù)中的最大值和最小值，然后，將剩余的10組采樣數(shù)據(jù)取平均值。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中開辟5個(gè)單元的存儲(chǔ)空間，將剩余10組采樣數(shù)據(jù)的平均值先放入第一單元。接著，繼續(xù)采樣，將采集到的新數(shù)與第一單元的平均值進(jìn)行比較，若偏差在10%范圍以內(nèi)，將新采集到的數(shù)據(jù)存入第二單元。接下來，繼續(xù)采樣，將采集到的新數(shù)與前面兩個(gè)單元的平均值進(jìn)行比較，若偏差在10%范圍以內(nèi)，將新采樣的數(shù)據(jù)存入第三單元。繼續(xù)采集新數(shù)，將采集到的新數(shù)與前面三個(gè)單元的平均值進(jìn)行比較，若偏差在10%范圍以內(nèi)，將新采樣的數(shù)據(jù)存入第四單元。同法，采集并存儲(chǔ)第五單元的數(shù)據(jù)。每次采數(shù)的偏差若是在前面單元平均值的10%以內(nèi)，則被認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)存入相應(yīng)單元，若超出前面單元平均值的10%，則被認(rèn)為是干擾引起的錯(cuò)誤結(jié)果將被舍棄不要。五個(gè)單元都有數(shù)后，下一個(gè)采集到的新數(shù)與前面五個(gè)單元的平均值比較，10 %以內(nèi)認(rèn)為有效，超出10%被舍棄。有效數(shù)的存取與前面稍有不同，第二單元的數(shù)據(jù)覆蓋第一單元，第三單元的數(shù)據(jù)覆蓋第二單元，第四單元的數(shù)據(jù)覆蓋第三單元，第五單元的數(shù)據(jù)覆蓋第四單元，將新有效數(shù)存入并覆蓋到第五單元，即每次存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)都會(huì)舍棄掉舊的第一單元的數(shù)據(jù)，保持五單元數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)是最新測(cè)到的有效數(shù)據(jù)，這個(gè)過程一直重復(fù)，直到在限定的N久時(shí)間內(nèi)都沒有得到有效數(shù)據(jù)，我們認(rèn)為擺動(dòng)已經(jīng)停止。計(jì)算出停止擺動(dòng)后的五個(gè)單元的平均值并將其做為本次測(cè)量的正確結(jié)果納入計(jì)算公式得到撓性接頭的剛性系數(shù)?；瑒?dòng)濾波示意 圖如圖2。
權(quán)利要求1.一種高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀，包括撓頭工裝夾具， 其特征在于: 還包括光測(cè)量裝置、信號(hào)處理單元和輸出單元； 所述光測(cè)量裝置包括激光器高壓電源、激光器、光敏管，所述激光器發(fā)射的激光束正對(duì)光敏管，所述撓性接頭一端固定在撓頭工裝夾具上，其另一端朝下且固定有撓頭擺桿，所述撓頭擺桿位于激光器的光路上； 所述信號(hào)處理單元包括用于接收光敏管輸出信號(hào)的信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路、用于對(duì)光敏管輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、用于定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理的處理單元，所述處理單元的輸出數(shù)據(jù)送入輸出單元輸出； 所述輸出單元包括顯示單·元和打印單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及高精度撓性接頭剛度測(cè)試儀，包括撓頭工裝夾具，還包括光測(cè)量裝置、信號(hào)處理單元和輸出單元；光測(cè)量裝置包括激光器高壓電源、激光器、光敏管，激光器發(fā)射的激光束正對(duì)光敏管，撓性接頭一端固定在撓頭工裝夾具上，其另一端朝下且固定有撓頭擺桿，撓頭擺桿位于激光器的光路上；信號(hào)處理單元包括用于接收光敏管輸出信號(hào)的信號(hào)放大電路和信號(hào)整形電路、用于對(duì)光敏管輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、用于定時(shí)計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)進(jìn)行處理的處理單元，處理單元的輸出數(shù)據(jù)送入輸出單元輸出。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有手工砝碼法測(cè)試撓性接頭剛度時(shí)測(cè)試周期長、一致性差、容易帶來人為失誤的技術(shù)問題，精確高。
文檔編號(hào)G01M13/00GK203132821SQ201220676458
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者黎原, 高國棟 申請(qǐng)人:西安航天精密機(jī)電研究所