本發(fā)明屬于流體機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種閥門傳動間隙測量裝置、測量方法及補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

高精度閥門是一種重要的流體流量控制元件，它一般采用步進(jìn)電機(jī)經(jīng)過精密減速機(jī)驅(qū)動閥芯旋轉(zhuǎn)，改變流體流通面積從而實現(xiàn)精密的流量調(diào)節(jié)。在制漿造紙應(yīng)用場合應(yīng)用的高精度閥門主要有兩種，一種是用于紙張縱向定量控制的閥門，被稱為“定量閥”(閥門的機(jī)械結(jié)構(gòu)見專利cn200971996y所示)；另一種是應(yīng)用在稀釋水水力式流漿箱橫幅定量控制的稀釋水水閥(閥門機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制見專利cn20100590897.x、cn201410616320.x、cn201420552085.x、cn201420553135.6、cn201420552373.5所示)。這種閥門的精度用“步”來表示，“步”指的是閥門最小的定位長度單元，以10000步精度的閥門為例，指的是閥門在0-90°開度范圍內(nèi)有10000個操作步長，每個操作步長閥門開度的轉(zhuǎn)角增量為0.009°，閥門的步數(shù)越多，閥門的精度就越高。

為了保證閥門有足夠的定位精度，這種閥門多采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動，雖然電機(jī)有足夠的定位精度，但是電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)、聯(lián)軸器把旋轉(zhuǎn)運動傳遞到閥門軸，中間經(jīng)過了多個機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，這些機(jī)械構(gòu)件之間均存在傳動間隙(也稱回程間隙)，由于閥門在工作時經(jīng)常正向和反向定位，機(jī)械間隙問題導(dǎo)致了閥門精度損失。然而目前閥門的機(jī)械間隙問題常常被忽略，導(dǎo)致了閥門精度不高。難以滿足現(xiàn)代流程工業(yè)對高精度流量調(diào)節(jié)的要求，因此需要針對這一問題進(jìn)行研究，以解決閥門存在的傳動間隙(也稱回程間隙)問題，提高閥門的精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種閥門傳動間隙測量裝置、測量方法及補(bǔ)償方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明能夠測量出閥門的傳動間隙的具體數(shù)值，并對其進(jìn)行補(bǔ)償，以提高閥門的精度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種閥門傳動間隙測量裝置，包括閥門步進(jìn)電機(jī)，閥門步進(jìn)電機(jī)上安裝有輸入軸角位移傳感器，閥門步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接有閥門減速機(jī)構(gòu)，閥門減速機(jī)構(gòu)的輸出軸連接至閥體的閥體軸，閥體軸上還連接有輸出軸角位移傳感器。

進(jìn)一步地，所述的輸入軸角位移傳感器安裝在閥門步進(jìn)電機(jī)的尾軸上。

進(jìn)一步地，所述閥門步進(jìn)電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接至閥門減速機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的閥門減速機(jī)構(gòu)、輸出軸角位移傳感器以及閥體均安裝在臺架上。

一種閥門傳動間隙的測量方法，包括以下步驟：

步驟一：收集閥門步進(jìn)電機(jī)的步距角θs以及閥門減速機(jī)構(gòu)減速比n；

步驟二：使閥門步進(jìn)電機(jī)向一個方向轉(zhuǎn)動，直到閥體軸產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動；然后再使閥門步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，直到閥體軸產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動，通過輸入軸角位移傳感器測出閥門步進(jìn)電機(jī)的實際轉(zhuǎn)角θ1；通過輸出軸角位移傳感器測出閥體軸的實際轉(zhuǎn)角θ2’，計算出閥體軸轉(zhuǎn)動角度θ2’在理論上對應(yīng)的閥門步進(jìn)電機(jī)發(fā)送的控制脈沖數(shù)量m以及閥門步進(jìn)電機(jī)實際轉(zhuǎn)角θ1對應(yīng)的控制脈沖數(shù)量k：

則閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)的閥門步進(jìn)電機(jī)控制脈沖數(shù)量j為：

j＝|k-m|

步驟三：改變閥體的開度，遍歷閥體從全開到全關(guān)的所有開度值，重復(fù)步驟二，測量出不同開度條件下閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)閥門步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖數(shù)量。

一種閥門傳動間隙的補(bǔ)償方法，基于上述的閥門傳動間隙測量方法，包括以下步驟：

步驟一：判斷當(dāng)次閥門開度調(diào)節(jié)是否需要間隙補(bǔ)償；

步驟二：計算當(dāng)次發(fā)送給閥門步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)量n2；

其中，n1表示閥門步進(jìn)電機(jī)定位的脈沖數(shù)量，用兩個不同的數(shù)值分別表示閥門的開大或者關(guān)小的調(diào)節(jié)方向，用m表示當(dāng)前次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值與上次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值的差值，m＝0表示閥門當(dāng)次調(diào)節(jié)方向與上次調(diào)節(jié)方向一致，m≠0表示閥門當(dāng)次調(diào)節(jié)方向與上次調(diào)節(jié)方向相反；

步驟三：向閥門步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送數(shù)量為n2的定位脈沖，實現(xiàn)當(dāng)前的定位操作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明裝置在閥門步進(jìn)電機(jī)的尾軸安裝有輸入軸角位移傳感器，在閥體軸上安裝有輸出軸角位移傳感器，通過檢測輸入軸角位移傳感器與輸出軸角位移傳感器在閥門回程時理論轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的差值，得到閥門機(jī)械傳動間隙的大小，進(jìn)而對閥門機(jī)械傳動間隙進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明方法能夠?qū)崿F(xiàn)閥門機(jī)械間隙的測量，并且能夠得到機(jī)械間隙對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的數(shù)量；判斷的方法為用兩個不同數(shù)值分別表示閥門開度調(diào)節(jié)方向的開大或者關(guān)小狀態(tài)，特別的，應(yīng)用易在控制器中實現(xiàn)的0及1數(shù)字表示閥門開度狀態(tài)，將當(dāng)前當(dāng)前次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值與上次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值的差值；利用當(dāng)前開度方向與上次開度方向做差的方法判斷當(dāng)前開度狀態(tài)與上次開度方向是否一致，在算法上簡單可行，比復(fù)雜的程序更有效；當(dāng)前開度方向與上次開度方向在閥門開度調(diào)節(jié)與上次相反時，通過增加步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖數(shù)量的方法在軟件上實現(xiàn)了閥門機(jī)械傳動間隙的補(bǔ)償，提高了閥門的精度，相比傳統(tǒng)的忽略機(jī)械傳動間隙的做法，有利于提高閥門的精度。在測量閥門在開度范圍內(nèi)的傳動間隙后，針對各點不同的機(jī)械傳動間隙數(shù)值大小，進(jìn)行不同數(shù)量的機(jī)械間隙補(bǔ)償，閥門在實際運行時不需要在閥軸上安裝編碼器，比閉環(huán)的高精度閥門(見專利cn201310019466.1，閉環(huán)高精度定量閥)具有成本低的優(yōu)點，而且能保證閥門的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的工作流程圖。

其中，1、輸入軸角位移傳感器，2、閥門步進(jìn)電機(jī)，3、閥門減速機(jī)構(gòu)，4、臺架，5、聯(lián)軸器，6、閥體軸，7、輸出軸角位移傳感器，8、閥體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1，一種閥門機(jī)械傳動間隙測量裝置，測量時將閥門步進(jìn)電機(jī)2、閥門減速機(jī)構(gòu)3、聯(lián)軸器5、閥體8拆下，安裝在本發(fā)明測試裝置的臺架4上。該測量裝置的臺架4上安裝有閥門步進(jìn)電機(jī)2，并且閥門步進(jìn)電機(jī)2的尾軸上安裝有輸入軸角位移傳感器1，用以檢測閥門步進(jìn)電機(jī)2輸入的實際轉(zhuǎn)角；閥門步進(jìn)電機(jī)2的輸出軸與閥門減速機(jī)構(gòu)3連接，閥門減速機(jī)構(gòu)3的輸出軸與閥體軸6通過聯(lián)軸器5連接，閥體軸6上安裝有輸出軸角位移傳感器7，用于檢測檢測經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)等傳動機(jī)構(gòu)后輸出到閥門軸6上的實際轉(zhuǎn)角，輸出軸角位移傳感器7安裝在臺架4上，閥體8安裝在臺架4上。

若閥門執(zhí)行器的內(nèi)部空間充足，不需要臺架4，直接在閥門執(zhí)行器上進(jìn)行測量，將本測試裝置做適當(dāng)?shù)暮喕?，將輸入軸角位移傳感器1安裝在閥門步進(jìn)電機(jī)2上，用以檢測閥門輸入端的的轉(zhuǎn)角；將輸出軸角位移傳感器7安裝在閥體軸6上，用以檢測閥門輸出端的的轉(zhuǎn)角。

若閥門的部件減少，沒有聯(lián)軸器5，閥體軸6直接與閥門減速機(jī)構(gòu)3連接，輸出軸角位移傳感器7安裝在閥體軸6上，用以檢測閥門輸出軸轉(zhuǎn)角，仍在本發(fā)明所聲明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明在閥門步進(jìn)電機(jī)2的尾軸安裝有輸入軸角位移傳感器1，在閥體軸6上安裝有輸出軸角位移傳感器7，通過檢測輸入軸角位移傳感器1與輸出軸角位移傳感器7在閥門回程時理論轉(zhuǎn)角與實際轉(zhuǎn)角的差值，得到閥門機(jī)械傳動間隙的大小。而與閥門電機(jī)類型、減速機(jī)構(gòu)類型無關(guān)，改變電機(jī)的類型及減速機(jī)構(gòu)類型均不能脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。

閥門機(jī)械傳動間隙測量方法，包括以下步驟：

步驟一：收集閥門步進(jìn)電機(jī)2的步距角θs、閥門減速機(jī)構(gòu)3減速比(輸入轉(zhuǎn)速：輸出轉(zhuǎn)速)n，這些機(jī)械參數(shù)。

步驟二：使用本發(fā)明所設(shè)計的閥門機(jī)械傳動間隙測量裝置，使閥門步進(jìn)電機(jī)2向一個方向轉(zhuǎn)動，直到閥體軸6產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動，此時閥門傳動機(jī)構(gòu)已經(jīng)相互貼合上；然后再使閥門步進(jìn)電機(jī)2反向轉(zhuǎn)動，直到閥門軸產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動(閥門步進(jìn)電機(jī)2剛開始反轉(zhuǎn)時，由于機(jī)械傳動間隙，閥體軸6是靜止?fàn)顟B(tài))，通過輸入軸角位移傳感器1測出閥門步進(jìn)電機(jī)2的實際轉(zhuǎn)角θ1；通過輸出軸角位移傳感器7測出閥體軸6的實際轉(zhuǎn)角θ2’，計算出閥體軸6轉(zhuǎn)動角度θ2’在理論上對應(yīng)的閥門步進(jìn)電機(jī)2發(fā)送的控制脈沖數(shù)量m，m用公式(1)表示：

閥門步進(jìn)電機(jī)2實際轉(zhuǎn)角θ1對應(yīng)的控制脈沖數(shù)量k用公式(2)表示：

閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)的閥門步進(jìn)電機(jī)2控制脈沖數(shù)量j用公式(3)表示：

j＝|k-m|(3)

步驟三：改變閥體8的開度，遍歷閥體8從全開到全關(guān)的所有開度值，重復(fù)步驟二，使用本發(fā)明的閥門機(jī)械傳動間隙補(bǔ)償裝置，能夠測量出不同開度條件下閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)閥門步進(jìn)電機(jī)2的控制脈沖數(shù)量。

參加圖2，在測量出閥門機(jī)械傳動間隙后，閥門在正常工作時即可去除輸入軸角位移傳感器1及輸出軸角位移傳感器7，閥門機(jī)械傳動間隙補(bǔ)償?shù)姆椒椋?/p>

首先判斷是否需要進(jìn)行間隙補(bǔ)償，分別用0和1的數(shù)值表示閥門的開度調(diào)節(jié)方向(開大或關(guān)小)，用當(dāng)前閥門開度狀態(tài)與上次閥門開度調(diào)節(jié)方向狀態(tài)做差，當(dāng)兩者的差值為0時表示當(dāng)前閥門開度狀態(tài)與上次一致，不需要進(jìn)行閥門機(jī)械傳動間隙的補(bǔ)償；當(dāng)差值不為0(即-1或1)時，閥門當(dāng)前開度方向與上次相反，需要進(jìn)行機(jī)械傳動間隙補(bǔ)償。具體補(bǔ)償方法為：使閥門的步進(jìn)電機(jī)在預(yù)設(shè)的定位步長控制脈沖數(shù)量的基礎(chǔ)上再多發(fā)送與機(jī)械傳動間隙數(shù)值相等的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖數(shù)量，使閥門機(jī)械傳動間隙得到補(bǔ)償。如果閥門當(dāng)此定位方向與上次相同，則不需要進(jìn)行機(jī)械傳動間隙補(bǔ)償。

下面對本發(fā)明的操作過程做詳細(xì)描述：

首先測定閥門機(jī)械傳動間隙：

步驟一：視閥門內(nèi)部的空間是否能夠安裝輸入軸角位移傳感器1及輸出軸角位移傳感器7，若能安裝則將輸入軸角位移傳感器1安裝在閥門步進(jìn)電機(jī)2的軸上，用以檢測輸入軸轉(zhuǎn)角，將將輸出軸角位移傳感器7安裝在閥體軸6上，用以檢測輸出軸轉(zhuǎn)角；若閥門內(nèi)部沒有充足空間安裝，則拆除閥門步進(jìn)電機(jī)2、減速機(jī)構(gòu)3、聯(lián)軸器5及閥體8，安裝在測試裝置的臺架4上。將輸入軸角位移傳感器1安裝在閥門步進(jìn)電機(jī)2的軸上，用以檢測輸入軸轉(zhuǎn)角，將將輸出軸角位移傳感器7安裝在閥體軸6上，用以檢測輸出軸轉(zhuǎn)角。

步驟二：使閥門步進(jìn)電機(jī)2向一個方向轉(zhuǎn)動，直到閥體軸6產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動，此時閥門傳動機(jī)構(gòu)已經(jīng)相互貼合上；然后再使閥門步進(jìn)電機(jī)2反向轉(zhuǎn)動，直到閥體軸6產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動(步進(jìn)電機(jī)剛開始反轉(zhuǎn)時，由于機(jī)械傳動間隙，閥門軸是靜止?fàn)顟B(tài))，通過輸入軸角位移傳感器1測出步進(jìn)電機(jī)的實際轉(zhuǎn)角θ1；通過輸出軸角位移傳感器7測出閥體軸的實際轉(zhuǎn)角θ2’，計算出閥體軸轉(zhuǎn)動角度θ2’在理論上對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)發(fā)送的控制脈沖數(shù)量m，m用公式(1)表示：

步進(jìn)電機(jī)實際轉(zhuǎn)角θ1對應(yīng)的控制脈沖數(shù)量k用公式(2)表示：

閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖數(shù)量j用公式(3)表示：

j＝|k-m|(3)

步驟三：改變閥體的開度，遍歷閥體從全開到全關(guān)的所有開度值，重復(fù)步驟二，使用本發(fā)明的閥門機(jī)械傳動間隙補(bǔ)償裝置，能夠測量出不同開度條件下閥門機(jī)械傳動間隙對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖數(shù)量。

在測量出閥門機(jī)械傳動間隙等效的閥門步進(jìn)電機(jī)2控制脈沖數(shù)量j后，根據(jù)閥門的運轉(zhuǎn)方向判斷閥門在運行過程中需要進(jìn)行間隙補(bǔ)償，步驟如下：

步驟一：判斷當(dāng)次開度調(diào)節(jié)是否需要間隙補(bǔ)償。

判斷的方法為用兩個不同數(shù)字分別表示閥門開度調(diào)節(jié)的狀態(tài)，特別的，應(yīng)用易在控制器中實現(xiàn)的0及1數(shù)字表示閥門開度狀態(tài)，將當(dāng)前次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值與上次閥門開度調(diào)節(jié)方向的數(shù)值的差值；

設(shè)閥門上次的調(diào)節(jié)方向狀態(tài)m00分別用數(shù)值m1和m2表示，m1表示閥門關(guān)小，m2表示閥門開度增大。

設(shè)閥門當(dāng)次的調(diào)節(jié)方向狀態(tài)m01分別用數(shù)值m1和m2表示，m1表示閥門關(guān)小，m2表示閥門開度增大。步進(jìn)電機(jī)定位的脈沖數(shù)量為n1。

將m01與m00做差，其差值m＝0時表示閥門當(dāng)次調(diào)節(jié)方向與上次調(diào)節(jié)方向一致，無需進(jìn)行間隙補(bǔ)償；當(dāng)m≠0時，表示閥門當(dāng)此調(diào)節(jié)方向與上次調(diào)節(jié)方向相反，需要進(jìn)行間隙補(bǔ)償。

步驟二：計算當(dāng)次發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)量n2。

n2的表達(dá)式如(4)所示：

步驟三：向閥門步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送數(shù)量為n2個數(shù)的定位脈沖，實現(xiàn)當(dāng)前的定位操作。

其中，m00、m01、m1、m2、m、n1、n2、j、k、m、n、θ1、θs、θ2’為本發(fā)明方法的運算符號，改變符號的名稱也不能脫離本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

特別的，為了便于在二進(jìn)制的程序控制器中實現(xiàn)程序處理，令m1、m2的取值范圍限定在0和1兩種狀態(tài)。將m01與m00做差，根據(jù)差值是否為0，若為0則表示當(dāng)前開度調(diào)節(jié)方向與上次開度調(diào)節(jié)方向一致，若不為0則判斷當(dāng)前開度調(diào)節(jié)方向與上次調(diào)節(jié)方向不一致，若用其他數(shù)值代替，也不能脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。