本發(fā)明屬于編碼器測試，尤其涉及一種光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、光柵編碼器是一種集光、機、電于一體的數(shù)字化角度測量設(shè)備，它能夠?qū)⑿D(zhuǎn)角位置、角度位移及角速度等物理量轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器。因其具有測量精度高、體積小、測量范圍廣等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、航天等領(lǐng)域。在數(shù)控機床中，光柵編碼器作為關(guān)鍵零部件，負(fù)責(zé)角度位移部件的終端閉環(huán)控制測量，其性能的優(yōu)劣直接影響機床的精度和可靠性。例如，在電主軸、刀架、刀庫等部件的旋轉(zhuǎn)定位上都是以編碼器作為反饋裝置，其重要性不言而喻。然而，國產(chǎn)光柵編碼器在數(shù)控機床市場的表現(xiàn)并不盡如人意，主要因為與外資品牌相比，它們存在較高的故障率和較差的可靠性。具體表現(xiàn)為光電器件易受損壞、光柵盤易受污染及損壞、編碼器誤碼率高、抗干擾能力差等問題。鑒于此，提升產(chǎn)品的可靠性已經(jīng)成為國內(nèi)光柵編碼器制造企業(yè)及其用戶企業(yè)普遍關(guān)注的焦點。

2、可靠性試驗是提高產(chǎn)品可靠性的主要途徑。這類試驗可有效激發(fā)暴露產(chǎn)品在設(shè)計、加工、制造等環(huán)節(jié)所存在的缺陷和不足，試驗獲得的可靠性數(shù)據(jù)也是進(jìn)行可靠性分析、建模與再設(shè)計的依據(jù)。通過收集相關(guān)故障數(shù)據(jù)并進(jìn)行機理分析，發(fā)現(xiàn)編碼器的敏感應(yīng)力主要為溫度、濕度、振動、油污和電應(yīng)力。目前科研人員對溫度、濕度和振動的單獨或綜合影響研究較多，對于油污這一敏感應(yīng)力研究較為欠缺。然而，在實際工作過程中，由油液污染引發(fā)的故障卻相當(dāng)常見。因此，有必要研究開發(fā)具備油液污染模擬能力的光柵編碼器可靠性試驗裝備及技術(shù)，進(jìn)行實驗室可靠性臺架試驗，主動暴露、激發(fā)光柵編碼器的各種潛在故障，通過故障分析提出有針對性的改進(jìn)建議和措施并實施。為此本發(fā)明提出一種光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試系統(tǒng)及方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試系統(tǒng)，包括試驗桌，還包括主體部分、油霧環(huán)境試驗裝置和檢測控制系統(tǒng)；

4、所述主體部分放置在水平隔振平面上，所述主體部分包括油霧試驗箱、抱夾驅(qū)動及環(huán)境監(jiān)測單元與加速度傳感器；所述油霧試驗箱用于安裝抱夾驅(qū)動及環(huán)境監(jiān)測單元，所述油霧試驗箱的上表面設(shè)有油霧進(jìn)口和油霧出口；所述油霧試驗箱的下表面設(shè)有油液出口，用于排除油霧冷卻后形成的油液；所述抱夾驅(qū)動及環(huán)境監(jiān)測單元用于實現(xiàn)光柵編碼器的安裝和驅(qū)動，包括鎖緊螺母、連接軸套、伺服電機、安裝平板、溫度傳感器與濕度傳感器；所述光柵編碼器通過螺栓連接固定在安裝平板上；所述鎖緊螺母用于鎖緊固定光柵編碼器；所述連接軸套用于連接光柵編碼器和伺服電機；所述溫度傳感器和濕度傳感器均安裝在光柵編碼器外圈表面，用于監(jiān)測光柵編碼器的溫度和濕度；所述加速度傳感器粘貼在油霧試驗箱的表面，用于監(jiān)測光柵編碼器的振動情況；

5、所述油霧環(huán)境試驗裝置包括油霧發(fā)生器、油霧收集器、油霧濃度傳感器、接油盆以及裝置所用的油霧管道；所述油霧發(fā)生器與油霧進(jìn)口以及油霧收集器與油霧出口均通過油霧管道連接；所述油霧濃度傳感器粘貼在油霧試驗箱上，用于檢測當(dāng)前環(huán)境中的油霧濃度；所述接油盆放置在油液出口下方，用于接收油液；

6、所述檢測控制系統(tǒng)放置在試驗桌上，所述檢測控制系統(tǒng)包括光柵編碼器控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊、供電模塊、工控機和執(zhí)行器；所述光柵編碼器控制模塊用于驅(qū)動和控制伺服電機，包括伺服驅(qū)動器和plc，所述plc用于輸入控制信號，所述伺服驅(qū)動器用于接收控制信號并將其轉(zhuǎn)換為伺服電機的運動指令；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集光柵編碼器的性能數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)儲存到工控機中，包括crio?9078采集機箱、振動采集卡、溫度采集卡、濕度采集卡以及編碼器信號采集卡，所述溫度采集卡、濕度采集卡以及振動采集卡與溫度傳感器、濕度傳感器以及加速度傳感器分別配套，用于采集光柵編碼器測試過程中的溫度、濕度和振動數(shù)據(jù)；所述編碼器信號采集卡通過配套串口協(xié)議轉(zhuǎn)換器采集光柵編碼器輸出信號信息；所述油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊用于油霧濃度閉環(huán)控制，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器與stm32系列單片機，所述油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收油霧濃度傳感器的數(shù)據(jù)并由stm32系列單片機做出調(diào)整指令作用于油霧發(fā)生器與油霧收集器；所述工控機包含數(shù)據(jù)記錄器和報警裝置，用于數(shù)據(jù)和指令的收發(fā)；所述執(zhí)行器用于控制油霧發(fā)生器和油霧收集器。

7、進(jìn)一步的，所述油霧進(jìn)口、油霧出口和油液出口處于未使用狀態(tài)時，采用橡膠塞密封。

8、進(jìn)一步的，所述抱夾驅(qū)動及環(huán)境監(jiān)測單元通過螺栓連接并配合軟墊圈固定安裝在油霧試驗箱的側(cè)面。

9、進(jìn)一步的，所述油霧發(fā)生器與油霧進(jìn)口的連接部分以及油霧收集器與油霧出口連接部分均采用橡膠圈密封。

10、進(jìn)一步的，所述光柵編碼器控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊和供電模塊集成到一個控制箱中。

11、一種光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試方法，其特征在于，所述方法基于上述所述的光柵編碼器油霧環(huán)境可靠性測試系統(tǒng)實現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：

12、步驟1、測試準(zhǔn)備階段，具體包括：

13、步驟11、定義測試目標(biāo)；

14、步驟12、準(zhǔn)備測試設(shè)備：選擇光柵編碼器并正確安裝，在其表面粘貼溫度傳感器和濕度傳感器；完成加速度傳感器的固定以及光柵編碼器驅(qū)動控制及數(shù)據(jù)采集的連線；

15、步驟13、設(shè)定測試參數(shù)：確定轉(zhuǎn)速、油霧濃度以及測試持續(xù)時間；

16、步驟14、制定測試計劃；

17、步驟2、測試執(zhí)行階段，具體包括：

18、步驟21、啟動伺服驅(qū)動：通過控制伺服電機實現(xiàn)光柵編碼器的驅(qū)動；

19、步驟22、啟動油霧發(fā)生器；

20、步驟23、調(diào)節(jié)油霧濃度：通過油霧濃度傳感器和油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊控制油霧濃度；

21、步驟24、測試開始：在油霧環(huán)境達(dá)到預(yù)設(shè)條件后，正式開始測試；

22、步驟25、收集測試數(shù)據(jù)：采集光柵編碼器的性能數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、振動、輸出信號；

23、步驟26、監(jiān)控測試過程：實時監(jiān)控油霧濃度和光柵編碼器的工作狀態(tài)；

24、步驟27、記錄測試數(shù)據(jù)；

25、步驟28、測試結(jié)束：完成預(yù)定測試持續(xù)時間后，停止油霧發(fā)生器和光柵編碼器，啟動油霧收集器收集油霧，并關(guān)閉測試系統(tǒng)電源；

26、步驟3、測試評估階段，具體包括：

27、步驟31、分析數(shù)據(jù)：對采集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評估光柵編碼器在油霧環(huán)境中的性能和可靠性；

28、步驟32、確定結(jié)論：根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果識別光柵編碼器在油霧環(huán)境中可能出現(xiàn)的問題和失效模式，得出測試結(jié)論；

29、步驟33、報告編制與改進(jìn)建議：編寫測試報告，包括測試結(jié)果、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論和根據(jù)測試結(jié)果提出的改進(jìn)建議。

30、進(jìn)一步的，所述步驟23的具體過程如下：

31、油霧濃度傳感器檢測當(dāng)前環(huán)境中的油霧濃度；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將油霧濃度傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，供stm32系列單片機處理；stm32系列單片機接收處理后的信號，并與預(yù)設(shè)的目標(biāo)油霧濃度進(jìn)行比較；如果實際濃度與目標(biāo)濃度不符，stm32系列單片機發(fā)出調(diào)節(jié)指令給執(zhí)行器，具體為：若油霧濃度低于目標(biāo)油霧濃度，執(zhí)行器根據(jù)指令調(diào)整油霧發(fā)生器，改變油霧的產(chǎn)生量；若油霧濃度高于目標(biāo)油霧濃度，執(zhí)行器根據(jù)指令調(diào)整油霧收集器，處理多余油霧濃度。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、1、本發(fā)明不僅能夠模擬實際工況中的轉(zhuǎn)速和油霧環(huán)境條件，并且支持多臺光柵編碼器同時進(jìn)行試驗，大大節(jié)省了試驗成本和時間。

34、2、本發(fā)明采用油霧環(huán)境閉環(huán)控制策略，通過油霧濃度傳感器、油霧發(fā)生器、油霧收集器和油霧系統(tǒng)閉環(huán)控制模塊的配合，實現(xiàn)油霧濃度閉環(huán)控制，便于后續(xù)光柵編碼器可靠性的定量評估。

35、3、本發(fā)明通過設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器和加速度傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測光柵編碼器的溫濕度和振動工況，便于后續(xù)光柵編碼器可靠性多應(yīng)力影響的綜合評估。

36、4、本發(fā)明具有可替換性強和使用范圍廣的特點，僅需更換光柵編碼器抱夾裝置尺寸，即可針對不同型號和不同尺寸的光柵編碼器進(jìn)行測試，體現(xiàn)了系統(tǒng)的通用性和靈活性。