[发明专利]轮胎动平衡试验机非线性补偿方法和装置

摘要

本发明属于测量技术领域，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。

主权项

1、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进行非线性校正。