魔方动态扭矩测试仪设计与开发

• 作 者: 钟伟东
• 出 处: 广东技术师范学院
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 魔方 动态扭矩 数据采集 模糊评价

扭矩是一个综合反映机械特性的机械量,是判断旋转机械质量优劣的关键性指标。为了保证生产的产品质量达标,必须对产品的扭矩进行检测和控制。在推进校企合作过程中,河源魔方生产企业提出在魔方生产领域中,由于缺乏扭矩相关标准及相应检测设备,导致对魔方旋转机械质量是否达标的判决存在较大的困难,而且判决方法也比较落后,只能依靠有经验技术人员进行鉴定和判决。文中针对企业所面临的上述问题进行了研究。首先,通过查找国内外相关文献资料、企业调研及专家访谈等方式,全面了解动态扭矩与魔方动态扭矩测量的控制技术、电路设计、数据采集方法等,借鉴其成功的经验,为制定魔方动态扭矩测试仪研发技术路线提供理论基础和技术支撑。其次,根据企业对魔方动态扭矩测试仪的测试要求,经反复推敲,确定了设备的控制电路以PLC和单片机为核心和其它主要元件器件及参数、材质等,设计过程中采用SolidWorks软件绘制了测试仪的3D效果图,并以笛卡尔直角坐标系原理为依据,以待测魔方为原点确定了测试仪的X轴气动控制系统、Y轴气动控制系统和Z轴气动控制系统,使设备结构划分更为清晰,便于控制。此外,还利用Altium Designer软件绘制控制、数据采集电路原理图及PCB板等。再次,基于硬件的基础上,综合应用Keil C及XC系列编程软件分别编写了扭矩数据采集模块、魔方旋转机械质量优劣判决模块以及Modbus通信协议等模块的单片机程序和PLC梯形图控制程序。用SamDraw5.0软件设计了人机交互模块控制系统,实现了测试系统的手动调试、系统参数设置等功能及控制。最后,由于涉及魔方旋转质量优劣界定的信息甚少,无相关标准可借鉴,文中采取模糊综合评价法通过企业魔方专家筛选出旋转机械质量优质魔方,然后利用所研发的动态扭矩测试仪测出其六面的正反向扭矩极值,最后其极值作为以后企业生产过程中判决魔方旋转机械质量是否达标的参考依据。魔方动态扭矩测试仪经调试和标定,通过理论值与实测值的对比,整机平均误差为0.14%。经抽样检测,设备能准确测量魔方六面正反向动态扭矩极值,对魔方旋转机械质量优劣能作出正确判断。