步进电动机步距角误差测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及检测领域，更具体地，涉及步进电动机步距角误差测试系统。


背景技术：

2.随着步进电机在控制技术领域的广泛应用，对于自动化设备精确控制的要求越来越高，特别在家电、医疗仪器、自动雕刻机和监控系统等领域尤为突出，但是对于小步距微型步进电机角位移精确测量以前是一大难点，很多企业在研发过程中很难对其进行实时精确测量和统计，给产品改进和升级带来瓶颈。
3.目前，对于步距角误差测试的方法主要有三种：编码器法、旋转变压器法和分度头法。其中，旋转变压器法主要运用多通道旋转变压器来获取角度测量值，精度较高，但需要特殊电源和数据读出设备。分度头法，电动机轴线与分度头轴线重合，利用转轴上某一刻度线位置，记录其在电机驱动旋转后的位置偏差，从而给出很好的角度测试精度，但是此种方法仅仅运用于研究和开发，对步进电机批量生产中的测试效率不高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对目前国内步进电机制造中，对高精度步进电机步距角性能参数测试中存在的测试方法简单、无法精确定量、精度不足等问题，提出一种步进电动机步距角误差测试系统。
5.本实用新型的技术方案是：
6.本实用新型提供一种步进电动机步距角误差测试系统，该系统包括：
7.步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块的控制信号端与pc机的对应控制信号端相连，步进电机驱动模块的驱动信号输出端与被测步进电机的驱动信号输入端相连；
8.角度测量模块，与被测步进电机的输出轴相连，用于检测角度数据，所述的角度测量模块的检测信号输出端与集中控制器的检测信号输入端相连；
9.集中控制器，与角度测量模块的信号输出端相连，接收角度数据并发送至pc机；
10.pc机，与步进电机驱动模块相连，通过步进电机驱动模块驱动被测步进电机的运转；与集中控制器相连，接收被测步进电机检测的角度实测数据，并输出。
11.进一步地，所述的角度测量模块包括高精度增量式编码器和计数电路，所述的高精度增量式编码器用于发射检测脉冲，所述的计数电路用于计数，获取角度数据。
12.进一步地，所述高精度增量式编码器的角度细分精度达0.002
°
/脉冲；分辨率达到472脉冲/度。步进电机每旋转一定角度过程中，角度测量模块有足够多的位置检测脉冲信号发射和反馈，确保了仪器最终采集数据的可靠性和准确性。
13.进一步地，所述的角度测量模块的检测端与被测步进电机的输出轴位于同一高度，且同心设置。
14.进一步地，所述的被测步进电机安装于调节平台上；所述的高精度增量式编码器穿过编码器固定座安装在底座上，高精度增量式编码器的转轴前端连接夹头，通过夹头连
接被测步进电机的输出轴，保持同心。
15.进一步地，所述的调节平台通过高度调节杆固定在底座上，且高度可调；所述调节平台的两侧设有前后调节槽，通过前后调节杆在对应槽内滑动，且前后调节杆的顶部设置压条，在合适位置压紧被测步进电机后，通过螺母锁紧。
16.进一步地，所述的角度数据包括频率、步距角和转子位置信息。
17.进一步地，所述的测试系统还包括图表展示模块，用于图表化展示pc机对被测步进电机的驱动数据，以及角度测量模块获取的被测步进电机的实测数据。
18.进一步地，所述的高精度增量式编码器与电气箱中的集中控制器相连，集中控制器通过串口和pc机连接；被测步进电机的相线与步进电机驱动模块的接线端子分别连接。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型的系统从步距角误差测试和生产运用两方面来考虑，选择了编码器法作为检测系统的设计基础；利用高精度光电编码器来快速准确测量步距角误差，不但可以满足步距角误差研究，而且满足步进电机生产领域快速检测的需要，是一种具有生产应用价值的检测。
21.本实用新型针对步距角小于1.8度的电动机产品，采用高精度增量式编码器，在保证步进电机具有较好的动平衡前提下，适当增加电机转动阻尼，使角度测量模块得到更高的读数精度，满足快速响应、连续读数、记录和数据统计等优点。
22.本实用新型将被测步进电机安装于调节平台上，前后上下位置可调；将高精度增量式编码器穿过编码器固定座安装在底座上，使高精度增量式编码器的检测端与被测步进电机的输出轴位于同一高度，且同心设置，操作简单可靠。
23.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
24.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
25.图1示出了本实用新型的原理框图。
26.图2示出了本实用新型的高精度增量式编码器和被测步进电机安装结构示意图。
27.图3示出了本实用新型的实施例中步距角分布示意图。
28.其中：1、高精度增量式编码器；2、被测步进电机；3、底座；4、高度调节杆；5、调节平台；6、前后调节槽；7、前后调节杆；8、压条；9、编码器固定座；10、夹头。
具体实施方式
29.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。
30.如图1所示，一种步进电动机步距角误差测试系统，该系统包括：
31.步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块的控制信号端与pc机的对应控制信号端相连，步进电机驱动模块的驱动信号输出端与被测步进电机2的驱动信号输入端相连；
32.角度测量模块，与被测步进电机2的输出轴相连，用于检测角度数据，所述的角度测量模块的检测信号输出端与集中控制器的检测信号输入端相连；
33.集中控制器，与角度测量模块的信号输出端相连，接收角度数据并发送至pc机；
34.pc机，与步进电机驱动模块相连，通过步进电机驱动模块驱动被测步进电机2的运转；与集中控制器相连，接收被测步进电机2检测的角度实测数据，并输出。
35.如图2所示，所述的角度测量模块的检测端与被测步进电机2的输出轴位于同一高度，且同心设置；所述的被测步进电机2安装于调节平台5上；所述的高精度增量式编码器1穿过编码器固定座9安装在底座3上，高精度增量式编码器1的转轴前端连接夹头10，被测步进电机2安装于调节平台5上；所述的高精度增量式编码器1穿过编码器固定座9安装在底座3；
36.所述的调节平台5通过高度调节杆4固定在底座3上，且高度可调；所述调节平台5的两侧设有前后调节槽6，通过前后调节杆7在对应槽内滑动，且前后调节杆7的顶部设置压条8，在合适位置压紧被测步进电机2后，通过螺母锁紧。
37.具体实施时：
38.测量功能实现：被测步进电机2安装于调节平台5，电机轴与高精度增量式编码器1的转轴通过夹头10连接，确保同心度，高精度增量式编码器1与电气箱中集中控制器相连，集中控制器通过串口和pc机连接通信。被测步进电机2的相线与接线端子分别连接，由电气箱中步进电机驱动模块输出电流、脉冲频率、脉冲个数等，系统通过一定时间的采样间隔、发送一定个数脉冲后才进行一次采样，确保了测量数据的准确度、稳定性和可靠性。
39.对于小步距角即小于1.8度的电动机，为了获取更高的分辨率，本发明选择增量式编码器，通常分辨率可以达到：360度最高发送170000个脉冲，对于小量级角度连续测量，即使检测中存在一定的累积误差，也能够通过细分角度脉冲连续采样进行确认和调整，确保整步测量值的准确度，为后期数据汇总分析做好了准备。
40.本实用新型通过步距角测试装置，动态采集步距角测量数据，并保存和展示，每个数据和步进电机初始位置，按运行步数一一对应，不仅能给出了每步的角度值，也反映了电机转子实时位置。该系统能够对数据进行描点绘图，给出步进电机运行一定周期中，最大步距、最小步距、平均步距，反映出实测数据和电机理论步距角(如0.9度、1.8度等)之间的偏差，真实反映被测电机步距角精度和运行时的动态稳定性。如图3示出了本实用新型的步距角分布示意图。
41.由图可知，横轴为采集数据的序号，纵轴为实测步距角度数，它反映出一定运行周期中，步距角与理论值的偏离程度。
42.本实用新型对于步进电机步距角误差测试系统的研发，是对于当前高精度步进电机步距自动化测量的改进，对以前大部分生产企业步距角测量采用简易分度盘测量，具有较大的技术提升，能够为今后步进电机领域的科研和生产带来更多的便利。
43.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，该系统包括：步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块的控制信号端与pc机的对应控制信号端相连，步进电机驱动模块的驱动信号输出端与被测步进电机(2)的驱动信号输入端相连；角度测量模块，与被测步进电机(2)的输出轴相连，用于检测角度数据，所述的角度测量模块的检测信号输出端与集中控制器的检测信号输入端相连；集中控制器，与角度测量模块的信号输出端相连，接收角度数据并发送至pc机；pc机，与步进电机驱动模块相连，通过步进电机驱动模块驱动被测步进电机(2)的运转；与集中控制器相连，接收被测步进电机(2)检测的角度实测数据，并输出。2.根据权利要求1所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的角度测量模块包括高精度增量式编码器(1)和计数电路，所述的高精度增量式编码器(1)用于发射检测脉冲，所述的计数电路用于计数，获取角度数据。3.根据权利要求2所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述高精度增量式编码器(1)的角度细分精度达0.002
°
/脉冲；分辨率达到472脉冲/度。4.根据权利要求1所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的角度测量模块的检测端与被测步进电机(2)的输出轴位于同一高度，且同心设置。5.根据权利要求2所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的被测步进电机(2)安装于调节平台(5)上；所述的高精度增量式编码器(1)穿过编码器固定座(9)安装在底座(3)上，高精度增量式编码器(1)的转轴前端连接夹头(10)，被测步进电机(2)安装于调节平台(5)上；所述的高精度增量式编码器(1)穿过编码器固定座(9)安装在底座(3)。6.根据权利要求5所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的调节平台(5)通过高度调节杆(4)固定在底座(3)上，且高度可调；所述调节平台(5)的两侧设有前后调节槽(6)，通过前后调节杆(7)在对应槽内滑动，且前后调节杆(7)的顶部设置压条(8)，在合适位置压紧被测步进电机(2)后，通过螺母锁紧。7.根据权利要求1所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的角度数据包括频率、步距角和转子位置信息。8.根据权利要求1所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的测试系统还包括图表展示模块，用于图表化展示pc机对被测步进电机(2)的驱动数据，以及角度测量模块获取的被测步进电机(2)的实测数据。9.根据权利要求2所述的步进电动机步距角误差测试系统，其特征在于，所述的高精度增量式编码器(1)与电气箱中的集中控制器相连，集中控制器通过串口和pc机连接；被测步进电机(2)的相线与步进电机驱动模块的接线端子分别连接。

技术总结
本实用新型提供一种步进电动机步距角误差测试系统，该系统包括步进电机驱动模块，用于向被测步进电机输出驱动信号；角度测量模块，与被测步进电机的输出轴相连，用于检测角度数据并输出至集中控制器；集中控制器，接收角度数据并发送至PC机；PC机与步进电机驱动模块相连，通过步进电机驱动模块驱动被测步进电机的运转；与集中控制器相连，接收被测步进电机检测的角度实测数据并输出。本实用新型利用光电编码器来快速准确测量步距角误差，不但可以满足步距角误差研究，而且满足步进电机生产领域快速检测的需要。领域快速检测的需要。领域快速检测的需要。


技术研发人员：梁晓宇 冯小文 姚建 刘军 翟晓松 庞展
受保护的技术使用者：常州检验检测标准认证研究院
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/1