专利名称：导电滑环电刷压力检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及惯性器件装配领域，特别是涉及一种导电滑环电刷压力检测装置。
背景技术：
导电滑环是利用电刷自身的弹性与导电杆滑环接触，达到传输信号的目的；仪表通电启动，平台台体或外环转动时，导电杆以一定的角速度相对电刷转动，在转动过程中， 要求导电杆和电刷必须接触可靠，不能有断开、错位及其它接触不良现象，并且接触压力要求不能过大，也不能过小，如压力过小，电刷与导电杆在工作时容易发生断开现象；如压力过大，电刷与滑环间磨损严重，容易产生丝状磨损物，使导电杆滑环间产生短路，所以，测量电刷与滑环间的接触压力，对导电滑环乃至整个惯性系统的工作可靠性有着非常重要的意义。但在实际生产过程中，由于导电滑环尺寸小、结构复杂并且环数多，电刷之间间隙小(最小为0. 44mm)，多数导电滑环目前还无法直接测量电刷和滑环间的接触压力，只能通过测量导电滑环的转动摩擦力矩间接获得电刷和滑环之间的整体接触压力，故无法检测出压力不合适的电刷，少数环数少，间隙大的导电滑环目前是通过用测克计拉电刷来获得接触压力的，这种方法费时、费力并且误差较大，因此有必要改进。

实用新型内容本实用新型解决的技术问题提供一种导电滑环电刷压力检测装置，将待测的导电滑环接入电路中，并制作专用测力计钩头，采用多维位移平台控制测力计的移动勾起电刷，拉起电刷的过程中，当电刷与滑环断开的瞬间，监测电路的电平发生变化，并触发中断，嵌入式主控芯片通过串行通讯接口读取此时测力计的读数，该读数就是该环的电刷压力值。本实用新型采用的技术方案导电滑环电刷压力检测装置，具有底板，所述底板上一侧设有二维电控位移台且其上设有导电滑环固定工装，底板另一侧设有固定块I，所述固定块I侧部上端设有可沿固定块I上下滑动的一维中控位移台，所述一维中控位移台台面上垂直设有固定块II，所述固定块II另一端与电控旋转台连接，测力计固定工装一端与电控旋转台旋转台面连接，测力计固定工装另一端连接数字测力计，所述数字测力计下端设有测力计钩头，所述测力计钩头可与固定在导电滑环固定工装上的导电滑环相接触；其中，所述二维电控位移台、一维电控位移台、电控旋转台、导电滑环和数字测力计均与控制箱连接，所述控制箱与电脑主机连接。其中，所述二维电控位移台和一维电控位移台与控制箱的三维驱动控制器相连；所述电控旋转台与控制箱的一维驱动控制器相连；所述三维驱动控制器与一维驱动控制器分别通过控制线与电脑主机相连实现电脑程序控制位移台的四轴移动，所述数字测力计通过控制线与控制箱中的电路板连接，所述导电滑环通过导线与控制箱上的导电滑环电路接口连接。[0006]进一步地，所述二维电控位移台与精密滚珠螺杆连接并由步进电机驱动；所述一维中控位移台与滚珠丝杆连接并由进步电机驱动；所述电控旋转台与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合后由步进电机驱动带动电控旋转台做360°旋转运动。进一步地，所述控制箱上设有液晶显示屏。进一步地，所述控制箱上设有96路导电滑环通断指示灯。进一步地，所述测力计钩头用钼铱丝弯制而成。本实用新型与现有技术相比可以测量出导电滑环的所有电刷压力值，从而能够检测出电刷压力偏大和电刷压力偏小的滑环，通过调整电刷压力不合适的滑环，可以大大提高导电滑环的工作可靠性。

图I为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型使用中的模拟导电杆结构示意图；图3为本实用新型中的电刷与导电滑环接线示意图；图4为本实用新型的控制电路原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图1、2、3、4描述本实用新型的一种实施例。导电滑环电刷压力检测装置，具有底板1，所述底板I上一侧设有二维电控位移台2且其上设有导电滑环固定工装6，所述二维电控位移台2与精密滚珠螺杆连接并由步进电机驱动；底板I另一侧设有固定块I 5，所述固定块15侧部上端设有可沿固定块I 5上下滑动的一维中控位移台3，所述一维中控位移台3与滚珠丝杆连接并由进步电机驱动；所述一维中控位移台3台面上垂直设有固定块II11，所述固定块II11另一端与电控旋转台4连接，所述电控旋转台4与蜗轮连接,所述蜗轮与蜗杆啮合后由步进电机驱动带动电控旋转台4做360°旋转运动。测力计固定工装10—端与电控旋转台4旋转台面连接，测力计固定工装10另一端连接数字测力计8，所述数字测力计8下端设有测力计钩头9，所述测力计钩头9可与固定在导电滑环固定工装6上的导电滑环7相接触；其中，所述二维电控位移台2、一维电控位移台3、电控旋转台4、导电滑环7和数字测力计8均与控制箱14连接，所述控制箱14与电脑主机12连接，还设有电脑显示器13与电脑主机连接，具体说，所述二维电控位移台2和一维电控位移台3与控制箱14的三维驱动控制器16相连；所述电控旋转台4与控制箱14的一维驱动控制器15相连；所述三维驱动控制器16与一维驱动控制器15分别通过控制线与电脑主机12相连实现电脑程序控制位移台的四轴移动，所述数字测力计8通过控制线与控制箱14中的电路板连接，所述导电滑环7通过导线与控制箱14上的导电滑环电路接口 18连接，所述控制箱14上设有液晶显示屏19和96路导电滑环通断指示灯17，所述测力计钩头9用钼铱丝弯制而成。通过上述结构示意图可以看出该电刷压力检测装置的位移台可以实现4个自由度的运动X、Y、Z三个平动自由度，一个围绕Z轴的转动自由度。通过采用4轴位移台来模拟手动拉起电刷的动作其中X、Y轴平动位移台(图中的二维电控位移台2)负责定位，Z轴平动位移台(图中的一维电控位移台3)负责拉起电刷。由于电刷间距很小，普通测力计钩头无法使用，故采用材料刚度大的钼铱丝弯制成测力计钩头，并通过一个能够实现围绕Z轴转动的位移台(图中的电控旋转台4)才能控制钩头勾起导电滑环的电刷，这样就解决了测量电刷压力的方向、位置无法保证的问题。电刷压力的测量过程中，电刷是“TI”型结构，与导电滑环7两端接触，测量一端的压力时，另一端需要进行绝缘，由于电刷环数多，尺寸小，间距密，因此电刷的绝缘也是一个难点。目前测试所使用的绝缘方法是电刷另一侧垫电容器纸，但这种方法费时、费力，而且在垫电容器纸的过程中，容易对电刷造成损伤或带入多余物。为此，设计了一种模拟导电杆20的工装，模拟导电杆20的外形尺寸与正式导电装置所用的导电杆完全一致，差别就在于模拟导电装置所用的材料。模拟导电杆20的圆柱体3/4采用的是黄铜21，1/4采用绝缘有机玻璃22，最后用胶粘合而成。使用过程中，测量一端的电刷压力时，就旋转模拟导电杆20使有机玻璃22与电刷另一端接触，这样电刷另一端与导电杆20绝缘了。使用这种方法，一次可以绝缘所有的电刷，方便快捷，并对电刷没有损伤。最后当调整好所有的电刷压力后，就可以将电刷刷架直 接装到正式的导电杆上。这样就解决了导电滑环的电刷绝缘问题。在手工拉起电刷的过程中，将数字万用表的两端分别接电刷与滑环，滑环与电刷是导通的，数字万用表产生报警声。拉起电刷的过程中，测量计的显示值不断变大，当滑环与电刷断开的瞬间，报警声停止，此时操作者读取测力计的显示值，就是测量的电刷压力值。但由于从报警声停止到读取测力计的读数，中间有时间延时，并且不同操作者反映时间也不同，而且在读取过程中，手的抖动也会对测量结果产生影响。为此，在该装置中，将电刷与滑环接入如图3所示电路中。当电刷与滑环接触时，相当于开关闭合，采样电平为高电平；当电刷被拉起的过程中，断开的瞬间，相当于开关打开，采样电平为低电平。此时再通过控制芯片，触发中断，读取此刻测力计的读数，这个数就是待测量的电刷压力值。这样就解决了测量压力过程中，通断时刻不容易掌握的问题。解决了上述难点之后，就根据上述解决措施设计整体方案。目前生产使用的导电滑环最多为96环，为此设计的电刷压力检查装置也可以测量96环的导电滑环，而少于96环的导电滑环可以通过设计的电路板进行跳线选择。最终设计的导电滑环电刷压力检测装置的结构如图I所示在使用过程中，通过电脑主机12控制二维电控位移台2、一维中控位移台3和电控旋转台4，控制测力计钩头9勾起电刷，勾起电刷的过程中，数字测力计8的测量值不断变大，当电刷与滑环断开的瞬间，位于控制箱14中的检测电路的电平发生变化，触发中断，此时控制电路通过RS232串行通信接口读取数字测力计8的读数，并通过控制箱上的液晶显示屏19显示出来。液晶显示屏19显示的数值就是所需要测量的电刷和滑环之间的接触压力值，之后读取控制箱14上熄灭的96路滑环通断指示灯17的环数，就是正在测量电刷压力的导电滑环的环数。然后，通过电脑主机12控制位移台移动，放下电刷，电刷与滑环导通，熄灭的96路滑环通断指示灯17重新点亮，电路重新开始监测电平变化，这样就可以接着测量下一个导电滑环的电刷压力值。数字测力计8，目前测量采用的力学测量工具是测克计，为机械式的。要进行自动化测量，必须选用数字式的测力仪，而且必须具有通用通讯接口。最后选择的是日本SHMPO公司的FGP-0. 2测力仪。它的量程可达200g，精度可达0. Ig,并且具有USB和RS232两种通讯接口。位移台部分由于导电滑环是非常精密的部件，因此控制数字测力计8移动的位移台必须能够精确、可靠的运动。选用的是Zolix公司的4轴(X轴、Y轴、Z轴和旋转轴)电动精密位移平台，它采用进口的滚珠螺杆和步进电机，可以通过安装在电脑上的驱动控制程序控制位移台移动，移动分辨率< 3um。控制电路部分设计的控制电路需要实现以下3个功能1.负责监测96路电路的电平变化；2.负责及时与数字式测力计进行通讯，读取数据；3.具有显示屏、按键等人机交互接口。根据上述功能，设计控制电路，它由主控电路与扩展电路两部分组成主控电路主控电路所选用的主控芯片是新型的AVR单片机ATmegal6。ATmegal6的UART接口通过电平协议转换芯片MAX232与FGP-0. 2数字测力计的RS232接口相连其中数字测力仪的TXD引脚与MAX232的RXD引脚相连，测力计的RXD引脚与MAX232的TXD 引脚相连，数字测力计的第4引脚GND与第5引脚“连接检测”相连后与MAX232的GND引脚相连，这样ATmegaie就可以通过发送特定的命令来读取数字测力仪的读数了。扩展电路的中断信号I是与ATmegal6芯片的中断引脚INT相连的，该中断的触发方式设为电平变化触发中断。当检测到下降沿变化时，说明电刷与滑环断开，则发送命令读取数字测力仪的读数，并将结果送控制箱14的液晶屏19进行显示；当检测到上升沿变化时，说明电刷与滑环重新接触，测量过程结束，则清除上次测量的结果，并将该状态进行显示。扩展电路的主要功能是负责将主控电路检测的单路信号扩展到96路信号，并将96路信号的通断状态通过LED灯进行显示。目前大部分控制芯片属于顺序执行芯片，如果采用查询的方式，一是具有96个以上I/O 口的芯片比较少见；二是发生电平变化时，顺序查询的方式会存在不确定的延时误差。为此扩展电路采用了具有并行数据处理功能的CPLD芯片EPM570T144。设计使用了 96个I/O 口对96个滑环进行电平检测，并在96个检测电路中串联了 LED指示灯，用来指示测量的是哪一环的电刷压力值。在程序中将96个I/O的电平进行“与”处理，其输出结果经过电平转换电路，与主控电路的中断引脚相连，这样任一环的电平变化都将引起输出结果的变化，达到了多路信号同时检测的功能。当少于96环的导电滑环在进行电刷压力测试时，将不用的检测电路两端通过跳线进行短接，这样就可以进行电刷压力检测了。为了对设计的电刷压力检测装置进行检查，选用了一个76环的导电滑环进行了电刷压力测量，数字测力计8勾起的位置固定在离电刷端部4. 25mm处，而整个电刷到滑环的距离为7. 88mm。根据力与力臂的关系，测力计测量的结果需要乘以0. 54就换算为电刷和滑环之间的接触压力值。此次实验的测量的结果如下表所示
权利要求1.导电滑环电刷压力检测装置，具有底板(I)，其特征在于所述底板(I)上一侧设有二维电控位移台(2)且其上设有导电滑环固定工装￠)，底板(I)另一侧设有固定块I (5)，所述固定块I (5)侧部上端设有可沿固定块I (5)上下滑动的一维中控位移台(3)，所述一维中控位移台(3)台面上垂直设有固定块II (11)，所述固定块II(Il)另一端与电控旋转台(4)连接，测力计固定工装(10) —端与电控旋转台(4)旋转台面连接，测力计固定工装(10)另一端连接数字测力计(8)，所述数字测力计(8)下端设有测力计钩头(9)，所述测力计钩头(9)可与固定在导电滑环固定工装(6)上的导电滑环(7)相接触；其中，所述二维电控位移台(2)、一维电控位移台(3)、电控旋转台(4)、导电滑环(7)和数字测力计⑶均与控制箱(14)连接，所述控制箱(14)与电脑主机(12)连接。
2.根据权利要求I所述的导电滑环电刷压力检测装置，其特征在于所述二维电控位移台(2)和一维电控位移台(3)与控制箱(14)的三维驱动控制器(16)相连；所述电控旋转台(4)与控制箱(14)的一维驱动控制器(15)相连；所述三维驱动控制器(16)与一维驱动控制器(15)分别通过控制线与电脑主机(12)相连实现电脑程序控制位移台的四轴移动，所述数字测力计⑶通过控制线与控制箱(14)中的电路板连接，所述导电滑环(7)通过导线与控制箱(14)上的导电滑环电路接口(18)连接。
3.根据权利要求I或2所述的导电滑环电刷压力检测装置，其特征在于所述二维电控位移台(2)与精密滚珠螺杆连接并由步进电机驱动；所述一维中控位移台(3)与滚珠丝杆连接并由进步电机驱动；所述电控旋转台(4)与蜗轮连接，所述蜗轮与蜗杆啮合后由步进电机驱动带动电控旋转台(4)做360°旋转运动。
4.根据权利要求3所述的导电滑环电刷压力检测装置，其特征在于所述控制箱(14)上设有液晶显示屏(19)。
5.根据权利要求4所述的导电滑环电刷压力检测装置，其特征在于所述控制箱(14)上设有96路导电滑环通断指示灯(17)。
6.根据权利要求5所述的导电滑环电刷压力检测装置，其特征在于所述测力计钩头(9)用钼铱丝弯制而成。
专利摘要本实用新型提供一种导电滑环电刷压力检测装置，底板上一侧设有二维电控位移台且其上设有导电滑环固定工装，底板另一侧设有固定块I，固定块I侧部上端设有可沿固定块I上下滑动的一维中控位移台，一维中控位移台台面上垂直设有固定块II，固定块II另一端与电控旋转台连接，测力计固定工装一端与电控旋转台旋转台面连接，测力计固定工装另一端连接数字测力计，数字测力计下端设有测力计钩头，测力计钩头可与固定在导电滑环固定工装上的导电滑环相接触；所述二维电控位移台、一维电控位移台、电控旋转台、导电滑环和数字测力计均与控制箱连接，控制箱与电脑主机连接。本实用新型能够检测出电刷压力偏大或偏小的滑环，可以大大提高导电滑环的工作可靠性。
文档编号G01L5/00GK202547836SQ20112056895
公开日2012年11月21日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者王英峰, 白俊丽, 郭旺 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院七一0七厂