高转速牙科手机测试系统

一．国标定义

①　牵出力矩

国标定义：根据国标GB 9706.260-2020 《医用电气设备 第 2-60 部分：牙科设备的基本安全和基本性能专用要求》； YY 1045-2021 《牙科学手机和马达》； YY 0836-2011《牙科手机牙科低压电动马达》。定义了输出力矩：施加一个低脉冲序列频率使电动机启动。增加负载直到电动机失步。记录刚失步前的负载。取消负载，重新起动电动机并增加脉冲频率，再重新加载直至电动机再次失步，记录刚失步前的负载。改变脉冲频率重复上述步骤直到电动机达到最高转速。但电动机正常运行时，必须能以低频率起动直到高速。

国标定义测试方法：

由于测试仪器的惯量对结果有影响，因此磁粉/磁滞制动器和测功机仪用于大机座号电动机，而绳/弹簧秤组合法仅用于小机座号电动机（机座号为34及以下）。磁粉制动器和转矩传感器装配示意图如图B.2所示，感应式测功机的示意图如图B.3所示。如果移开磁粉制动器并用手指压力施加于转矩传感器轴上，此时的惯量将会削弱到仅剩传感器的惯量，若转矩传感器的惯量更小，对于小机座号电动机的测量将成为可能。

施加一个低脉冲序列频率使电动机启动。增加负载直到电动机失步。记录刚失步前的负载。取消负载，重新起动电动机并增加脉冲频率，再重新加载直至电动机再次失步，记录刚失步前的负载。改变脉冲频率重复上述步骤直到电动机达到最高转速。但电动机正常运行时，必须能以低频率起动直到高速。

两种用绳和弹簧秤的方法如图B.4和图B.5所示，它们的结果相似。仅用一个弹簧秤的装置则需绳圈和滑轮安装在活动臂上，见图B.4。当臂抬起时，绳的张力增加并且转矩也相应增加，转矩是电动机滑轮半径乘以弹簧秤的读数。图B.5所示装置需要同时读出两个弹簧秤的读数，此时转矩是两个弹簧秤读数之差与滑轮半径的乘积。如果绳子的直径不够细，计算时应考虑绳子的直径。

在所有情况下，均应注明测量仪器的负载惯量。

②　启动力矩（牵入力矩）

国标定义：虽然 YY 1045-2021 《牙科学手机和马达》； YY 0836-2011《牙科手机牙科低压电动马达没有定义牵入力矩；但是在行业类很容易理解这个参数。启动力矩又称牵入力矩，指电机在某个给定速度下能够克服自身和负载惯量及外接负载直接启动的最大力矩。测试方法可参考牵出力矩

二．基本介绍

针对电机牵入力矩与牵出力矩的测试方法在参考国标GBT 20638-2006中有明确定义了4种测试方法分别是磁粉制动器+扭矩传感器方法；测功机测试方法；用绳和弹簧秤测试方法；用绳和双弹簧秤测试方法。其中4种方法都具备一定的针对性，前两种方法因为转动惯量的问题不能测试量程小的步进电机；后两种方法不能测试量程大的步进电机，且测试繁琐，需要手动记录数据等。针对小量程的步进电机我司开发出一种针对中小型步进电机牵入牵出力矩的测试设备，可实现一键测量，自动出结果与曲线解决测试繁琐以及人工带来的数据误差问题。步进电机牵入牵出测试设备是针对中小型步进电机在不同频率（转速）下的输出力矩（牵出力矩）、启动力矩（牵入力矩）的自动测试；自动记录。产品外观如下图所示：

三．设备组成与原理：

步进电机牵入牵出力矩测试设备由单轴机器人，拉压力传感器，工控机，角度传感器，解码板等组成。参考下图，丝线绕电机轴皮带轮一圈，然后两端分别通过挂钩连接到2个传感器上；测试软件控制步进电机启动，步进电机完成启动后，测试软件同时控制测试台移动传感器，拉紧丝线时，通过摩擦力将负载扭矩提供给电机，直至步进电机失步。定义失步前的最大力矩为该频率的牵出力矩。扭力传感器测试此时提供的扭力大小，根据相应的线径和皮带轮直径转换成扭矩值。参考下图，丝线绕电机轴皮带轮一圈，然后两端分别通过挂钩连接到2个传感器上；当测试台移动传感器，拉紧丝线时，通过摩擦力将负载扭矩提供给电机，测试软件控制步进电机启动，如步进电机启动不成功，即通过控制丝线张力来减小摩擦力矩，直至步进电机能启动的最大扭矩定义为该频率下的牵入力矩。扭力传感器测试此时提供的扭力大小，根据相应的线径和皮带轮直径转换成扭矩值。

T:被测电机的扭矩T(mN.m)=(F1-F2)x(D1+D2)/2

F1:固定传感器的力(N)

F2:移动传感器的力J(N)

D1:滑轮的直径(mm)

D2:无张力牵引绳的直径(mm)

四．具体功能：

①　实现步进电机人工安装接线后，输出力矩（牵入力矩）、启动力矩（牵入力矩）的自动测试及自动记录（测试项目及指标可以点选，测试表可修改）。

②　自动判断测试结果的符合性、自动生成测试检测报告（检测报告可由检验员提前录入，测试完成自动生成）。

③　可自由选择频率和转矩功能，实现频率自动加载、力矩自动加载。

④　具备快速装夹功能。设备预留二维码扫码功能，用于产品编号快速扫码录入。

⑤　设备可以根据需求，扩展满足步进电机单相、双相、多相和控制模式节拍数的多种选择控制要求（符合GJB2441A-2012要求），其中还需要能恒流、恒压模式进行调整电压电流。

五．设备测试软件：(注：软件根据选择的硬件可选择其功能，也可以定制化）

步进电机测试系统是一款先进的，可在计算机（Windows 7/10）操作系统下进行数据采集的电机测试软件。MOTOR-TEST测试软件用LABVIEW编写，具有特色的测试与图形绘制功能，可以计算并显示多个参数（扭矩，转速，输出功率，角度，转向等）。能测试种类繁多的各式电机。凭借友好的用户界面，它所产出的测试数据可以储存显示并易于转换为表格。能够进行扭矩开环，扭矩等闭环控制，它可以根据客户要求进行订制。