【正文】 迫切需要的。本次設(shè)計(jì)任務(wù)的被測參數(shù)是大齒輪齒形誤差?？傮w設(shè)計(jì)要考慮的主要問題：1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思2 測控儀器若干設(shè)計(jì)原則的考慮3 測控儀器若干設(shè)計(jì)原理的討論4 測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 測控儀器系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定6 測控儀器造型設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)構(gòu)思為了設(shè)計(jì)好儀器，首先必須對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)有詳細(xì)的了解和分析?？傮w來說，儀器總體設(shè)計(jì)的最終評(píng)估，是以其所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與技術(shù)指標(biāo)來衡量的。關(guān)鍵字：大型齒輪 齒形誤差 直線基準(zhǔn)法 在位檢測 定位I目錄摘要 I目錄 II1 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書 VIII2 總體設(shè)計(jì) 1 引言 1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)構(gòu)思 1 1 在具體的儀器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題 2 創(chuàng)新點(diǎn)構(gòu)思 3 大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測的主要方法 4 直角坐標(biāo)法 4 標(biāo)準(zhǔn)漸開線法 4 直線基準(zhǔn)法 4 本次設(shè)計(jì)原理選擇及選其的理由 5 大型齒輪漸開線齒形誤差在位檢測系統(tǒng)工作原理的選擇 5 直線基準(zhǔn)法的基本原理 5 理論漸開線數(shù)學(xué)模型 6 10 11 測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 12 12 13 14 15 阿貝原則 15 變形最小原則 16 測量鏈最短原則 16 16 17 17 17 17 18 定位球直徑的選擇 18 定位球行程長度的缺點(diǎn) 20 測控儀器造型設(shè)計(jì) 20 造型要求 20 裝飾方面 21 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀的整體設(shè)計(jì) 21： 21： 223 精度設(shè)計(jì) 23 23 234 機(jī)械子系統(tǒng) 26 26 26 26 X軸方向誤差信號(hào)的傳遞 27 定位機(jī)構(gòu)（定位球）的設(shè)計(jì) 27 總體要求 27 定位球直徑的計(jì)算與選擇 28 定位球定位中心的確定 30 定位球跨距以及定位臂長的確定 30 誤差傳遞機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 33 測頭及測桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 單片簧的設(shè)計(jì) 37 40 42 43 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 48 48 Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 50 在X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 54 驅(qū)動(dòng)絲桿的設(shè)計(jì) 56 56 57 57 61 63 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 64 箱體的設(shè)計(jì) 65 箱體分類 65 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 65 箱體的毛坯、材料及熱處理 65 設(shè)計(jì)的主要問題和設(shè)計(jì)要求 66 箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 67 總體視圖 685 光電子系統(tǒng) 70 引言 70 光電系統(tǒng)總體 70 光電系統(tǒng)的原理與組成 70 光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 72 光電系統(tǒng)的性能 73 電感傳感器 74 電感傳感器原理及特點(diǎn) 74 電感傳感器的選擇 75 電感傳感器信號(hào)處理 75 電感傳感器A/D轉(zhuǎn)換電路 77 光柵位移傳感器 79 光柵位移傳感器工作原理 79 80 82 HCTL2020的工作過程 84 控制及驅(qū)動(dòng)電路 84 步進(jìn)電機(jī)的原理及分類 84 控制提供的信號(hào) 85 步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)電路 85 步進(jìn)電機(jī)的選擇 89 PCI總線及接口技術(shù) 91 組成部分 91 PCI總線設(shè)計(jì) 91 PCI總線的組成 92 CH365 94 總線驅(qū)動(dòng) 97 譯碼設(shè)計(jì) 99 總線整體設(shè)計(jì) 101 與機(jī)械設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)之間的聯(lián)系 1016 軟件子系統(tǒng) 104 104 軟件設(shè)計(jì)相關(guān)準(zhǔn)則 105 105 105 106 107 108 109 109 110 110 110 111 113 113 采樣次數(shù) 114 11Y坐標(biāo)的計(jì)算 114 115 原理誤差的計(jì)算 115 定位誤差分析及補(bǔ)償 117 測頭彈性變形誤差補(bǔ)償 117 步進(jìn)電機(jī)控制 117 117 I/O接口程序 119 齒形誤差信號(hào)讀入 119 120 人機(jī)界面 120 121 系統(tǒng)數(shù)據(jù)生成對(duì)話框 122 122 123 1237 精度分析 124 124 124 124 Y導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)誤差 125 126 126 126： 126： 126 127 127 127 127 A/D轉(zhuǎn)換電路 127 128 軟件子系統(tǒng)精度分析 128 數(shù)據(jù)處理誤差 128 迭代誤差 128 數(shù)據(jù)精度誤差 1298 附錄 130 部分接口程序源代碼 130 軟件系統(tǒng)程序代碼 134（） 134（） 140（） 147（） 152（） 159（） 1669 參考文獻(xiàn) 1681681 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：Largescale gears’ involute profile error measuring machine with a straight line basis(大型齒輪漸開線齒行誤差在位測量儀)設(shè)計(jì)要求：① 設(shè)計(jì)大型齒輪漸開線齒行誤差在位測量儀器，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，體積小，測量鏈短；② 被測齒輪參數(shù)：模數(shù)＞8,齒數(shù)Z≥90，精度4級(jí)及其以下；③ 實(shí)現(xiàn)誤差數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、打印輸出專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)檢測參數(shù)；④ 齒形誤差。2007級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀 姓 名： 潘世強(qiáng) 吳宇杰 羅春姝（軟件） 劉潤瑤 施 翔 陳 琦（機(jī)械）劉劍鋒 周 勇 黃 蕊（光電）專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器4班 年 級(jí)： 2007級(jí) 指導(dǎo)教師： 秦 嵐 輔導(dǎo)教師： 周琳娜 杜 娜 起止時(shí)間： 2010年12月20日– 2011年01月14日 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院2011年1月摘要齒輪檢測技術(shù)在齒輪制造中占有重要的地位，沒有先進(jìn)的檢測技術(shù)和儀器，不可能制造出性能優(yōu)良、高質(zhì)量、高精度的齒輪。2 總體設(shè)計(jì) 引言儀器總體設(shè)計(jì)，是指在進(jìn)行儀器具體設(shè)計(jì)以前，從儀器自身的功能、技術(shù)指標(biāo)、檢測與控制系統(tǒng)框架及儀器應(yīng)用的環(huán)境和條件等總體角度出發(fā)，對(duì)儀器設(shè)計(jì)中的全局問題進(jìn)行全面的設(shè)想和規(guī)劃。一般而言，在所有指標(biāo)中，精度和可靠性指標(biāo)是儀器設(shè)計(jì)的核心問題。這一工作的目的是要弄清楚設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)儀器設(shè)計(jì)提出的要求和限制，以便所設(shè)計(jì)的儀器能實(shí)現(xiàn)和滿足設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)指標(biāo)和要求。2 了解測控參數(shù)載體（測控對(duì)象）的特點(diǎn)測控參數(shù)載體，即測控對(duì)象，一般是各種各樣的機(jī)械或光學(xué)載體。3 了解儀器的功能要求儀器的功能要求包括儀器用途（是靜態(tài)測量還是動(dòng)態(tài)測量、是開環(huán)測量還是閉環(huán)測控、是一維測量還是多維測量、是單一參數(shù)測量還是多種參數(shù)測量）；儀器的檢測效率；儀器的測量范圍；儀器的承載能力；儀器的操作方式（手動(dòng)、自動(dòng)、鍵盤、觸摸屏）；測量結(jié)果的顯示方式（儀表、數(shù)字、圖象、記錄、打印等）；儀器的自動(dòng)診斷要求；儀器的自動(dòng)保護(hù)要求以及儀器的外輪廓尺寸與自重要求等。 在具體的儀器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題⑴ 被測參數(shù)的精度要求被測參數(shù)的精度要求，關(guān)系到儀器選用什么樣的信號(hào)轉(zhuǎn)換原理和采用什么樣的主要結(jié)構(gòu)形式。這兩類不同測量方法的儀器，設(shè)計(jì)時(shí)差別很大，它們對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換原理的選擇有不同的考慮，而且在儀器結(jié)構(gòu)布局上也有較大差異。4 儀器中的定位元件常用的定位元件有平臺(tái)、定位球、頂尖等多種形式。5 儀器的通用性如果要求儀器具有一定的通用性，就應(yīng)為儀器設(shè)計(jì)一定的附件和調(diào)整環(huán)節(jié)，同時(shí)也要考慮各種附件在主機(jī)上的裝卸問題，使儀器能適應(yīng)不同的測量對(duì)象。所要設(shè)計(jì)的儀器是和設(shè)計(jì)任務(wù)密切相關(guān)的，實(shí)際情況非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)任務(wù)提出的要求是多方面的，應(yīng)該視具體情況而定。本次設(shè)計(jì)中創(chuàng)新點(diǎn)有：1 原理創(chuàng)新提出測量齒輪齒形誤差的直線逼近漸開線的原理，測量頭的直線運(yùn)動(dòng)，消除了傳統(tǒng)測量儀器采用復(fù)合導(dǎo)軌所引起的誤差，保證了精度，并使開發(fā)的儀器結(jié)構(gòu)簡單、測量鏈短、成本降低等。根據(jù)測量過程中采用的漸開線坐標(biāo)形式，坐標(biāo)法可以分為直角坐標(biāo)法與極坐標(biāo)法。此方法測量齒形，不需要切向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以簡化齒輪測量中心的機(jī)械結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，兩軸位移非線性，對(duì)徑向測量系統(tǒng)的精度及測頭相對(duì)于齒輪軸線的位置精度要求較高，僅適合中等精度齒形的測量。在大齒輪的測量中，理論漸開線軌跡不容易復(fù)現(xiàn)，常用一些簡單的幾何型線，如圓弧和直線來代替理論漸開線作為替代標(biāo)準(zhǔn)。 假設(shè)在齒形工作范圍內(nèi)齒面上任意一點(diǎn)處的采樣值為，則既包括了齒形誤差信息量，又包括了測量頭的直線運(yùn)動(dòng)軌跡與漸開線之間的原理誤差即。2 隨著齒數(shù)和模數(shù)增大，其原理誤差變化不大，故該測量原理適用范圍廣，具有現(xiàn)實(shí)意義。 理論漸開線數(shù)學(xué)模型測量頭在齒廓上滾動(dòng)，其軌跡就是理論漸開線齒形的等距漸開線，故 （）式中，為測量頭直徑，為基圓螺旋角。則 （）然后通過平移 （）就可得到接觸點(diǎn)在的坐標(biāo) （）從坐標(biāo)系變換關(guān)系為 （）顯然為0，故變換矩陣為 （）坐標(biāo)系再通過平移，在軸方向上向左平移，為基圓螺旋角，為測量頭直徑。該測量系統(tǒng)具體是由機(jī)械主體、誤差信號(hào)提取及處理單元電路、采樣控制信號(hào)單元及伺服驅(qū)動(dòng)單元電路四部分組成，整個(gè)測控系統(tǒng)以PC機(jī)為核心在軟件菜單的控制下完成齒形誤差的采集和處理。1 測量系統(tǒng)的定位測量系統(tǒng)的定位主要是為了確定齒輪的基圓半徑，確定齒輪的中心。為了適合不同齒輪的測量，需要設(shè)定不同定位球的大小和測量臂長度的選擇，這個(gè)通過一定的計(jì)算公式有軟件部分給出相應(yīng)的推薦范圍。在杠桿機(jī)構(gòu)中，利用十字片簧機(jī)構(gòu)可使測量頭與實(shí)際齒形機(jī)密貼合。每次移動(dòng)的距離決定了數(shù)據(jù)采集的精度。數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)安裝在雙V行密珠導(dǎo)軌副的動(dòng)導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)采用滾珠絲桿副驅(qū)動(dòng)，并利用長光柵位移傳感器檢測其運(yùn)動(dòng)量。由電感傳感器將測量頭傳遞過來的齒形誤差信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過I/O端口送入計(jì)算機(jī)。另一路信號(hào)由光柵位移傳感器采集導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向和位移量信號(hào)，經(jīng)過放大、整形、細(xì)分判向和計(jì)數(shù)處理通過PCI接口送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，并在相應(yīng)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖后產(chǎn)生中斷。這些設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)原理，根據(jù)不同儀器設(shè)計(jì)的具體情況，作為儀器設(shè)計(jì)中的技術(shù)措施，在保證和提高儀器精度，改善儀器性能，以及在降低儀器成本等方面帶來了良好的效果。但在實(shí)際設(shè)計(jì)中，完全遵守阿貝原則會(huì)造成：1 儀器外廓尺寸過大；2 多自由度測量儀器很難在所有方向上都遵守阿貝原則；儀器設(shè)計(jì)者在大量的實(shí)際工作中進(jìn)一步擴(kuò)展了阿貝原則的定義。而指示光柵和標(biāo)尺光柵的距離又很接近，其誤差可忽略不計(jì)。為此，需要著重考慮變形最小原則。測量鏈最短原則，一般只能從原始設(shè)計(jì)上加以保證，不能采用補(bǔ)償?shù)姆椒▉韺?shí)現(xiàn)。在測量過程中，電感傳感器采集觸頭在X方向上的微位移信號(hào)，光柵傳感器采集導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)，兩路信號(hào)同時(shí)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。對(duì)于部件裝配，則要求設(shè)計(jì)基面、裝配基面和測量基面一致。具體精度分配在精度分析中有詳細(xì)闡述。精度4級(jí)，z=90,時(shí)： 精度10級(jí)，z=200，時(shí)， () 說明：9—12級(jí)屬于低精度，11級(jí)只在農(nóng)業(yè)機(jī)械中用到，已經(jīng)很少采用，12級(jí)則根本不用。由軟件編程解方程，可得出由GB1357—87所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列的定位球直徑范圍。 定位球行程長度的缺點(diǎn)初定有效行程:兩定位球距離變化范圍150～250mm，參考公法線平均長度偏差的測量,確定理想跨齒數(shù)。 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀的整體設(shè)計(jì)： 儀器系統(tǒng)構(gòu)成圖：3 精度設(shè)計(jì)合理的精度設(shè)計(jì)離不開對(duì)儀器各組成部分源誤差對(duì)儀器總精度影響程度的正確估計(jì)，對(duì)于一些對(duì)儀器精度影響較大的環(huán)節(jié)給予較嚴(yán)的精度指標(biāo)；對(duì)于那些對(duì)儀器精度影響較小的環(huán)節(jié)給予較寬松的精度指標(biāo)，在滿足儀器總精度要求的前提下使成本降至最低。精度等級(jí)8級(jí)的齒輪一般用在機(jī)器中無特殊要求的的齒輪；機(jī)床變速齒輪；汽車制造中不重要的齒輪；冶金、起重機(jī)械齒輪；通用減速器的齒輪；農(nóng)機(jī)械中的重要齒輪。 （4）溫度誤差 當(dāng)測頭和齒輪材料不同時(shí)，線膨脹系數(shù)就不同，則會(huì)引起溫度誤差。系統(tǒng)誤差分配誤差分配過程：先計(jì)算出原理性的系統(tǒng)誤差，在根據(jù)誤差分析的結(jié)果找出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的可能的環(huán)節(jié)（即系統(tǒng)性源誤差）。對(duì)于系統(tǒng)誤差要進(jìn)行補(bǔ)償，余下的隨機(jī)誤差按加權(quán)作用原則進(jìn)行分配。機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是幾