【正文】 通過光柵位移傳感器獲取直線位移導(dǎo)軌的位移量，其作用有兩方面：一方面通過采用 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生采樣信號(hào)，采集齒形誤差信息；另一方面通過莫爾條紋的計(jì)數(shù)單元獲得導(dǎo)軌的準(zhǔn)確位置，再通過計(jì)算獲得齒形誤差。為測量不同模數(shù)和不同直徑的齒輪，要求定位球易安裝及更換，且定位精度高，重復(fù)性好。 ta n( )2tA F W Z???? （式 ） ( 39。 如圖 所示， iM 點(diǎn)為測量頭與齒輪的接觸點(diǎn)，有 ta n ( )ti ti ti ti? ? ? ?? ? ? （式 ） 1 si n( ) si n( )c os( ) c os( )ti ti tibbti tix R R? ? ??? ??? （式 ） 1 c o s( ) c o s( )c o s( ) c o s( )ti ti tibbti tiy R R? ? ??? ??? （式 ） 因此在 1 1 1xOy 坐標(biāo)系中，漸開線上任意一點(diǎn) Mi的徑矢 (1)xR 2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 7 ( 1 )( s in ( ) c o s ( ) )( c o s ( ) s in ( ) )0b t i t i t ixb t i t i t iRRR? ? ?? ? ?????????? （式 ） bR 為基圓半徑， ti? 為齒廓上 iM 處的端面齒形展開角， ti? 為展角， ti? 為壓力角。 標(biāo)準(zhǔn)漸開線法 將被測齒形與儀器產(chǎn)生的理論漸開線軌跡進(jìn)行比較，從而求出齒形誤差的方法稱為標(biāo)準(zhǔn)漸開線法。但在專用儀器中考慮較少。 ⑷ 了解儀器的使用條件 儀器的使用條件和工作環(huán)境對(duì)儀器能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求起到至關(guān)重要的作用。 現(xiàn)代測控儀器是機(jī)械、光學(xué)、電學(xué)及計(jì)算機(jī)一體化的整體系統(tǒng)，是檢測與控制相結(jié)合的智能型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿儀器總體設(shè)計(jì)的始末，創(chuàng)新才有發(fā)展，創(chuàng)新才有效益。在高精度大量程的直線位移測量中，保證儀器中有關(guān)部件做精確的直線位移，也是設(shè)計(jì)中的主要問題之一。 創(chuàng)新點(diǎn)構(gòu)思 就儀器總體設(shè)計(jì)而言，創(chuàng)新包括所設(shè)計(jì)儀器在理論上、所實(shí) 現(xiàn)的原理上、所達(dá)到的功能上、所反映出的新方法上和新技術(shù)等方面的創(chuàng)新。如圖 所示，測量頭 A 只能沿 Y 軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，而且始終保持與齒面接觸。 t? 為分度圓上的展角。 sin( ) se c ( ) sin( )22t b tNcW A O d RZZ??? ? ?? ? ? ? ? （式 ） 測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 大型齒輪漸開線齒形誤差在位測量儀設(shè)計(jì)，是光、機(jī)、電、算一體化的有機(jī)結(jié)合。 考慮測量頭的應(yīng)力變形，分析時(shí)，先將測量頭測量的偏移量通過測桿傳遞到片簧， 計(jì)算出彈力的大小，再將彈力折算到測頭的受力，計(jì)算出應(yīng)力變形的大小并給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。 系統(tǒng)軟件是系統(tǒng)可靠工作的關(guān)鍵，采用模塊化結(jié)構(gòu)，首先設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，通過參數(shù)初始化及計(jì)算求出定位球直徑的范圍，再經(jīng)過定位球直徑、跨齒數(shù)、定位臂長和測量臂長的選擇，通過 I/O 端口采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終將齒輪齒行誤差顯示在窗口上。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。 1 測量系統(tǒng)的定位 2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 13 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。 111si n( ) si n( )22ttAT T NOOZZ???????? （式 ） 則可得到 11s in ( ) s e c ( ) c o s ( )2 2 2s in ( ) c o s ( ) c o s ( )2 2 2bt bt t tRd RZZOOZ Z Z????? ? ?? ? ?????? ? ? （式 ） 2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 10 如圖 所示，在定位球與齒的接觸點(diǎn)上，半徑為 iR ，齒寬為 ? ?2ii t ti tRS S R in v in vR ??? ? ? （式 ） tan( )tan( )ti ti tit t tin vin v? ? ?? ? ?????? （式 ） R i ti? ? D? O 1 39。 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。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。 ⑷ 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。 ⑵ 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。 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： （軟件） （機(jī)械） （光電） 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 4 班 年 級(jí)： 2020 級(jí) 指導(dǎo)教師： 輔導(dǎo)教師： 起止時(shí)間： 2020 年 12 月 20 日 – 2020 年 01 月 14 日 重慶大學(xué)光電工程學(xué)院 2020 年 1 月2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) I 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。本次設(shè)計(jì)任務(wù)的被測參數(shù)是大齒輪齒形誤差。例如，有些參數(shù)的測量，可能由于無法用測頭感受而不得不采用非接觸的感受方法。 直角坐標(biāo)法 坐標(biāo)法是指將被測齒形上的若干點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)與理論坐標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算得出齒形誤差。 選擇直線基準(zhǔn)法主要考慮到以下三點(diǎn)： 1 大型齒輪漸開線輪廓接近直線，在測量范圍內(nèi)原理誤差不大，有利于實(shí)現(xiàn)測量原理。 在 2y 軸方向上向上平移 L ， 根據(jù)圖 可得 2 tan( )btO N R ?? （式 ） 1 tan( )btT N R ???? （式 ） 根據(jù)齒輪的一些方程式得 2tSm?? （式 ） 12R mZ? （式 ） 由公式（ ）、（ ）、（ ）和（ ）得 2Z??? （式 ） 1tan( )tATL ??? ? （式 ） 可得到 2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 9 1se c ( )21si n( ) se c ( ) c os( )2 2 22si n( )20bbttdRdZZAZ?????????????????????? （式 ） 令 1 ( s in ( ) c o s ( ) )2 ( c o s ( ) s in ( ) )b ti ti tib ti ti tiRRRR ? ? ?? ? ????? （式 ） 則 ()11 c o s( ) 2 sin( ) sin( ) se c ( )21sin( ) se c ( ) c o s( )2 2 21 sin( ) 2 c o s( ) c o s( )sin( )20t t t bbtxt t ttR R R dRdZZR R R RZ? ? ? ?????? ? ?????? ? ?????? ? ? ???? （式 ） 式中， m 為齒輪模數(shù)， Z 為齒輪齒數(shù)， tS 為齒輪分度圓上的齒厚。其功能由機(jī)械子系統(tǒng)、電氣子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)三個(gè)部分實(shí)現(xiàn)。采用密珠滾動(dòng)導(dǎo)軌，其運(yùn)動(dòng)靈敏度較高，并具有較高的導(dǎo)向精度。軟件系統(tǒng)主模塊框圖如圖 所示。 在 Y 方向上，主要通過光電子系統(tǒng)對(duì)光柵位移傳感器的條紋計(jì)數(shù)來控制 Y 方向上恒定的位移，從而實(shí)現(xiàn)等距離的數(shù)據(jù)采集。該測量系統(tǒng)包括測量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、結(jié)果分析及打印輸出。則 39。當(dāng)測量頭A 沿 Y 軸方向做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在 X 軸方向的變化量可以由測微傳感器反映出來。創(chuàng)新是指對(duì)原設(shè)計(jì)的繼承和發(fā)展。 ⑵ 儀器類型 根據(jù)測量任務(wù)的不同，可以有比較法測量 的儀器和絕對(duì)法測量的儀器兩大類。 總體設(shè)計(jì)要考慮的主要問題： ⑴ 設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思 ⑵ 測控儀器若干設(shè)計(jì)原則 的考慮 ⑶ 測控儀器若干設(shè)計(jì)原理的討論 ⑷ 測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì) ⑸ 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 ⑹ 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。 2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 1 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。 ⑶ 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。 ⑸ 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。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。 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 2 1 se c( )2 bAO d ?? （式 ） 圖 測量坐標(biāo)系 式中， d 為測量頭直徑， b? 為基圓螺旋角。 c o s ( )2 2 2 2 2c o s ( )2b t ttNcd R R A OZ Z Z Z ZOEZ? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ? ??? （式 ） 39。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。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2020 級(jí)測控技術(shù)與儀器專業(yè) 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 14 計(jì)算機(jī)。 電 感 傳感 器放 大 電路限 幅A / D S 78 0 4光 柵 傳感 器步 進(jìn) 電 機(jī)地 址 譯 碼器驅(qū) 動(dòng) 電路細(xì) 分 、 辨 向 、 計(jì)數(shù) （ H C T L