多功用逐變線勘驗(yàn)儀的頻譜儀器化
儀器機(jī)理逐變線勘驗(yàn)儀的機(jī)理基于在圓上產(chǎn)生逐變線的方法。一直線沿著一個(gè)直徑為d0的圓作無滑動(dòng)的滾動(dòng)時(shí)，該直線上任意一點(diǎn)的軌跡為該圓的逐變線。如果這個(gè)圓就是受檢齒輪的基圓盤，直線是一條直尺，儀器的測(cè)頭位于直尺的某一點(diǎn)A上，若基圓盤沿著直尺做純滾動(dòng)，則測(cè)頭就沿著被測(cè)齒滑行。如果被檢齒形符合理論逐變線，則與測(cè)頭相聯(lián)的指示表指針就不動(dòng)，反之，指示表就指示出偏差數(shù)值。使用固定基圓的測(cè)量?jī)x器，在測(cè)量每一個(gè)不同基圓直徑的齒輪時(shí)需要有一個(gè)相應(yīng)尺寸的基圓盤。多功用式逐變線勘驗(yàn)儀是在上述的直尺―基圓盤機(jī)構(gòu)上增加一套具有縮放功能的杠桿機(jī)構(gòu)，以便在一定直徑范圍內(nèi)模擬出各種基圓的理論逐變線軌跡。
上文所述哈量生產(chǎn)的多功用式逐變線勘驗(yàn)儀的工作機(jī)理如所示。被測(cè)齒輪1與固定圓盤2裝在同一心軸上，兩條鋼帶3的一端與圓盤2緊固，另一端緊固在滑板4上，以保證圓盤與滑板作無滑動(dòng)的純滾動(dòng)。當(dāng)滑板4移動(dòng)時(shí)，一條鋼帶圍著圓盤2卷繞，另一條鋼帶則放開，帶動(dòng)圓盤和被測(cè)齒輪同軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)滑板移動(dòng)s距離、圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)<角，則在圓盤半徑R上轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)也是s.由于擺桿6可繞固定支點(diǎn)A擺動(dòng)，在擺桿上設(shè)有兩個(gè)滑動(dòng)鉸鏈5和7，鉸鏈5與滑板4相連，在初始位置，其到支點(diǎn)的距離等于圓盤半徑R；鉸鏈7與測(cè)量滑座9相連，在初始位置，其距離r0可根據(jù)被測(cè)齒輪基圓半徑rb調(diào)節(jié)，并能使測(cè)量滑座9上的杠桿測(cè)量觸頭正好位于被測(cè)齒輪的基圓位置上。當(dāng)滑板4移動(dòng)時(shí)，通過鉸鏈?zhǔn)箶[桿6同步擺動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)<角，擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)測(cè)量滑座移動(dòng)距離s‘�？s放機(jī)構(gòu)的比例關(guān)系為S/R=S′/r0式中S―固定基圓盤滾程S′―受檢點(diǎn)的移程R―固定基圓盤半徑r0―受檢齒輪基圓半徑上式表明，僅有一個(gè)基圓盤，就可以勘驗(yàn)一定尺寸范圍內(nèi)任意基圓大小的逐變線齒廓。利用滑板4的移動(dòng)，通過杠桿，就可以帶動(dòng)測(cè)量滑架沿著與滑板平行的方向，使測(cè)量裝置產(chǎn)生一個(gè)適應(yīng)于上述比例關(guān)系的移動(dòng)量。這時(shí)測(cè)頭即按照理論逐變線在受檢齒輪的齒面上滑行。
系統(tǒng)硬件組成頻譜儀器的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)利用了原多功用逐變線勘驗(yàn)儀的機(jī)械裝置和電感測(cè)微儀，電感測(cè)微儀測(cè)頭與齒輪一個(gè)齒的某一齒廓接觸，測(cè)量時(shí)，被測(cè)齒輪的齒形誤差使測(cè)頭出現(xiàn)擺動(dòng)，傳感器將它轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過微機(jī)配備的數(shù)據(jù)搜取卡搜取電壓信號(hào)，輸入微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并由微機(jī)顯示結(jié)果（如2所示）。
在數(shù)據(jù)搜取的過程中，信號(hào)常會(huì)受到外界噪聲的干擾，根據(jù)實(shí)際情況可進(jìn)行各種處理以減小噪聲對(duì)數(shù)據(jù)搜取的影響。頻譜儀器部分是應(yīng)用美國國家儀器有限公司的頻譜儀器編程平臺(tái)軟件進(jìn)行編程，編制的測(cè)試程序流程如所示。
測(cè)量誤差的修正齒形誤差是指在齒輪某一測(cè)量截面上，齒形工作部分內(nèi)包容實(shí)際齒形且距離為最小的兩條設(shè)計(jì)齒形間的法向距離。測(cè)量裝置應(yīng)用的杠桿式測(cè)量頭會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。當(dāng)齒輪齒形有誤差時(shí)，齒面推動(dòng)杠桿式測(cè)微裝置的測(cè)量頭運(yùn)動(dòng)，它不是沿齒廓上該點(diǎn)法線方向作直線運(yùn)動(dòng)，而是繞杠桿支點(diǎn)作圓弧運(yùn)動(dòng)（如所示）。在齒輪齒廓任一測(cè)點(diǎn)位置A，若存在齒形誤差實(shí)際出現(xiàn)在B位置，測(cè)頭與齒面接觸時(shí)，理論上應(yīng)該走直線距離，但由于此時(shí)杠桿式測(cè)頭實(shí)際走的是以O(shè)為中心的圓弧，弧長(zhǎng)c等于AB.這將使數(shù)據(jù)輸出產(chǎn)生誤差。盡管誤差很小，只要建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，就能通過編制微機(jī)處理程序?qū)φ`差進(jìn)行修正。此外，電感式微裝置也存在一定的非線性等系統(tǒng)誤差，若用標(biāo)準(zhǔn)齒形樣塊比對(duì)，得到系統(tǒng)誤差曲線，在程序中也較容易得到修正，從而提高儀器的測(cè)量精度。
我們利用軟件軟件里的數(shù)學(xué)模塊編程進(jìn)行運(yùn)算處理，方便地實(shí)現(xiàn)了相關(guān)誤差的修正，得到更為可靠的數(shù)據(jù)。并且軟件完全圖形化的編程環(huán)境和數(shù)據(jù)流的驅(qū)動(dòng)方式使用戶可以非常直觀地觀察到程序代碼的并行執(zhí)行。
頻譜儀器編程頻譜儀器部分包括采樣控制、數(shù)據(jù)重組、誤差修正、誤差計(jì)算、結(jié)果分析顯示等模塊。是儀器的前面板圖，部分框圖程序。運(yùn)行時(shí)可根據(jù)實(shí)際被測(cè)齒輪輸入必需的參數(shù)。
由于測(cè)量時(shí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度一般較慢，而微機(jī)連續(xù)采樣的速度很高，因此可設(shè)定延時(shí)時(shí)間以適應(yīng)實(shí)際需要。測(cè)量時(shí)，測(cè)量頭沿齒廓從齒根勻速滑行至齒頂，儀器連續(xù)采樣，可以得到大量的數(shù)據(jù)，為了便于數(shù)據(jù)處理和誤差修正，可在儀器面板設(shè)定所需數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，軟件中的數(shù)據(jù)整理模塊采用多個(gè)數(shù)據(jù)平均方法得到所需的數(shù)據(jù)量，從而消除一些隨機(jī)誤差和高頻信號(hào)干擾。
為了減小儀器的系統(tǒng)誤差，可預(yù)先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)逐變線齒形樣塊進(jìn)行測(cè)量，得到系統(tǒng)誤差曲線并存儲(chǔ)在微機(jī)中，再考慮杠桿式測(cè)量法產(chǎn)生的誤差，在測(cè)量其它齒輪時(shí)進(jìn)行必要的修正。計(jì)算模塊可計(jì)算齒形誤差并分離出基圓誤差，顯示部分可直觀顯示實(shí)際齒形與理論齒形的偏離狀況。為了以后處理的方便，可把搜取到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到電腦里。
結(jié)語以軟件為軟件平臺(tái)編寫微機(jī)幫輔勘察程序，通過與微機(jī)聯(lián)用，把舊式的大型、精密儀器設(shè)備進(jìn)行頻譜儀器化改造，獲得性能更好的新型設(shè)備，無疑是一個(gè)很好的途徑。本文所述通過頻譜儀器化改造的多功用逐變線勘驗(yàn)儀，改造后設(shè)備操作方便、性能可靠，測(cè)量精度得到改善，最突出的優(yōu)點(diǎn)是顯著提高了測(cè)量效率，使舊儀器得到充分的利用。http://www.52lvi.cn
