多功用逐變線勘驗儀的頻譜儀器化
儀器機(jī)理逐變線勘驗儀的機(jī)理基于在圓上產(chǎn)生逐變線的方法。一直線沿著一個直徑為d0的圓作無滑動的滾動時，該直線上任意一點的軌跡為該圓的逐變線。如果這個圓就是受檢齒輪的基圓盤，直線是一條直尺，儀器的測頭位于直尺的某一點A上，若基圓盤沿著直尺做純滾動，則測頭就沿著被測齒滑行。如果被檢齒形符合理論逐變線，則與測頭相聯(lián)的指示表指針就不動，反之，指示表就指示出偏差數(shù)值。使用固定基圓的測量儀器，在測量每一個不同基圓直徑的齒輪時需要有一個相應(yīng)尺寸的基圓盤。多功用式逐變線勘驗儀是在上述的直尺―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儀的工作機(jī)理如所示。被測齒輪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的純滾動。當(dāng)滑板4移動時，一條鋼帶圍著圓盤2卷繞，另一條鋼帶則放開，帶動圓盤和被測齒輪同軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)滑板移動s距離、圓盤轉(zhuǎn)動<角，則在圓盤半徑R上轉(zhuǎn)過的弧長也是s.由于擺桿6可繞固定支點A擺動，在擺桿上設(shè)有兩個滑動鉸鏈5和7，鉸鏈5與滑板4相連，在初始位置，其到支點的距離等于圓盤半徑R；鉸鏈7與測量滑座9相連，在初始位置，其距離r0可根據(jù)被測齒輪基圓半徑rb調(diào)節(jié)，并能使測量滑座9上的杠桿測量觸頭正好位于被測齒輪的基圓位置上。當(dāng)滑板4移動時，通過鉸鏈?zhǔn)箶[桿6同步擺動，轉(zhuǎn)動<角，擺桿的轉(zhuǎn)動同時帶動測量滑座移動距離s‘。縮放機(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，僅有一個基圓盤，就可以勘驗一定尺寸范圍內(nèi)任意基圓大小的逐變線齒廓。利用滑板4的移動，通過杠桿，就可以帶動測量滑架沿著與滑板平行的方向，使測量裝置產(chǎn)生一個適應(yīng)于上述比例關(guān)系的移動量。這時測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測量系統(tǒng)利用了原多功用逐變線勘驗儀的機(jī)械裝置和電感測微儀，電感測微儀測頭與齒輪一個齒的某一齒廓接觸，測量時，被測齒輪的齒形誤差使測頭出現(xiàn)擺動，傳感器將它轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過微機(jī)配備的數(shù)據(jù)搜取卡搜取電壓信號，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，信號常會受到外界噪聲的干擾，根據(jù)實際情況可進(jìn)行各種處理以減小噪聲對數(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軟件進(jìn)行編程，編制的測試程序流程如所示。
測量誤差的修正齒形誤差是指在齒輪某一測量截面上，齒形工作部分內(nèi)包容實際齒形且距離為最小的兩條設(shè)計齒形間的法向距離。測量裝置應(yīng)用的杠桿式測量頭會導(dǎo)致一定的誤差。當(dāng)齒輪齒形有誤差時，齒面推動杠桿式測微裝置的測量頭運動，它不是沿齒廓上該點法線方向作直線運動，而是繞杠桿支點作圓弧運動（如所示）。在齒輪齒廓任一測點位置A，若存在齒形誤差實際出現(xiàn)在B位置，測頭與齒面接觸時，理論上應(yīng)該走直線距離，但由于此時杠桿式測頭實際走的是以O(shè)為中心的圓弧，弧長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，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)行運算處理，方便地實現(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。運行時可根據(jù)實際被測齒輪輸入必需的參數(shù)。
由于測量時機(jī)械運動的速度一般較慢，而微機(jī)連續(xù)采樣的速度很高，因此可設(shè)定延時時間以適應(yīng)實際需要。測量時，測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)點數(shù)，軟件中的數(shù)據(jù)整理模塊采用多個數(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)誤差和高頻信號干擾。
為了減小儀器的系統(tǒng)誤差，可預(yù)先對標(biāo)準(zhǔn)逐變線齒形樣塊進(jìn)行測量，得到系統(tǒng)誤差曲線并存儲在微機(jī)中，再考慮杠桿式測量法產(chǎn)生的誤差，在測量其它齒輪時進(jìn)行必要的修正。計算模塊可計算齒形誤差并分離出基圓誤差，顯示部分可直觀顯示實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)儲存到電腦里。
結(jié)語以軟件為軟件平臺編寫微機(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儀，改造后設(shè)備操作方便、性能可靠，測量精度得到改善，最突出的優(yōu)點是顯著提高了測量效率，使舊儀器得到充分的利用。http://m.18192.cn
