基于時柵傳感器的精密蝸輪副動態(tài)檢測技術(shù)研究.pdf

1、蝸輪蝸桿傳動具有傳動比大、工作平穩(wěn)、噪聲小、結(jié)構(gòu)緊湊和可根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)自鎖的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工制造行業(yè)，特別是在精密機(jī)械和精密儀器制造工業(yè)中。通過測量蝸輪副傳動誤差可以綜合地反映蝸輪副的精度狀況。
　　 作者所在課題組于1991年研制出了“全微機(jī)化齒輪機(jī)床精度檢測分析系統(tǒng)”（FMT系統(tǒng)），F(xiàn)MT系統(tǒng)結(jié)合帶片簧結(jié)構(gòu)的圓磁柵傳感器，可實(shí)現(xiàn)對傳動鏈傳動誤差的檢測，在多年實(shí)踐中成功的應(yīng)用于機(jī)床故障診斷。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，上世紀(jì)9

2、0年代的計(jì)算機(jī)已經(jīng)被新型硬件的計(jì)算機(jī)所代替，而且FMT系統(tǒng)所使用DOS 操作系統(tǒng)也被可視化的操作系統(tǒng)所代替。在傳感器領(lǐng)域，磁柵傳感器由于種種原因已經(jīng)退出了市場，目前最常用的是光柵，而高端光柵主要是通過國外進(jìn)口，價格非常昂貴，某些精度等級的光柵進(jìn)口受到限制，這直接成為制約我國檢測儀器發(fā)展和數(shù)控制造業(yè)的發(fā)展的重要因素。時柵位移傳感器是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性發(fā)明，時柵位移傳感器具有測量精度高、成本低和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于工業(yè)生產(chǎn)中

3、的測量環(huán)境。
　　 本課題的研究工作一方面在原有的FMT系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用新的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)新型的FMT系統(tǒng)；另一方面，為了使過去幾十年使用增量式傳感器測量傳動誤差的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚶^續(xù)使用，將時柵傳感器輸出的絕對角度值轉(zhuǎn)化為增量式空間均分的脈沖信號，從而構(gòu)成基于時柵傳感器的新型FMT系統(tǒng)。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)對蝸輪副高精度、低成本的傳動誤差檢測，同時也可以對機(jī)床傳動鏈傳動精度測量。
　　 主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新如下：
　　 1、

4、提出將預(yù)測測量方法用于時柵位移傳感器動態(tài)測量。通過對時柵位移傳感器一段時間內(nèi)空間測量結(jié)果的學(xué)習(xí)分析，預(yù)測在未來某一時間段內(nèi)的測量值，從而實(shí)現(xiàn)時柵測量由絕對式到增量式的轉(zhuǎn)變。
　　 2、研究了時間序列預(yù)測模型的識別、建立、檢驗(yàn)和優(yōu)化的方法，以及模型定階、參數(shù)估計(jì)方法。提出了將時柵按時間等分的離散角度測量值構(gòu)成時間序列，按照時間序列建模的方式、方法對其建立預(yù)測模型，通過預(yù)測模型生成連續(xù)空間角度信號的方案，從而實(shí)現(xiàn)了時柵位移傳感器的測

5、量值由時間離散到空間離散的轉(zhuǎn)變。
　　 3、研究了動態(tài)測量誤差修正原理與技術(shù)，提出將時柵位移傳感器測量值作為離散的標(biāo)準(zhǔn)量，并利用這個標(biāo)準(zhǔn)量對預(yù)測測量的誤差進(jìn)行實(shí)時修正。通過對時柵傳感器測量的角度值進(jìn)行差分處理后會得到平穩(wěn)的時間序列，建立AR模型可以對時柵測量進(jìn)行高精度的預(yù)測，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到動態(tài)預(yù)測誤差在±2″之內(nèi)。
　　 4、研究了傳動誤差位移同步比較原理和FMT系統(tǒng)采樣原理，在FMT系統(tǒng)原有的信號微機(jī)細(xì)分原理基礎(chǔ)上，提出了

6、多級插補(bǔ)時鐘的柔性時鐘技術(shù)方案，配合時鐘的自適應(yīng)算法，使得測量系統(tǒng)在各種測量條件下都能夠最大限度的提高傳動誤差測試的精度。
　　 5、研究了傳統(tǒng)的傳動誤差測量儀器傳感器工裝的特點(diǎn)，提出了在上置式傳感器工裝中使用撥桿式結(jié)構(gòu)，利用撥桿所在不同位置的測試曲線進(jìn)行軟件算法處理，從而消除傳感器安裝偏心的問題。
　　 6、利用基于時柵傳感器的新型FMT系統(tǒng)：
　　 ①研制開發(fā)了大型蝸輪副檢查儀。這為大型蝸輪副綜合精度檢測提供

7、了測量手段，同時也可以將檢測結(jié)果反饋到生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，指導(dǎo)加工。
　　 ②小型蝸輪副檢查儀改造。采用時柵傳感器對原有的齒輪綜合誤差檢查儀進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了對小型蝸輪副綜合精度的檢測。
　　 ③蝸輪副加工過程在線檢查儀研制。研制了既可用于加工又可用于在線檢測的專用裝置，避免了蝸輪在加工、檢測過程中多次安裝帶來的誤差，在加工過程中間進(jìn)行傳動精度檢測，可以為加工參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)，從而保證快速和高精度的加工。
　　 ④在檢