论文部分内容阅读
摘要：大齿轮作为工业生产中重要的基础元件，在实际生产中己经得到了普遍应用，其制造技术及精度检测技术也在不断地更新和提高。文章力争通过对控制系统的分析与设计使大型齿轮在机测量系统具有容易调整、精度较高、适应性强等优势，全面提升大型齿轮在机测量系统整体性能，进而促进大型齿轮在机测量技术的发展与完善，具体内容供大家参考和借鉴。
关键词：大型齿轮；在机测量；控制系统
前言
大型齿轮在机测量仪按系统划分包括机械传动系统和控制系统，其中控制系统是在机测量仪的核心，也是在机测量仪能够正常运转和工作的“大脑”。随着科学技术的不断发展，大型齿轮的精度要求越来越高，传统的测量方法己经不能满足大型齿轮的测量要求。因此，需要技术人员加强对大型齿轮在机测量控制系统的设计与研究，以期促进在机测量技术的发展。
1大型齿轮量仪概况及分类
目前大齿轮的检测方法及理论随着齿轮制造行业的发展而不断变化，其革新检测范围也在不断扩大。现阶段，齿轮检测行业较常用的测量手段是单项测量法，包括齿廓偏差、螺旋线偏差和齿距偏差的检测，而基于直母线偏差的综合测量法在业内则使用较少。从量仪型式上看测量大齿轮的仪器基本可以分为以下三大类型：
第一，台式量仪。台式量仪在检测大齿轮各项误差时其指导思想和测量方法与检测中、小型齿轮时相差无几，比较突出的特点是量仪的结构尺寸受被测齿轮直径的影响变得较大；第二，上置式量仪。上置式量仪结构一般都比较小、易于操作，测量时选取被测齿轮某一单侧齿面作为定位基准面并将量仪装夹在被测齿轮上，即可对齿轮进行各项误差测量；第三，在机式量仪。在机式量仪通常安装在加工机床上或者是机床旁边，对被测齿轮进行测量。
2大型齿轮在机测量的难点与特点
2.1几何尺寸较大、齿数较多
被测齿轮重量、体积、直径都超出常规要求势必带来两大不便：首先不利于大齿轮的安装和拆卸；其次二次装卡时难以保证精确对正与调整带来不可预测的加工误差与测量误差。如果在计量室中对直径为6-9m的大齿轮进行测量时，相应的台式量仪将增大到11m。另外，当大齿轮齿数大于42时，齿根圆大于基圆，实际测量时不易保证其调整精度。
2.2测量基准不易选择
由于测量装置的安装、定位基准是加工机床机床自身的安装和几何误差，因此其势必会影响测量精度。特别是机床工作台主轴的回转误差将复映于测量基准中较大时，就会影响齿形齿向和齿距的测量效果，使测量结果失真。另外，受定位基准和被测齿轮大小的影响，在测量时测量仪坐标系与工件坐标系之间的转换误差也很难确定。所以文章采用了变啮合角法测量大齿轮将可有效提高了测量精度。
2.3测量环境影响测量效率
在对大齿轮进行测量之前，需要技术人员对测量仪的安装位置和整个测量系统逐一进行调整和测試，这些人工过程将花费大量的时间和精力，降低了测量效率。实际测量中，车间内的噪声温度及振动等不利因素同样影响其测量结果和效率。所以行之有效地解决测量设备的安装和调试问题，有效排除不利测量因素的影响，将成为提高测量效率的关键。
3大型齿轮在机测量控制系统总体方案设计
3.1大型齿轮在机测量系统的组成
大齿轮测量机主要由水平测量导轨、垂直测量导轨、重锤机构、测量元件（齿条型刃边测头、长光栅、圆光栅）、伺服驱动系统、工控机等部分组成。
测量系统分为三大部分：角位移测量装置、线位移测量装置和工控机及其接口电路。线位移装置用来完成测量齿轮廓面上直母线偏差两路位移信号的采样，分为垂直方向上的位移信号拾取、水平方向上位移信号拾取，这两路信号都是通过两路长光栅实现的。其中，角位移装置主要采集刃边测头的转角信号。计算机是整个测量系统的“大脑”，通过测量软件，控制直母线测量中各路信号的拾取及处理工作。
3.2大型齿轮在机测量控制系统硬件部分设计
3.2.1工业控制计算机
工控机是整个控制系统的“大脑”，数据的存取与处理，测量软件的安装与调试，都依附于工控机。控制系统之所以选择工控机是因为工控机支持长时间连续工作，系统较为稳定，抗干扰能力强，比一般电脑更适用于恶劣的环境，比如温度、灰尘等等。所以工控机适合于复杂环境下的测量工作。
3.2.2光栅尺
光栅尺的选择需要根据其内部传感器的功能和性能来决定，一般情况下，设计人员会选择采用密封式结构的传感器，这种传感器具有较强的抗干扰能力、性能稳定、易于安装、采用特殊耐油技术处理抗老化、防尘、防水等的特点。此外，其使用寿命较长，可实现动态测量以及实现测量及数据处理的自动化。
3.2.3光栅数据采集卡
测量系统采用的数据采集卡为八光栅细分数据采集卡。该系列光栅细分数据采集卡是中科院自动化所研制的。该采集卡采用标准总线规范设计，适用于目前流行平台，省去了令使用者不便的设置跳线以及避免了与计算机硬件资源冲突的问题，即插即用。此外，其还提供用户使用动态连接库和演示程序源代码，方便用户的二次开发。其不仅广泛应用测量控制领域，同时还可以成为测量仪器的核心部件。
3.3大型齿轮在机测量控制系统软件部分设计
3.3.1软件总体结构与要求
控制系统总体结构可将整个控制系统分为两部分，即运动控制部分和数据采集部分，二者结构相似，但工作方式却完全相反。运动控制部分通过计算机输入具体的运动指令，驱动运动控制卡来控制量仪的运动部件按照预设的方案运动。而数据采集部分则是测量元件（光栅尺）在测量过程中，所产生的信号在经过数据采集卡记录和存储后将结果反馈给数据采集程序，从而判断是否进行下一次测量的过程。
3.3.2基于C++语言的直母线偏差测量程序设计
直母线偏差测量程序主要完成测量中轴向光栅的数据采样（齿条测头沿Z轴移动）、切向光栅数据采样（Y轴靠齿面啮合约束被动移动）、刃边测头转角数据采样工作以及伺服电动机的控制运动。也就是说，软件在运行过程中，控制计算机的并行接口并协调处理好伺服驱动卡和光栅数据采集卡，以此实现直母线偏差的测量。实测过程中在被测轮齿廓面上将形成网格测量点，在软件的数据处理中实现齿廓偏差、螺旋线偏差数据的分离。
进行直母线偏差测量时，技术人员在进入操作选择主画面后，第一步应当对数据采集卡存储单元进行清零设置，建立相对零点；第二步进行计数设置设定采样点个数；第三步下达指令，开始运行伺服电机；第四步进行不间断数据采样，在采样过程中首先要对各个接口卡的初始化设置，然后再进行采样；第五步进行数据保存，测量后的数据一定要进行保存以备后续计算处理。然后进行下一次测量时退出结束。
结束语
21世纪是科学技术和生产力不断创新和发展的时代，传统制造业的振兴与发展必然会对经济和社会产生深远影响。近年来随着自动化控制技术、微机技术和信息技术的综合运用，齿轮制造业正处在一个充满活力的发展时期，而齿轮的制造精度与其检测技术又息息相关。因此，未来业内将会有更多的相关人士关注和研究超大型齿轮加工误差的检测技术和理论，这将是在机式测量技术未来发展的重要方向。
参考文献：
[1]王平江雷宇晴邹尚波崔璐璐.在机测量技术现状与发展趋势[J].组合机床与自动化加工技术2015（07）：1-4.
[2]赵丰慧.大型齿轮在机测量的控制系统研究[D].沈阳工业大学2011.
[3]王兴妹.大型齿轮加工精度在机测量误差信号的采集与分析[D].沈阳工业大学2009.
[4]李文龙.大型齿轮在机测量原理及技术的研究[D].大连理工大学2000.
关键词：大型齿轮；在机测量；控制系统
前言
大型齿轮在机测量仪按系统划分包括机械传动系统和控制系统，其中控制系统是在机测量仪的核心，也是在机测量仪能够正常运转和工作的“大脑”。随着科学技术的不断发展，大型齿轮的精度要求越来越高，传统的测量方法己经不能满足大型齿轮的测量要求。因此，需要技术人员加强对大型齿轮在机测量控制系统的设计与研究，以期促进在机测量技术的发展。
1大型齿轮量仪概况及分类
目前大齿轮的检测方法及理论随着齿轮制造行业的发展而不断变化，其革新检测范围也在不断扩大。现阶段，齿轮检测行业较常用的测量手段是单项测量法，包括齿廓偏差、螺旋线偏差和齿距偏差的检测，而基于直母线偏差的综合测量法在业内则使用较少。从量仪型式上看测量大齿轮的仪器基本可以分为以下三大类型：
第一，台式量仪。台式量仪在检测大齿轮各项误差时其指导思想和测量方法与检测中、小型齿轮时相差无几，比较突出的特点是量仪的结构尺寸受被测齿轮直径的影响变得较大；第二，上置式量仪。上置式量仪结构一般都比较小、易于操作，测量时选取被测齿轮某一单侧齿面作为定位基准面并将量仪装夹在被测齿轮上，即可对齿轮进行各项误差测量；第三，在机式量仪。在机式量仪通常安装在加工机床上或者是机床旁边，对被测齿轮进行测量。
2大型齿轮在机测量的难点与特点
2.1几何尺寸较大、齿数较多
被测齿轮重量、体积、直径都超出常规要求势必带来两大不便：首先不利于大齿轮的安装和拆卸；其次二次装卡时难以保证精确对正与调整带来不可预测的加工误差与测量误差。如果在计量室中对直径为6-9m的大齿轮进行测量时，相应的台式量仪将增大到11m。另外，当大齿轮齿数大于42时，齿根圆大于基圆，实际测量时不易保证其调整精度。
2.2测量基准不易选择
由于测量装置的安装、定位基准是加工机床机床自身的安装和几何误差，因此其势必会影响测量精度。特别是机床工作台主轴的回转误差将复映于测量基准中较大时，就会影响齿形齿向和齿距的测量效果，使测量结果失真。另外，受定位基准和被测齿轮大小的影响，在测量时测量仪坐标系与工件坐标系之间的转换误差也很难确定。所以文章采用了变啮合角法测量大齿轮将可有效提高了测量精度。
2.3测量环境影响测量效率
在对大齿轮进行测量之前，需要技术人员对测量仪的安装位置和整个测量系统逐一进行调整和测試，这些人工过程将花费大量的时间和精力，降低了测量效率。实际测量中，车间内的噪声温度及振动等不利因素同样影响其测量结果和效率。所以行之有效地解决测量设备的安装和调试问题，有效排除不利测量因素的影响，将成为提高测量效率的关键。
3大型齿轮在机测量控制系统总体方案设计
3.1大型齿轮在机测量系统的组成
大齿轮测量机主要由水平测量导轨、垂直测量导轨、重锤机构、测量元件（齿条型刃边测头、长光栅、圆光栅）、伺服驱动系统、工控机等部分组成。
测量系统分为三大部分：角位移测量装置、线位移测量装置和工控机及其接口电路。线位移装置用来完成测量齿轮廓面上直母线偏差两路位移信号的采样，分为垂直方向上的位移信号拾取、水平方向上位移信号拾取，这两路信号都是通过两路长光栅实现的。其中，角位移装置主要采集刃边测头的转角信号。计算机是整个测量系统的“大脑”，通过测量软件，控制直母线测量中各路信号的拾取及处理工作。
3.2大型齿轮在机测量控制系统硬件部分设计
3.2.1工业控制计算机
工控机是整个控制系统的“大脑”，数据的存取与处理，测量软件的安装与调试，都依附于工控机。控制系统之所以选择工控机是因为工控机支持长时间连续工作，系统较为稳定，抗干扰能力强，比一般电脑更适用于恶劣的环境，比如温度、灰尘等等。所以工控机适合于复杂环境下的测量工作。
3.2.2光栅尺
光栅尺的选择需要根据其内部传感器的功能和性能来决定，一般情况下，设计人员会选择采用密封式结构的传感器，这种传感器具有较强的抗干扰能力、性能稳定、易于安装、采用特殊耐油技术处理抗老化、防尘、防水等的特点。此外，其使用寿命较长，可实现动态测量以及实现测量及数据处理的自动化。
3.2.3光栅数据采集卡
测量系统采用的数据采集卡为八光栅细分数据采集卡。该系列光栅细分数据采集卡是中科院自动化所研制的。该采集卡采用标准总线规范设计，适用于目前流行平台，省去了令使用者不便的设置跳线以及避免了与计算机硬件资源冲突的问题，即插即用。此外，其还提供用户使用动态连接库和演示程序源代码，方便用户的二次开发。其不仅广泛应用测量控制领域，同时还可以成为测量仪器的核心部件。
3.3大型齿轮在机测量控制系统软件部分设计
3.3.1软件总体结构与要求
控制系统总体结构可将整个控制系统分为两部分，即运动控制部分和数据采集部分，二者结构相似，但工作方式却完全相反。运动控制部分通过计算机输入具体的运动指令，驱动运动控制卡来控制量仪的运动部件按照预设的方案运动。而数据采集部分则是测量元件（光栅尺）在测量过程中，所产生的信号在经过数据采集卡记录和存储后将结果反馈给数据采集程序，从而判断是否进行下一次测量的过程。
3.3.2基于C++语言的直母线偏差测量程序设计
直母线偏差测量程序主要完成测量中轴向光栅的数据采样（齿条测头沿Z轴移动）、切向光栅数据采样（Y轴靠齿面啮合约束被动移动）、刃边测头转角数据采样工作以及伺服电动机的控制运动。也就是说，软件在运行过程中，控制计算机的并行接口并协调处理好伺服驱动卡和光栅数据采集卡，以此实现直母线偏差的测量。实测过程中在被测轮齿廓面上将形成网格测量点，在软件的数据处理中实现齿廓偏差、螺旋线偏差数据的分离。
进行直母线偏差测量时，技术人员在进入操作选择主画面后，第一步应当对数据采集卡存储单元进行清零设置，建立相对零点；第二步进行计数设置设定采样点个数；第三步下达指令，开始运行伺服电机；第四步进行不间断数据采样，在采样过程中首先要对各个接口卡的初始化设置，然后再进行采样；第五步进行数据保存，测量后的数据一定要进行保存以备后续计算处理。然后进行下一次测量时退出结束。
结束语
21世纪是科学技术和生产力不断创新和发展的时代，传统制造业的振兴与发展必然会对经济和社会产生深远影响。近年来随着自动化控制技术、微机技术和信息技术的综合运用，齿轮制造业正处在一个充满活力的发展时期，而齿轮的制造精度与其检测技术又息息相关。因此，未来业内将会有更多的相关人士关注和研究超大型齿轮加工误差的检测技术和理论，这将是在机式测量技术未来发展的重要方向。
参考文献：
[1]王平江雷宇晴邹尚波崔璐璐.在机测量技术现状与发展趋势[J].组合机床与自动化加工技术2015（07）：1-4.
[2]赵丰慧.大型齿轮在机测量的控制系统研究[D].沈阳工业大学2011.
[3]王兴妹.大型齿轮加工精度在机测量误差信号的采集与分析[D].沈阳工业大学2009.
[4]李文龙.大型齿轮在机测量原理及技术的研究[D].大连理工大学2000.