智能齒距測量儀設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】

《智能齒距測量儀設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《智能齒距測量儀設(shè)計【含CAD圖紙全套+畢業(yè)答辯論文】（27頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 I 摘 要 本課題涉及內(nèi)容為智能齒輪齒距誤差測量儀的研究及其設(shè)計。在對現(xiàn)今各種齒距誤差測量儀進(jìn)行研究后，本 課 題在小型、經(jīng)濟(jì)方面著手，設(shè)計出適合中小形齒輪齒距誤差的測量儀 器 。其特點(diǎn)在于體積小，測量方便，有 利于節(jié)省空間及使用方便。 本課題實(shí)現(xiàn)了單個及多個齒距的誤差測量，若對軟件部分進(jìn)行 開發(fā)還可測量齒形，齒廓誤差等，具有可 擴(kuò) 展性。設(shè)計中包括機(jī)械部分設(shè)計和電子測控部分設(shè)計及軟件的開發(fā)。在穩(wěn)定 精 度的基礎(chǔ)上，機(jī)械部分盡量做到了結(jié)構(gòu)簡單，以減少積累誤差及降低成本。 在 智能方面，采用單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了 自動數(shù)據(jù)采集 ， 自動測量 ， 自動數(shù)據(jù)處理 ，自動顯示及打印輸出測量結(jié)果的 “ 流水 ” 化測量過程 ， 可節(jié)省人力及測量時間 。 在計算方面參考了國內(nèi)外眾多先進(jìn)的 研究成果 ,結(jié)合本課題特點(diǎn)，選用了相對法計算單個齒距誤差，多個齒距累積誤差具有簡單易行 的特點(diǎn)。 本課題說明書在最后對儀器的測量及工作環(huán)境做出了經(jīng)濟(jì)可行性及環(huán)境分 析，本設(shè)計產(chǎn)品具有的占地空間小，制 造 成本低及操作簡單，智能測量等的一 系列特性非常適合小型企業(yè)中，中小型 零 件批量生產(chǎn)的需要。除此之外本設(shè)計 產(chǎn)品運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低，無污染。綜合上述優(yōu)點(diǎn)本設(shè)計產(chǎn)品具有極好的市場前景。 關(guān)鍵詞 ： 齒距誤差 ； 齒輪 ； 測量儀 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 he of in of of in to of is if is it of of of On of is as as to in to In of CM In of to of is to a of a of of at of of an of is is as a of is In to of is no of 陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 錄 摘 要 ........................................................................................................................................... I ..................................................................................................................................... 錄 ........................................................................................................................................ 論 .......................................................................................................................................... 1 1 齒距誤差測量的理論基礎(chǔ) .................................................................................................... 3 輪齒距偏差相關(guān)概念 .............................................................................................. 3 輪單個齒距偏差 (..................................................................................... 3 距累積偏差 ..................................................................................................... 3 距累積總偏差 (......................................................................................... 4 量原理 ....................................................................................................................... 4 2 智能齒距誤差測量儀的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................................................. 6 進(jìn)電動機(jī)的 選擇 .................................................................................................... 6 軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計 .................................................................................................. 8 杠的設(shè)計 ......................................................................................................... 8 蝸輪蝸桿的設(shè)計 .............................................................................................. 8 3 智能齒距誤差測量儀的單片機(jī)部分設(shè)計 ........................................................................... 11 片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................................................................ 11 單片機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計 ................................................................................ 11 信號采集模塊設(shè)備選擇 ................................................................................ 11 信號調(diào) 整模塊的設(shè)計 .................................................................................... 12 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 ............................................................................ 13 片機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................................................................ 14 主程序的程序 ................................................................................................ 14 入 A/D 數(shù)據(jù)程序 ........................................................................................ 14 數(shù)字濾波程序 ................................................................................................ 15 盤掃描輸入程序 .......................................................................................... 16 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制程序 ................................................................................ 16 印機(jī)輸出程序 .............................................................................................. 16 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 經(jīng)濟(jì)可行性及環(huán)境分析 ...................................................................................................... 18 5 結(jié)論 .................................................................................................................................... 21 致 謝 .................................................................................................................................... 22 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 23 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒 論 齒輪是一種多參數(shù) !綜合性的機(jī)械傳動基本零件 ,隨著扭矩密度的提高及實(shí)際成本的減少 ,齒輪技術(shù)己經(jīng)有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展 "同時為了滿足一定的使用要求 !實(shí)現(xiàn)傳動的 互換性 ,需要對齒輪傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性 !傳動平穩(wěn)性等進(jìn)行控制 ,由此齒輪精度的概念應(yīng)運(yùn)而生 "齒輪生產(chǎn)測量的基礎(chǔ)是齒輪精度理論 ,而齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)也一直和生產(chǎn)力的發(fā)展密切相關(guān) "為了實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)精度方面的潛在改善 ,不斷提高齒輪的精度標(biāo)準(zhǔn)以及使這些標(biāo)準(zhǔn)滿足未來精度要求是至關(guān)重要的 "從現(xiàn)實(shí)的角度講 ,對齒輪的測量技術(shù)和其標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定在某種意義上說能夠滿足以上要求并能夠確保一個國家工業(yè)繼續(xù)保持在國際工業(yè)市場競爭中的地位并擴(kuò)大市場份額。 圖 持式齒距儀 本次設(shè)計，結(jié)合了中國制造業(yè)的現(xiàn)狀、針對齒輪齒距誤差的測量，借鑒了前人關(guān)與齒輪和齒距的研究成果和虛擬測量儀器的思想，研制成的基于單片機(jī)系統(tǒng)的智能齒距累積誤差檢測儀。整個設(shè)計主要 內(nèi)容如下： 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 ⑴ 參考國內(nèi)外示例，設(shè)計了齒輪累積齒距誤差測量儀的機(jī)械部分。 ① 完成了被測齒輪運(yùn)動的傳動的設(shè)計。 ② 完成了傳感器測頭軸向及徑向運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳動設(shè)計。 ③ 完成了箱體及床身的設(shè)計。 ⑵ 研究了單個齒距誤差及累積齒距誤差等的測量方法，并建立了評定其誤差的數(shù)學(xué)模型。 ⑶ 研究了基于單片機(jī)的測量與控制系統(tǒng)。 ② 設(shè)計了放大、濾波及 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 ② 設(shè)計了 4× 4 矩陣式鍵盤、 6 位液晶顯示器。 ③ 設(shè)計了打印機(jī)接口電路。 ④ 設(shè)計了調(diào)試、形位誤差評定方法、測頭微調(diào)等程序。 ⑤ 編制了基于單片機(jī)的形位誤差測量控制 、 采樣 、 顯示 、 鍵盤輸入 、 打印等序。 ⑷ 設(shè)計了 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路。 ⑸ 研究了零件安裝偏心誤差，并用電算法建立了消除誤差的計算公式 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 1 齒距誤差測量的理論基礎(chǔ) 輪齒距偏差相關(guān)概念 齒輪齒距偏差是評價齒輪傳動性能的重要指標(biāo) ,在幾何精度評定中 ,齒輪齒距偏差是必定檢測的精度項目。其中包括齒輪齒距偏差、齒輪齒距累計總偏差和齒輪齒距累計偏差 ,它們都是重要的誤差檢測量。齒距偏差表征的是齒輪每個齒之間的差別 ,齒距差別會影響到齒輪傳動的過程。習(xí)慣上把上述四種誤差項目統(tǒng)稱齒距偏差。常用的齒距偏差測量術(shù)語簡述如 輪單個齒距偏差 (齒輪的單個齒距偏差 (征的是在齒輪分度圓上或者齒高中部附近 ,實(shí)際齒距和理論齒距之間的差值 ,通常情況下對其差值取絕對值 ,并把最大值作為齒距偏差的評定值 (見圖 2)。通過齒輪單個齒距偏差也可以評價機(jī)床在加工齒輪工程中的周期性誤差 ,也可以從側(cè)面反映磨齒等加工工藝。齒輪單個齒距偏差是齒輪幾何精度基本的檢測的指標(biāo)之一 ,主要反映齒輪單個齒距角的精度。 圖 個齒距偏差示意圖 距累積偏差 齒輪單個齒距偏差只能體現(xiàn)單個齒距的情況 ,用來評價齒輪齒距累計效應(yīng)要用到齒輪齒距累積偏差指標(biāo)。對齒距累計偏差的控制可以減少偏差集中的情況。在小數(shù)目的齒輪齒距產(chǎn)生較大的齒輪累積偏差的情況下 ,傳動過程中齒輪直接的嚙合載荷很大 ,會產(chǎn)生噪聲和振動的問題。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 距累積總偏差 (上述兩個指標(biāo)都是表示局部偏差的 ,用來評定齒輪制造精度標(biāo)準(zhǔn)為齒距累積總偏差 輪齒距累積總偏差為齒輪同一側(cè)面內(nèi)任意齒距間的最大齒距累積偏差。主要用來評定在齒輪旋轉(zhuǎn)一圈的轉(zhuǎn)角誤差 ,反饋修正保證齒輪傳動的準(zhǔn)確性?？傊X輪齒距偏差對齒輪傳動的平穩(wěn)性和均勻性影響很大 ,在齒輪 加工過程中要嚴(yán)格的控制齒距偏差的質(zhì)量。 量原理 相對測量法屬于比較測量法 ,采用兩個測頭 ,對準(zhǔn)齒輪任意一個齒距的測量位置 ,調(diào)整兩個測頭的位置使測頭示值均為零 ,即該齒距為基準(zhǔn)齒距 ,保持兩測頭位置不變 ,依次測量其他齒距實(shí)際位置 ,此時測頭讀數(shù)其實(shí)是相對于基準(zhǔn)齒距的差值 ,數(shù)據(jù)采集完畢后 ,采用作圖法或者計算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 ,就可以得到齒距偏差和齒距累積誤差。圖 3 為單齒法測量齒距偏差的原理示意圖。相對測量法又分為單齒測量法和跨齒測量法 ,這個是根據(jù)測量時兩個測頭所跨的齒數(shù)多少來確定的。單齒測量法選取的齒距基準(zhǔn)是分度圓附近的兩個相鄰?fù)瑐?cè)齒廓 ,跨齒測量法選取的測量基準(zhǔn)則是相鄰多個齒廓之和?？琮X測量法就是將測量的齒輪齒數(shù) Z 分成若干組 N 來進(jìn)行測量 ,即兩個測頭跨 K 個齒距測量。因?yàn)辇X輪齒數(shù)是不固定的 ,而且齒數(shù)不一定正好可以被 N 除盡 ,跨齒測量法的主要難點(diǎn)在于跨齒數(shù)目的選擇。具體的跨齒數(shù)目選擇可以參考相關(guān)資料。需要指出的是 ,跨齒測量的目的在于提高齒距累積偏差的測量效率 ,并在某種程度上可提高測量精確度 ,對齒輪的齒距偏差仍需按照單齒距比較方法進(jìn)行 測量。相對法測量齒輪齒距累積誤差△ 于間接測呈方法 ,即齒距累積誤差由齒距偏差累加起來而求得。而對齒距偏差的測量是直接觀測值△ i,通過計算得到。由于直接觀測值有側(cè)量誤差 ,在計算齒距累積誤差時這些測量誤差也要累加起來 ,成為齒蹌累積誤差的測量方法誤差。該側(cè)量方法誤差將影響△ 測量精度。眾所周知 ,K 個齒距偏差的累積值為 : ?? ???? )0i（ 式 (而 )10 z?????????????? （式 (則 ???????? (沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 由此可得 ,累積誤差與測量值的關(guān)系式 : ?? ??? ????? 1（ 式 (各個齒距偏差測最值 △i﹝ i=1,2,3……z ﹞ ,是等精度的互相獨(dú)立的直接觀側(cè)值 ,它們均含有測量儀器或方法誤差 ?,且各次測最誤差相同 ,按隨機(jī)誤差合成得由測量儀器或方法誤差決定 式 ( 式 (2)說明 ,前 K 個齒的 △測量誤差不僅與單個測量值的誤差有關(guān) ,還與被測齒數(shù) 有關(guān)。把 △?K 的一階導(dǎo)數(shù)到最大值 :看作是齒序號數(shù) K 的數(shù) ,并令其等于零 ,可求得 K=z/2 時 △?K 取最大值 ? ?? 式 (式中 △K 個齒距累積誤差的極限誤差氣 , ?測量儀器或方法的極限誤差 z 一被測齒輪的齒數(shù) 由子整個齒輪的最大齒距累積誤差是各齒累積誤差中的最大值和最小值的代數(shù)差 ,即 ??????? pq (式中 △ p 齒至 q 齒間所產(chǎn)生的齒距最大累積誤差只要將 (替式 (2)中的 K,便可得到 △測量誤差和各個單次測覺誤差值的關(guān)系式 ????????? z )((（ 式 (同理當(dāng)（ =z/2 時 △∑極大值。 ??? ）（ 式 (式 (6)通常作為相對法測量齒距累積誤差的啦數(shù)誤差計算式。由于其他誤差如兩測頭位置誤差、齒輪定位誤差及其他 條件的影響甚小 ,式 (6)也就作為該測量方法的極限誤差計算式。由式〔 6)看到 ,當(dāng)測量儀器或方法誤差 ?一定時 ,△極限測量誤差和被測齒數(shù)的齒數(shù)的平方根成正比 ,即被齒輪的齒數(shù) :愈多 ,測量結(jié)果的誤差愈大。 應(yīng)采用精度更高的扭簧測微儀替代機(jī)械式測微儀 ,或減小實(shí)際測量的齒數(shù) ,即?? ?????? z )((沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 用所識跨齒測量 以減小儀器測量誤差對相對測量結(jié)果的影響。經(jīng)查一些書籍、參考資料卻認(rèn)為齒趴累積誤差側(cè)量誤差的計算式為 ??? ）（ 式 (2 智能齒距誤差測量儀的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計 進(jìn)電動機(jī)的選擇 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 用于精確定位的電機(jī)主要有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是微機(jī)自動控制系統(tǒng)中的一種重要的自動化執(zhí)行元件 。 利用微機(jī)的數(shù)字系統(tǒng)，可以把脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成角位移。和步進(jìn)電機(jī)相比，伺服 電 機(jī)適用于有高速響應(yīng)要求的場合，但 接口相對要復(fù)雜。因此，本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)大體分三種 :反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī) 永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 有步距角小，頻率高，斷電無定位的特點(diǎn)。永磁式步進(jìn)電機(jī) 距角大、頻率低、需正負(fù)脈沖、斷電時有定位轉(zhuǎn)矩 ， 消耗功率小 。 永磁感應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 二者的結(jié)合 ， 兼有二者優(yōu)點(diǎn) ， 需正負(fù)脈沖，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本系統(tǒng)主要要求測頭定位精確，工件轉(zhuǎn)動頻率高 統(tǒng)要求的條件下，選用了成本較低的 反 應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，而不是永磁感應(yīng)式步 進(jìn)電機(jī) 考慮到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的一致性 (如 :相同的電壓、相電流 )以簡化設(shè)計。 根據(jù)圖 3圖 3圖 3圖 3示的常用幾種步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)參數(shù)， 選擇步進(jìn)電動機(jī)。選定型號為 45 5 型步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 圖 75 型步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 圖 90 型步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 圖 110 型步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 軸傳動系統(tǒng)的設(shè)計 杠的設(shè)計 傳動系統(tǒng)是本課題設(shè)計中的重要組成部分 ， 它影響著儀器的精度和效率等。 傳動系統(tǒng)的剛性要好 ， 要有良好的運(yùn)動特性 ， 定位準(zhǔn)確 ， 加減速均勻 ， 震動小， 無自震。在各類傳動類型中，綜合考慮 各 種因素，諸如所需功率、傳動效率、 精度等，盡可能選擇單級傳動。本課題 選 擇絲杠傳動，其特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單，裝調(diào)方便，傳動比又大，可滿足要求。根據(jù)精度及轉(zhuǎn)速要求選擇 滾珠絲杠 蝸輪蝸桿的設(shè)計 蝸桿用 45 鋼，考慮到效率高些，耐磨性好些，蝸桿螺旋面進(jìn)行表面淬火，硬度為 45~55輪用鑄錫青銅 金屬模鑄造 ， 為節(jié)約貴金屬 ， 僅齒圈用貴金屬制成，輪芯用鑄鐵 造。 蝸輪蝸桿基本參數(shù) 蝸桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 0 模 數(shù) m 法面模數(shù) 蝸桿分度圓直徑 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 中心距 A 蝸桿導(dǎo)程角 γ 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) 蝸輪變位系數(shù) 軸向齒形角 αx 法向齒形角 αn 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) c* 蝸桿齒寬 蝸輪齒寬 是否磨削加工 是 蝸桿軸向齒距 蝸桿齒頂高 蝸桿頂隙 蝸桿齒根高 蝸桿齒高 蝸桿齒頂圓直徑 蝸桿齒根圓直徑 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪齒頂高 蝸輪齒根高 蝸輪齒高 蝸輪外圓直徑 蝸輪齒 頂圓弧半徑 蝸輪齒 根圓弧半徑 蝸桿軸向齒厚 蝸桿法向齒厚 蝸輪沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 分度圓齒厚 蝸桿齒厚測量高度 蝸桿節(jié)圓直徑 蝸輪節(jié)圓直徑 蝸輪蝸桿傳動的消隙 圓柱蝸桿傳動消間隙主要是采用雙導(dǎo)圓柱蝸桿傳動，它的工原理與普通 圓柱蝸桿傳動沒有本質(zhì)上的區(qū)別，只是這種蝸桿在中心平面內(nèi)其齒形相當(dāng)于齒 條，蝸輪相當(dāng)于與之嚙合的齒輪，蝸桿的軸向齒厚，沿軸線從一端到另一端按 比例地增大或減小，與它嚙合的蝸輪的所有齒厚均相等，因此當(dāng)蝸桿沿軸線移 動時，就改變了他們之間的嚙合側(cè)隙 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 3 智能齒距誤差測量儀的單片機(jī)部分設(shè)計 片機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計 齒距累積總誤差測量儀單片機(jī)系統(tǒng)由下面幾個模塊組成： 信號采集，信號調(diào)整，中央處理，鍵盤輸入，顯示器及打印機(jī)輸出，形位 誤差測量項目選擇，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制 如圖 4示。 圖 片 機(jī) 系統(tǒng)整體原理 信號采集模塊設(shè)備選擇 齒距偏差測量中我們需要用到電感測微儀來進(jìn)行齒距偏差微位移信號的測量以合 型杠桿旁向測量頭來構(gòu)成位置電壓信號提取電路。 電感測微儀具有測量精度高、很測量較大范圍和微小尺寸變化的特點(diǎn) ,結(jié)合杠桿測量頭 ,可以對齒距微小的尺寸變化進(jìn)行測量 ,因而可以實(shí)現(xiàn)高精度測量的目的。 量程分為四檔 ,可以實(shí)現(xiàn)士 3 士 300圍的測量 ,其分辨率可達(dá)到 的重復(fù)測量誤差小于 而兩者都符合示值精度要求。本文研究的齒距偏差測量控制系統(tǒng)中 ,采用時柵角位移傳感器來進(jìn)行被測齒輪的轉(zhuǎn)臺位置信號檢測 ,采用英國 司生產(chǎn)的光柵尺來進(jìn)行三坐標(biāo)的定位的精確定位。由于時柵跟光柵經(jīng)過處理電路處理后 ,輸出的位置信號都是兩路相位差為 90°的差分信號 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 圖 電感測微儀 信號調(diào)整模塊的設(shè)計 ⑴ 信號放大電路 圖 信號放大電路 如圖 10 所示即為信號放大電路。 ⑵ 采樣保持電路 采樣保持電路采用 用采樣保持芯片如圖 11 所示為其引腳接線 關(guān)系。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 線圖 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 圖 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖 功率放大電路的結(jié)構(gòu)對步進(jìn)電機(jī)的性能有十分重要的影響，功率放大電路 有單電壓，雙電壓，恒流斬波型等。不 作 特殊說明的情況下，功率放大電路的 功放晶體管設(shè)計于過飽和工作狀態(tài)。本設(shè)計采用雙電壓的高低壓驅(qū)動電路。 此電路代用高低壓電源，電路中有兩個電源 般 高電壓，大約為 80低壓，大約有 5和單電壓控制信號有很大的差別。 單電壓的控制信號為電機(jī)步進(jìn)一個脈沖所需的方波信號。雙電壓電路中，除步進(jìn)方波外，還須高壓驅(qū)動控制信號，兩路信號密切配合才能正常工作 而可提供步進(jìn)電機(jī)的工作頻率及高頻力矩。 采用低電壓電源降低了功耗 。 但這種電路也有不足 :高壓電流的上沖作沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 用在低頻 工作中，會令輸入能量過大，使電機(jī)的低頻振蕩加劇。其次，在高低壓銜接處 有電流谷點(diǎn)，造成電機(jī)工作的不穩(wěn)定性。 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 片機(jī)軟件系統(tǒng)的設(shè)計 主程序的程序 主程序要實(shí)現(xiàn)的功能主要有：控制鍵盤，記錄處理鍵盤輸入信號 量類型選擇，選擇測量采樣點(diǎn)，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)子程序，采樣 A/D 轉(zhuǎn)換程序，控 制數(shù)據(jù)處理子程序以及數(shù)據(jù)保存和顯示打印等。程序框圖如圖 示 圖 程序框圖 入 A/D 數(shù)據(jù)程序 該部分主要完成對來自位移轉(zhuǎn)感器的模擬信號傳感測微儀后的 V。模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 。主要由 A/D 轉(zhuǎn)換器啟動 、中斷等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果來完成程序流程圖如圖 示。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 ， 其與硬件濾波相比不需要增加硬件設(shè)備， 只需在程序進(jìn)入控制算法前附加一段數(shù)字濾波的程序。所以，數(shù)字濾波實(shí)上 是程序?yàn)V波。在智能控制系統(tǒng)中，各個信號采集通道可以共用一套數(shù)字濾波程 序而不像硬件濾波那樣需要多個濾波器，并且還要考慮阻抗匹配的問題。 濾波方法使用靈活，只要改變?yōu)V波程序或運(yùn)算參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)不同的濾波效果 該方法適合于解決低頻信號的濾波問題。常用的數(shù)字濾波方法有中值濾波法。算術(shù)平均濾波法、滑動平均濾波法和低通濾波法等。先只對中值濾波法做以介紹。濾波程序如下： 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 盤掃描輸入程序 圖 盤掃描程序框圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制程序 按照前面選擇，本課題使用的 2 個步進(jìn)電動機(jī)都為 5，其驅(qū)動程 序框 圖如圖 17 所示。 印機(jī)輸出程序 本課題要求打印機(jī)能打印出被測零件的各項參數(shù)及測量結(jié)果，打印機(jī)程 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 圖 機(jī)流程圖 圖 顯示器掃描程序圖 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 4 經(jīng)濟(jì)可行性及環(huán)境分析 二十世紀(jì)初 ,國際上對各種測量儀的研究剛開始 ,對齒輪齒距誤差的測量精低、測量范圍小而且測量工具太大。到了 1923 年 , 一種機(jī)械展成式萬能漸開線檢查儀首次研究成功。隨后 ,司在一定的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn) ,把 1μ m 的光學(xué)玻璃線紋尺作為距離參照基準(zhǔn) ,使齒輪測量的精度得到極大的提升。因此在 1925 年推出的這種儀器 ,開始可以對齒輪進(jìn)行精密的測量。而我國在該儀器的基礎(chǔ)上改進(jìn)為 到了廣泛使用。在以后發(fā)展中 ,以機(jī)械展成式萬能螺旋線標(biāo)準(zhǔn)儀的出現(xiàn)為標(biāo)志 ,實(shí)現(xiàn)了全面控制齒輪質(zhì)量 ,使測量技術(shù)邁上了一個新的臺階。 20 世紀(jì)六十年代中期 ,隨著英國研制出光柵式單齒儀開啟了齒輪的動態(tài)高精度的測量。幾何法測量齒輪的開始是以黃潼年 為主的中國工程技術(shù)人員研發(fā)的齒輪整體偏差測量技術(shù)為標(biāo)志的。數(shù)控齒輪測量開始于 出現(xiàn)。而由大阪精機(jī)推出的非接觸齒面分析機(jī) 用了全息原理 ;加上萬能型滾動測量儀的出現(xiàn)標(biāo)志著非接觸測量法得以運(yùn)用。國際上也先后出現(xiàn)原聯(lián)邦德國的馬爾公司、克林公司等一批從事生產(chǎn)齒輪齒距測量儀的廠家。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代 ,伴隨著這些公司的發(fā)展和整合 ,雖然開拓出很多齒輪偏差測量的測量方法 ,但是要仍不能實(shí)現(xiàn)大直徑齒輪齒距累積偏差的測量。擺脫了機(jī)械展成式測量技術(shù) [川中精確的展開運(yùn)動受展成機(jī)構(gòu)精密度限制以及柔性 較差的缺點(diǎn) ,齒輪整體誤差測量技術(shù)能夠更形象地反映齒輪嚙合傳動過程并精確地揭示齒輪單項誤差的變化規(guī)律以及誤差間的關(guān)系 ,這種方法的儀器測量效率高 ,適于大批量生產(chǎn)中的零件檢測和在線分選測量 "成都工具研究所的謝華餛等科研技術(shù)人員 ,創(chuàng)建并完善了這種齒輪整體誤差測量的新型齒輪測量理論 "運(yùn)用該理論按照齒輪嚙合傳動等方法集成 /靜態(tài) 0 齒輪整體誤差曲線 ;或按照單面嚙合綜合測量方式 ,使用特殊測量齒輪 ,采用滾動點(diǎn)掃描測量法對其進(jìn)行測量 ,得到齒輪 /運(yùn)動 0整體誤差曲線 ,并通過該曲線對齒輪的各項誤差指標(biāo)進(jìn)行分析和評定 "此法具有測量速度快 ,測量精度接近使用狀態(tài)的特點(diǎn) ,但是由于它的檢測要受到與之嚙合的測量標(biāo)準(zhǔn)齒輪精度的制約 ,因此在測量能達(dá)到的精度上受到一定的影響 "上個世紀(jì)九十年代 ,齒距測量變得更加簡單和易于操作 ,這得益于機(jī)械制造和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。在精密測量時 ,計算機(jī)成為了輔助工具 ,幫助原有齒距儀改造 ,實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化 ,數(shù)據(jù)處理速度也得到提高 ,從而提高了計算精度。近年 ,國內(nèi)外相繼推出了如我國的哈爾濱量具集團(tuán)生產(chǎn)的測量齒輪直徑范圍在 20~630“齒距自動測量儀” ,“上置式齒距自動測量儀”達(dá)到無窮大的齒輪直徑測量。名為“上置式齒距測量儀 3480”的測量齒距累積偏差的量儀由上海精密儀器有限公司又設(shè)計出 ,沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 其特點(diǎn)有無須圓光柵、分度盤等元件的小型化、輕量化。“ 齒輪齒距儀”由瑞士 司生產(chǎn) ,同樣可以測量齒距累積偏差 [20]。另外 ,基于計算機(jī)視覺的圖像測量如 :光電子學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、激光技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為一體成為近年來在測量領(lǐng)域中發(fā)展起來。吉林大學(xué)的陳向偉等設(shè)計的系統(tǒng)采用 字?jǐn)z像頭作為圖像傳感器 ,通過數(shù)字圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)齒輪測量相關(guān)內(nèi)容的精密、非接觸測量。通過測試證明其可以達(dá)到 4 級精度。 綜上所 述 ,伴隨著測試技術(shù)的現(xiàn)代化進(jìn)程 ,以及計算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展 ,對齒距偏差的測量方法及數(shù)據(jù)分析處理都有很大的提高。將以往使用精度較低的簡易齒距側(cè)量儀器迅速向融合了計算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)等方向發(fā)展 ,來實(shí)現(xiàn)的測量儀器的智能化、高效化、高度。特別地 ,將包括齒距累積偏差在內(nèi)的多個齒輪單項指標(biāo)的測量融為一體 ,為獲得更加精確、可靠的測量數(shù)據(jù) ,吸收原有測量裝置的優(yōu)點(diǎn) ,然后再整合改造。近年來 ,隨著關(guān)鍵設(shè)備對齒輪的精度要求不斷提高 ,以及齒輪加工工藝水平的快速提升 ,齒輪的精度也較以前大大提高 ,因此齒輪的精度也較以前大大提高 ,因 此齒輪的檢測越來越受重視。但是目前國內(nèi) ,對于大型齒輪測量的主流設(shè)備依然水平不高。已經(jīng)不能滿足日益蓬勃的機(jī)械制造業(yè)和國防工業(yè)對大型齒輪、蝸輪副的精度檢測需求。我閑的齒輪齒距偏差測量設(shè)備的測量精度也有很大的提高。我國在上世紀(jì) 60 年代使用的經(jīng)韓儀可以對具有 3 級精度的齒輪進(jìn)行測量 ;在 80 年代將分度精度為± 端齒臺和分辨率為 電感測微儀相結(jié)合 ,可以測量 1~2 級齒輪的齒距偏差 ;湖北汽車工業(yè)學(xué)院將編程技術(shù)應(yīng)用到齒輪的測量當(dāng)中 ,幵發(fā)了基于 編程軟件的齒輪齒距偏差自動測量系統(tǒng) ,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了齒輪齒距偏 差等參數(shù)自動測量、計算 ,測量系統(tǒng)的精度為 2];古林大學(xué)的陳向偉 ,王龍山等將圖像測量的技術(shù)應(yīng)用到齒輪的測貨當(dāng)屮 ,設(shè)計開發(fā)了齒輪圖像測量系統(tǒng) ,該系統(tǒng)基于計算機(jī)視覺圖像測量技術(shù) ,圖像傳感器采州的是 字?jǐn)z像頭 ,實(shí)現(xiàn)了對齒輪非接觸的精密測量 ,其測量精度達(dá)到國家 4 級精度要求丨 33】。 2006 年大連理工大學(xué)粘密齒輪研究室針對超精密齒輪設(shè)計并且搭建了齒距累積總偏差測量系統(tǒng) (見圖 該系統(tǒng)釆用多齒分度臺實(shí)現(xiàn)齒距測量的分度運(yùn)動 ,芯軸與齒輪之問采用密珠軸套部實(shí)現(xiàn)芯軸和齒輪的同心 ,使用數(shù)據(jù)采集 卡和計算機(jī)結(jié)合完成實(shí)驗(yàn)數(shù)掘的采集 ,誤差曲線的顯示和誤差分析等功能 [211。該系統(tǒng)操作簡屯 ,測量精度達(dá)到國家 1?2 級精度。但是 ,測頭的進(jìn)入與退出需要人工操作 ,這樣就 了測量結(jié)果的不確定性。傳統(tǒng)的齒輪的齒距在機(jī)測量采用的是手提式齒距儀。由于其操作簡單 ,可以在線測量 ,因而生產(chǎn)現(xiàn)場使用非常普遍。但其進(jìn)行齒距測量需要進(jìn)行三個步驟 ,首先逐齒測量 ,然后記錄 ,再利用公式進(jìn)行計算。這沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 樣測量的不足之處在于測量時間長 ,效率不高 ,并且容易出錯。另外國內(nèi)很多廠家采用的也有一部分半自動齒距誤差測量儀。這些半自動齒距檢查儀很多是我 國六七十年代從西德進(jìn)口的和哈爾濱量具廠生產(chǎn)的 3406 齒距測量儀。這類儀器由于產(chǎn)品型號久遠(yuǎn) ,存在操作復(fù)雜 ,系統(tǒng)可靠性差 ,測量誤差大等缺點(diǎn)。因此 ,對齒輪齒距偏差進(jìn)行研究和探索具有十分重要的意義。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 21 5 結(jié)論 本課題研究設(shè)計的智能齒距累積總誤差測量儀，經(jīng)總體設(shè)計，數(shù)學(xué)模型 建立，機(jī)械部分設(shè)計，單片機(jī)控制硬件系統(tǒng)及其軟件程序的設(shè)計已基本完成。 分析研究整個設(shè)計過程后，得到以下結(jié)論： ⑴ 絕對測量法適合于齒距誤差測量 ， 能夠做到各種項 目的真實(shí)測量。 ⑵ 儀器采用由電機(jī)帶動 ， 由一組與零件軸線平行和一組與零件 軸線垂直的絲杠導(dǎo)軌驅(qū)動測頭運(yùn)動，測頭運(yùn)動靈活，定位準(zhǔn)確，有較好的適應(yīng) 性和可應(yīng)用性。 ⑶測頭有調(diào)零和連續(xù)采集功能，有很好的可持續(xù)性和高精度性 ⑷該測量儀可測量單個齒距誤差以及累積總誤差，經(jīng)濟(jì)性良好 ⑸ 設(shè)計的信號放大 ， 采樣保持 ， A/D 轉(zhuǎn)換電路及數(shù)字濾波程序可實(shí)現(xiàn)預(yù)定 功能，誤差很小。 ⑹ 本儀器測量范圍及精度： ① 零件直徑范圍： 30 ② 零件高度范圍： 30 ⑺ 本儀器可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號采集 、 調(diào)整 、 處理 、 計算 、 顯示及打印輸出的智 能留水化測試過程，在經(jīng)濟(jì)性及自動化方面都有突出特點(diǎn)。因此有較高應(yīng)用價值。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 致 謝 本課題的全部工作都是在導(dǎo)師劉老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在畢業(yè) 設(shè)計工作過程中，導(dǎo)師從多方面給予了 我 鍛煉、成長的機(jī)會。導(dǎo)師為人正直，為學(xué)踏實(shí)，勤于鉆研的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹?學(xué) 態(tài)度使我不僅在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，更將 在今后的工作中受益匪淺。 在設(shè)計工作過程中 ， 我的同學(xué)也給了我許多熱心的幫助 ， 在此 ， 謹(jǐn)向指導(dǎo)、幫助過我的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝！ 沈陽工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 23 參考文獻(xiàn) [1] , . A J]. 2001 ,25 (4) :200[2] 梁榮 茗 使用維修與檢定 [M] ： 中國計量出版社 ， 2001，112[3] 霍迎輝 ， 陳宇翔 J] 術(shù) ， 2005， 第一期 ， 8[6] 東北大 學(xué) 《機(jī)械零件設(shè)計手冊》編寫組 三版） [M]金工業(yè)出版社， 1994， 967[4] C , S. of by J]. 2001 ,25 :[5] 劉桂敏 片 機(jī) 較小系統(tǒng)的制作與應(yīng)用 [J] 遼寧師專學(xué)報 ， 2004， 6（ 1）， 81[6] 孫育才 列 單片微型計算機(jī)及其應(yīng)用（第三版） [M] 東南大學(xué)出 版社， 1997， 46[7] 曹景 新 ，張麗平 . 基 于 片機(jī)指令系統(tǒng)的數(shù)字濾波方法研究 [J] 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備， 2004， 32（ 3）， 21[8] 張衛(wèi)東 。 片 機(jī)與 口的可靠性設(shè)計 [J]與儀表 ，1994，8，27[15] 孫志 禮 ， 冷興聚 ， 魏延剛 ， 等 M] ： 東北大學(xué)出版社 ， 2000， 257[16] 王啟 義 ，王仁德 M] ：冶金工業(yè)出版社， 2002， 48