Pengantar Metode Pengukuran untuk Kesalahan Transmisi Peralatan Mesin

1. Perkenalan

Kesalahan transmisi alat mesin mengacu pada perbedaan antara perpindahan sebenarnya dari poros keluarannya dan perpindahan teoretis ketika poros input dari rantai transmisi alat mesin benar-benar akurat dan kaku. Rantai transmisi yang diperlukan untuk gerakan komposit pembentukan permukaan benda kerja pada alat mesin - rantai transmisi "kontak dalam" - harus selalu menjaga hubungan gerakan antara dua efektor ujung yang memenuhi persyaratan yang diberikan. Keakuratan transmisi rantai transmisi mengacu pada keakuratan gerakan transmisinya, yang dapat diukur dengan kesalahan transmisi. Karena kesalahan rantai transmisi aktual dari alat mesin, ada kesalahan dalam pembentukan lintasan gerak permukaan benda kerja, yang pada akhirnya mencerminkan kesalahan bentuk permukaan yang terbentuk pada benda kerja yang diproses. Karena fakta bahwa rantai transmisi peralatan mesin terutama terdiri dari pasangan roda gigi, roda gigi cacing dan pasangan cacing, pasangan ulir, dll., kesalahan rantai transmisi terutama berasal dari keakuratan pemesinan dan keakuratan pemasangan komponen transmisi ini. Dari perspektif kinematika, semua faktor yang menyebabkan rasio transmisi seketika menyimpang dari persyaratan transmisi yang diberikan merupakan sumber kesalahan rantai transmisi.

Pengukuran kesalahan transmisi alat mesin merupakan prasyarat untuk kompensasi kesalahan transmisi yang efektif, sehingga pengukuran kesalahan transmisi alat mesin yang tepat selalu menjadi topik penelitian penting dalam teknologi transmisi mekanis. Metode pengukuran dasar untuk kesalahan transmisi alat mesin adalah memasang sensor di bagian yang relevan dari alat mesin, menggunakan alat ukur berdasarkan prinsip mekanik, optik, dan elektrik, dan menerapkan teori evaluasi kesalahan untuk mengukur, menganalisis, dan menyesuaikan kesalahan dalam setiap tautan dari sistem transmisi alat mesin, untuk mengidentifikasi alasan terjadinya kesalahan dan pola perubahan.

2. Pemilihan sensor

Pemilihan dan pemasangan sensor yang benar dan masuk akal berdasarkan sifat gerak komponen ujung rantai transmisi adalah kondisi yang diperlukan untuk mengukur keakuratan gerakan rantai transmisi secara akurat. Menurut prinsip kerjanya, sensor yang umum digunakan untuk mengukur kesalahan transmisi alat mesin dapat dibagi menjadi beberapa kategori berikut:

(1) Sensor kisi

Keuntungan terbesar dari sensor kisi adalah metode pemrosesan sinyalnya yang sederhana, penggunaan yang mudah, dan akurasi pengukuran yang tinggi (sensor kisi yang diproduksi oleh pabrikan asing terkenal seperti Heidenhain di Jerman dan Fagor di Spanyol memiliki akurasi hingga 1%) μm / m）； Kerugiannya adalah penggaris kisi mahal dan memiliki persyaratan tinggi untuk lingkungan kerja. Koefisien muai linier dari penggaris kisi kaca tidak konsisten dengan alat mesin, yang dapat dengan mudah menyebabkan kesalahan pengukuran.

(2) Sensor laser

Sensor laser (termasuk laser frekuensi tunggal dan frekuensi ganda) memiliki akurasi pengukuran yang tinggi, tetapi biaya pengukurannya juga tinggi. Mereka peka terhadap perubahan kondisi lingkungan seperti suhu, aliran udara, getaran, dll. Saat digunakan di lokasi produksi, langkah-langkah harus diambil untuk memastikan stabilitas dan keandalan pengukuran.
(3) Sensor kisi magnetik

Penggaris kisi magnetik dapat dibagi menjadi dua jenis: linier (panjang pengukuran efektif 3m) dan strip (panjang pengukuran efektif hingga 30m). Keuntungan mereka adalah biaya produksi yang rendah, pemasangan dan penggunaan yang mudah, dan koefisien ekspansi linier yang sama dengan peralatan mesin; Kerugiannya adalah akurasi pengukuran lebih rendah daripada penggaris kisi. Karena melemahnya kekuatan sinyal magnetik secara terus-menerus dari waktu ke waktu, medan magnet perlu direkam ulang, yang membuat penggunaan menjadi tidak nyaman.

(4) Induktosin

Keuntungan dari inductosyn adalah biaya pembuatan yang rendah, pemasangan dan penggunaan yang mudah, dan persyaratan yang rendah untuk kondisi lingkungan kerja; Kerugiannya adalah metode pemrosesan sinyal relatif kompleks, dan akurasi pengukuran dibatasi oleh metode pengukuran (akurasi pengukuran metode pengukuran tradisional sekitar 2-5 μm）。

Menurut metode keluaran sinyal yang berbeda, sensor dapat dibagi menjadi dua kategori: analog dan digital. Sensor digital dapat dibagi menjadi beberapa jenis: inkremental, absolut, dan modulasi sinyal.

Dalam sistem pengujian komputer, sinyal keluaran sensor analog perlu didigitalkan menggunakan konverter analog-ke-digital (A/D), dan biaya konversi A/D tinggi dalam situasi resolusi tinggi. Selain itu, memecahkan masalah anti-interferensi sinyal analog kecil (seperti level microvolt) juga cukup sulit.

Dalam sensor digital, pembuat enkode absolut dapat mengeluarkan sinyal digital paralel tanpa memerlukan konversi A/D, membuatnya mudah untuk berinteraksi dengan komputer. Namun, dengan peningkatan akurasi pengukuran, biaya pembuat enkode absolut juga meningkat, bahkan lebih tinggi daripada biaya konversi A/D presisi tinggi, sehingga sulit diterima di banyak aplikasi praktis. Sensor inkremental dan sensor modulasi sinyal memiliki biaya produksi yang lebih rendah dan kemampuan anti-interferensi yang lebih kuat. Mereka dapat menggunakan teknologi subdivisi untuk meningkatkan resolusi secara signifikan tanpa mengubah kerapatan garis enkoder. Oleh karena itu, kedua jenis sensor ini paling sering digunakan dalam pengukuran akurasi rantai transmisi. Sensor inkremental umum termasuk enkoder inkremental kisi, sensor kisi magnetik, enkoder kisi kapasitif, dll; Sensor modulasi sinyal terutama meliputi inductosyn, interferometer laser, seismograf, transformator putar, dll.

3. Metode pengukuran dinamis untuk kesalahan transmisi peralatan mesin

Prinsip pengukuran dasar kesalahan transmisi: Desain θ 1 、 θ 2 mewakili perpindahan (perpindahan sudut atau perpindahan linier) dari poros input dan output, dan rasio transmisi teoritis antara input dan output adalah i, seperti yang ditunjukkan pada θ Sebagai patokan , perbedaan antara perpindahan sebenarnya dari poros keluaran dan perpindahan teoretis adalah kesalahan rantai transmisi δ， Yaitu δ＝θ 2- θ 1/i。 Menurut sinyal perpindahan θ 1、 θ 2, metode pengukuran kesalahan transmisi dapat dibagi menjadi dua kategori: metode pengukuran perbandingan fase dan metode pengukuran penghitungan.

3.1 Metode pengukuran untuk perbandingan fase kesalahan transmisi alat mesin

Sinyal keluaran dari dua sensor θ 1、 θ Hubungan fase antara 2 mencerminkan kesalahan transmisi dari rantai transmisi. Ketika kesalahan transmisi TE=0, yaitu rasio transmisi konstan, θ 1、 θ Pertahankan hubungan fase konstan antara 2; Ketika rasio transmisi i berubah, θ 1、 θ Hubungan fasa antara 2 juga berubah. Metode pengukuran perbandingan fase dicapai dengan mengukur θ 1、 θ Hubungan fase antara 2 digunakan untuk mengukur kesalahan transmisi TE secara tidak langsung. Dengan berkembangnya teknologi digital dan komputer, metode pengukuran perbandingan fasa telah melalui proses pengembangan dari perbandingan fasa analog menjadi perbandingan fasa digital dan kemudian menjadi perbandingan fasa digital komputer.

(1) Metode perbandingan fasa analog

Pengukur fase pemicu yang umum digunakan mengadopsi metode perbandingan fase analog. Prinsip perbandingan fase analog: Setelah pembagian frekuensi, dua sinyal menjadi sinyal dengan frekuensi yang sama dan memasuki pembanding fase. Perbedaan waktu di antara mereka Δ T bergantung pada θ 1、 θ Perbedaan fasa antara 2 δ （t）。 Setelah diidentifikasi oleh pemicu bistable, Δ Ubah t menjadi besaran analog yang sesuai dengan siklus kerja gelombang persegi panjang perbandingan fasa Δ u . Perubahan siklus tugas mencerminkan kesalahan transmisi dari rantai transmisi.

Sistem pengukuran perbandingan fase analog memiliki masalah berikut: ① δ (t) Adalah fungsi periodik yang mengambil 2 π sebagai periode dan berubah menurut aturan tertentu. Misalkan f adalah frekuensi perubahan fase, ω＝ Jika 2 π f adalah frekuensi sudut, maka ada δ （t）＝ δ （ ω t）。 Saat membandingkan dua sinyal, pengukuran fase adalah pengukuran berulang dengan siklus 1/ f, ditentukan dengan kondisi 0 ≤ δ （ ω t) ≤ 2 π menunjukkan bahwa, Δ U dan δ (t) Memiliki hubungan linier. karena δ （ ω t) Karena perubahan periodik, diperlukan untuk mensimulasikan konstanta waktu dari header rekaman τ Periode kurang dari perbedaan fase dari perubahan yang diukur, yaitu τ≤ 1/f, sebaliknya, ketika pembacaan yang akurat belum diperoleh dalam siklus perubahan fase sebelumnya, siklus berikutnya sudah mulai berulang, sehingga tidak mungkin untuk mencatat perubahan perbedaan fase secara real time. Oleh karena itu, kinerja pengukuran dinamis dari metode perbandingan fase simulasi buruk dan tidak dapat beradaptasi dengan persyaratan pengukuran dinamis dari analisis dan pemrosesan waktu nyata. Resolusi pengukuran dan rentang pengukuran saling dibatasi. Jika resolusi ditingkatkan, jangkauan akan dikurangi. Oleh karena itu, rangkaian pemilihan rentang perlu dikonfigurasi, dan perbedaan fasa dari sinyal yang diukur harus kurang dari 360 ° Diperlukan bahwa dua sinyal yang memasuki pembanding fasa memiliki frekuensi yang sama, yaitu hanya frekuensi dan fasa yang sama perbandingan dapat dilakukan. Oleh karena itu, pembagi frekuensi/pengganda frekuensi dari kedua sinyal harus memenuhi persyaratan perubahan rasio transmisi. Struktur sirkuitnya rumit, kemampuan anti-interferensinya buruk, dan cakupan aplikasinya kecil.

(2) Metode perbandingan fase digital

Perbandingan fasa digital dicapai dengan menggunakan gerbang logika dan penghitung, dan perbedaan fasa langsung dihasilkan dalam bentuk digital. Prinsip perbandingan fase: Dua sinyal dengan frekuensi yang sama θ 1、 θ Setelah amplifikasi dan pembentukan, dua set sinyal pulsa u1 dan u2 diperoleh, yang masing-masing dikontrol untuk menghidupkan dan mematikan penghitung melalui rangkaian gerbang logika. Hasil pencacahan pencacah adalah θ 1、 θ Interval waktu antara 2 Δ t. Berbeda dengan beda fasa δ(t) Proporsional. Jika periode sinyal pembanding fasa adalah T, maka ada δ （t）＝2π Δ t/T。e nilai-t tidak hanya bergantung pada perbedaan fasa antara dua sinyal δ (t) Dan juga terkait dengan frekuensi dari dua sinyal. Oleh karena itu, untuk mendapatkan hasil pengukuran presisi tinggi, perlu dipastikan bahwa sinyal pulsa pembanding fasa dan sinyal jam memiliki akurasi yang tinggi. Dalam periode perbandingan fasa T, faktor apa pun yang menyebabkan perubahan frekuensi sinyal perbandingan fasa akan mempengaruhi hasil pengukuran Meskipun perbandingan fasa digital mengkompensasi beberapa kekurangan perbandingan fasa analog dan meningkatkan stabilitas dan keandalan pengukuran, itu tetap hanya bisa diterapkan pada perbandingan fase frekuensi yang sama.

(3) Metode perbandingan fase subdivisi berbasis komputer mikro

Sejak 1980-an, komputerisasi instrumen pengujian telah menjadi tren perkembangan penting dalam teknologi pengukuran. Dalam pengukuran kesalahan transmisi alat mesin, metode perbandingan fase subdivisi komputer mikro sudah mulai banyak digunakan.

Metode perbandingan fase subdivisi komputer mikro adalah aplikasi terkomputerisasi dari metode perbandingan fase digital. Karena logika yang kuat, operasi numerik, dan fungsi kontrol komputer, mudah untuk mencapai subdivisi jam frekuensi tinggi, perbandingan fase, dan output dari dua sinyal. Oleh karena itu, produksi sirkuit periferal relatif sederhana. Kesalahan transmisi adalah δ （t）＝2πNt/N。 Selama proses perbandingan fase, pulsa frekuensi tinggi φ Tidak lagi dihasilkan oleh sirkuit osilasi eksternal, tetapi langsung menggunakan jam internal CP komputer; Penghitungan pulsa CP tidak lagi menggunakan pencacah rangkaian gerbang logika, tetapi menggunakan pewaktu/pencacah yang dapat diprogram di dalam komputer. Metode pengukuran perbandingan fase subdivisi komputer mikro memiliki keuntungan sebagai berikut: ① Sinyal perbandingan dua fase tidak perlu memiliki frekuensi yang sama (yaitu rasio transmisi dari rantai transmisi yang diukur dapat berupa nilai apa pun), dan dalam perhitungan kesalahan rantai transmisi, rasio transmisi adalah konstan. ② Perbedaan fasa dapat berupa nilai apa pun dan tidak terbatas pada perbedaan fasa kurang dari 360 ° Integrasi subdivisi jam dan perbandingan fasa telah tercapai, sangat menyederhanakan sirkuit antarmuka perangkat keras. Karena fakta bahwa pembagian frekuensi dari penghitung yang dapat diprogram dapat dikontrol oleh perangkat lunak komputer, frekuensi pengambilan sampel dapat dengan mudah disesuaikan untuk beradaptasi dengan pengukuran kesalahan rantai transmisi pada kecepatan yang berbeda Sistem ini memiliki subdivisi dan akurasi pengukuran yang tinggi, membuatnya mudah untuk membentuk sistem pengukuran yang cerdas dan multifungsi.

3.2 Metode penghitungan dan pengukuran untuk kesalahan transmisi alat mesin

Perbandingan fase analog dan perbandingan fase digital berada dalam perbandingan fase frekuensi yang sama. Untuk mendapatkan sinyal perbandingan fase frekuensi yang sama, pertama-tama perlu membagi rasio transmisi; Untuk memastikan bahwa setiap rentang kesalahan tidak menyebabkan pembalikan fase 2 π, pembagian rentang juga diperlukan. Karena pengurangan resolusi pengukuran yang disebabkan oleh pembagian frekuensi, perlu dilakukan penggandaan frekuensi sebelum pembagian frekuensi, yang membuat sistem pengukuran menjadi lebih kompleks. Selain itu, rasio transmisi non integer tidak dapat diukur karena ketidakmampuan untuk membagi frekuensi.

Metode pengukuran pencacahan digital menggunakan perbandingan fase frekuensi yang tidak sama, sehingga tidak perlu membagi frekuensi dua sinyal pulsa. Hubungan numerik antara pulsa output dari dua sensor dapat langsung digunakan untuk menghitung error transmisi bed.

(1) Metode pengukuran penghitungan langsung

Prinsip metode pengukuran penghitungan langsung: Tetapkan jumlah sinyal keluaran per putaran sensor poros masukan dan keluaran sebagai λ 1、 λ 2. Pilih poros keluaran θ Sebagai sumbu referensi, interval sampling T sama dengan θ Periode a sinyal 2-pulsa atau kelipatan bilangan bulatnya. Menurut definisi kesalahan transmisi, kesalahan transmisi pada sampling j adalah: δ （j）＝［N1（tj）-N2（tj）（i λ 1/ λ 2）］2π/ λ 1。
karena θ 1、 θ 2 adalah deret pulsa diskrit dalam waktu, maka selama proses pengukuran, interval waktu sampling (N2) θ Dalam 2 pulsa θ Hitungan N1 (tj) dari 1 pulsa bervariasi dari waktu ke waktu dan biasanya non integer . Dengan cara ini, bagian desimal Δ Kesalahan yang menyebabkan Δ 2π/ λ 1 diabaikan. Selain itu, sistem transmisi sebenarnya (i) λ 1/ λ 2) Tidak harus selalu bilangan bulat, yaitu pulsa θ Frekuensi 1 belum tentu θ Jika teori N1 diperlakukan sebagai kelipatan bilangan bulat dari 2, maka akan menyebabkan teori kesalahan dan membatasi jangkauan aplikasinya.

(2) Metode pengukuran penghitungan subdivisi berbasis mikrokomputer

Langkah-langkah pengukuran metode pengukuran penghitungan subdivisi komputer mikro adalah: ① Yang sebelumnya θ 2 pulsa sebagai sinyal pembuka pintu, yang terakhir θ Menggunakan 2 pulsa sebagai sinyal penutup pintu, gunakan penghitung untuk θ Hitung jumlah pulsa N0 dari 1; ② Menggunakan CP pulsa jam untuk memasangkan urutan pulsa θ 1. Lakukan subdivisi interpolasi ke θ Nilai hitungan periode desimal T dari 1 sinyal pulsa Δ Hitung nilai hitungan periode bilangan bulat T2 secara terpisah; ③ Hitung kesalahan transmisi: δ （t）＝（N0+T Δ/ T2-i λ 1/ λ 2）2π/ λ 1。

Metode pengukuran penghitungan subdivisi komputer mikro memiliki keuntungan sebagai berikut: ① Dapat secara efektif mengurangi kesalahan pengukuran Δ；② Sepenuhnya memanfaatkan sumber daya komputer internal dan kontrol perangkat lunak untuk menyederhanakan sirkuit perangkat keras eksternal; ③ Mengintegrasikan pengambilan sampel pengukuran, pemrosesan data, dan analisis hasil telah mencapai pengukuran cerdas.