专利名称：单通道转动误差处理测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器在工作状态下和零件在相反作用时机械零件有效实体尺寸 误差实时测量的单通道转动误差处理测试仪，用于旋转类零件或元件或传动链误差的测量。
背景技术：
目前，在机械零件实体尺寸误差测量方面，普遍使用多种系列和型号的精密仪 器进行离线测量，但由于受材料特性、加工装配等因素的影响，机器在工作状态下零部 件作用时零件有效实体尺寸误差同零件离线测量的实体尺寸误差不相等，这样就造成仪 器检测后“合格”的零件装配出的机器达不到设计的技术指标；也有可能装配工艺细节 上的不正确，零件合格但装配出的机器达不到设计的技术指标，或者装配不出工作在最 佳状态的机器；还有负载在机器旋转一周中是规律性变化的，调整机器工作在最佳状态 也有困难。为了克服这些问题，技术人员利用传感器技术、故障诊断等间接处理的技术 手段，努力寻找合适的零件误差和加工装配工艺，试图解决这一技术问题，但至今没有 得到完善的技术支持。
发明内容
为了克服机器在工作状态下和零件在相互作用时不能测量零件有效实体尺寸误 差的问题，本发明提供一种单通道转动误差处理测试仪，在机器工作状态和零件相互作 用时，能够实时测量并通过处理误差数据后得到零件相互作用时转动零件的有效实体尺 寸误差，通过转轴瞬时角速度变化分析负载规律。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是单通道转动误差处理测试仪由单 通道转轴定点瞬时角速度采样传感器和处理该传感器输出数据的二次仪表组成，安装在 一个可手持机壳上，以便操作人员方便使用。当该传感器测头顶在转轴的轴心上时，在 转轴旋转任一周
点上采样一个样本χ (t) = {Xl⑴，X2 (t),……，xN(t)},并计算出均值mx(t)= E[x(t)],其中Xl(t)(i=l，2，……，N)为对应脉冲Δ (j^在时间轴上的宽度，则转轴 在Φ]点的瞬时角速度ω, = (k · Δ Φ)/Χι( ),令k · Δ φ = 1，即通过比例放大进行 “归一性”处理，可计算出转轴在Φ]点的比例瞬时角速度ωι= 1/Xi(t)及均值m= 1/ [l/ΝΣχ,ω]，该方法称为比例测量法；三是在
和 mx = 1/[1/ΝΣΧ々+^0]。本发明可实现这样的目的在零件旋转的情况下，这三种方法一是测量转速，可判断机器运转的宏观状态；二是假设拖动轴是平稳，利用一个圆周
在图2中，二次仪表由电池组E供电，LEDl和3DU分别表示附
图1中高亮度 平行光光电二极管和光电三极管。开机时，当第一次按下开关T1时迅速向电容C2和R4 充电，然后通过Dp R1, R2使开关管9014闭合，两级开关9012(1，2)和开关管3DK4B 也闭合导通，R3、R5和R6调整对应9012(1，2)和3DK4B的工作点，向二次仪表电路提 供电源Vci，同时使单片机89C52复位，判断后P36 = I,自锁。因为3DK4B导通，高 亮度平行光光电二极管LEDl经限流电阻R7连接后被点亮。关机时，也按下开关T1, 89C52判断后P3.6 = 0，Vci = 0。为了使二次仪表电路能正常工作，E > 3.7V。光电 三极管3DU接收到光电二极管LED的辐射光时，经555组成的触发器输出高电平，同时 采样指示光电二极管LED2熄灭，反之，输出低电平，LED2点亮。R8和W1调整脉冲 宽度Δ φ。R9是LED2的限流电阻。T2是手动设置键，连接89C52的Ρ3.2脚，按下开 关乃时，通过中断向89C52提供工作方式的判断信号。二次仪表电路选择液晶显示器件 ED-S811显示，管脚2、4、8、28、33和COM(l，40)连接。4047通过R6和C。组成振 荡器，输出和 SD-S811 的 COM、4056(1、2、3、4)的管脚 6、4070(1)的管脚(2、6、 12)、4070(2)的管脚(2、12)连接，动态液晶显示。89C52管脚P3.7、P31、P3.5输出信号 和由4047、R0, Ctl组成的振荡器信号经4070(1)处理驱动ED-S811的LB、lbc、3dp, 管脚P3.Q、P3.4输出信号和该振荡器信号经4070⑵处理驱动ED-S811的|和4dp。89C52 WP1 口输出信号经4056(1、2、3、4)驱动ED-S811的4位7段码，其中P^ Plj用于 控制，同4056(1，2，3，4)的管脚1连接， P1J为4位BCD码，同4056(1，2， 3，4)的管脚 2、3、4、5 连接。4056(1，2，3，4)的管脚(9 15)连接 ED-S811 的 2a 2g、3a 3g、4a 4g和5a 5g。二次仪表电路共地。使用89C52的内部程序 存储器，所以EA= 1。
具体实施例方式图3中，1.橡胶测头，2.定位点标志，3.显示屏，4.开关键，5.手动设置键， 6.机壳，7.采样指示。将转轴角速度定点预采样器和定点角速度光电转换器分别安装在机壳的两个定 位底座上，组成单通道转轴定点瞬时角速度采样传感器，再和固定在机壳内的二次仪表 电路连接，并在嵌入式的单片机系统内装入有效程序后，装配成单通道转动误差处理测 试仪如图3。在图3所示的实施例中，橡胶测头(1)顶在转轴轴心时同转轴同步旋转，定 位点标志2指示转轴的角位移位置，采样或测试数据通过显示屏3显示。采样时，采样指 示7熄灭。操作人员可直接手持机壳6进行测试。按下开关键4，单通道转动误差测试 仪开始工作，再按下时关机。测试或采样选择用手动设置键5选择。测试时，将测头沿 轴线方向顶在转动轴的轴心上时，在圆周内任一点和延迟点上采样误差数据，可分析计 算出零件的有效实体尺寸误差，为装配机器指示误差变小的方向，也可以测试拖动轴一 周内负载的变化规律，改变操作工艺，提高设备的工作效率，对设备进行技术改造。为 了较详细地叙述具体实施方式
，下面附上XYC-I型转动误差处理测试仪的使用说明书内 容，进行叙述。其中I型表示单通道，即单通道转动误差处理测试仪。XYC-I型转动误差处理测试仪使用说明一、XYC-I型转动误差处理测试仪尺寸及按键、指示说明
5
XYC-I型转动误差处理测试仪机壳长X宽X高=13cmX7cmX4cm,测头和测 杆伸出部分长度约为5.5cm，按键、指示等参看图4和图5说明。二、使用范围XYC-I型转动误差处理测试仪是一种手持式测量或误差采样处理仪器，由转轴 定点角速度精密采样传感器和二次仪表组成，安装在可手持的台式机壳上，数字显示， 是为机械设备维修操作及管理人员、机械设备装配及调试人员和产品设计工程师专门研 究制造的一款简单测试仪表；研究型为分体式双测头结构，用于复杂系统转动误差数据 的精密测量、采样及传动链误差对设备工作性能影响的复杂测量。使用该仪器为他们解 决下面的问题(1)在设备运行过程中，通过采样转动轴误差及相关轴误差后对该误差数据的 处理，分析负载、干扰、零件制造及安装误差对设备运行的复杂影响，为机械设备维修 操作及管理人员提供使设备向最佳运行方向调整的有用信号。例如在抽油机的工作过程 中，分析负载和抽油机运行规律的复杂关系，提高出油效率。(2)在设备的装配及调试过程中，组成传动链各零件的制造误差合成为传动链误 差，按误差性质可划分为系统误差和随机误差。通过测量这些误差值，得到组成传动链 的各个零件的误差同传动链误差的合成关系，指示装配及调试人员调整其相对的传动位 置，把这些误差的影响合理分配，达到改善机械系统整体性能的目的。例如机床、采矿 机械、工程机械、工业电炉等生产企业。(3)在设计新型机械设备或对该类产品进行技术改造的过程中，采样转动轴误差 信号并对其误差数据进行处理，分析单个零件制造误差和力学性能对设备运行状态的影 响，帮助产品设计工程师进行更深入的研究。XYC-I型转动误差处理测试仪可广泛使用于厂、矿等企业的生产过程检测， 用于科研单位、计量部门和大专院校实验室，包括石油、煤炭、冶金、电力、纺织、机 械、交通运输等工业领域。三、工作原理XYC-I型转动误差处理测试仪提供了各自独立的转动轴误差数据采样处理方 法，包括①、转速计，用PP-I表示，根据频率法、周期法或两者兼顾使用。②、定点 角速度样本采样处理器，用PP-2表示。定点样本采样处理过程是这样实现的，转轴旋转 每周为2 π，在
内，精确采样转 轴转过采样区间Δ Φ内的时间tl，因为Δ Φ值较小且可视为真值，则在点转轴的角速 度ω, = (k · ΔΦ)/ ι0令k · ΔΦ = 1，即通过比例放大进行“归一性”处理，可计 算出转动轴在^点的角速度Oi=IzV注意到^定义在
，其中Xl(t)(i = l，2，......，N)为对应脉冲Ac^在时间轴上的宽度，则转轴在小，点的瞬时角速度ωι= (k · Δ Φ)/Χι( ),令k · Δ φ = 1，即通过比例放大进行“归一性”处理，可计算出转轴在t点的比例瞬时角速度ωι = 1/Xl(t)及均值m= Ι/ρ/ΝΣχ,ω]，该方法称为比例测量法；三是在
和延迟点+ 上，同样得到比例瞬时角速度ω, = 1/Xi(t)和ωιπ = 1/χιπ (t)及对应 值 m= Ι/μ/ΝΣχ,ω]和 = Ι/μ/ΝΣχ^+^Ο]。
2.根据权利要求1所述的单通道转轴定点瞬时角速度采样传感器其特征是由转轴角速 度预采样器和定点角速度光电转换器组成，由底座安装定位。转轴角速度预采样器的技 术方案是把转轴在定点位置的角速度转换为传感器主轴在定点位置的角速度，通过定位 点标志把定点采样套的平行光初级光窗口和被测量轴角位移位置建立定位关系。定点角 速度光电转换的技术方案是通过平行光光窗口把非平行光进行剥离，然后在对称位置采 样平行光信号，通过光电三极管输出。
3.根据权利要求1和权力要求2所述的多级平行光窗口，其特征是多级平行光光窗口 的孔直径逐级缩小。
全文摘要
一种单通道转动误差处理测试仪，能够在机器工作状态下和零件在相互作用时实时测量零件有效实体尺寸误差，通过转轴瞬时角速度变化分析负载规律。将转轴角速度定点预采样器和定点角速度光电转换器分别安装在机壳的两个定位底座上，组成单通道转轴定点瞬时角速度采样传感器，再和固定在机壳内的二次仪表电路连接，并在嵌入式单片机系统内装入有效程序，装配成单通道转动误差处理测试仪如附图所示。将测头沿轴线方向顶在转动轴轴心上，在圆周内任一点和延迟点上采样误差数据，可分析计算出零件的有效实体尺寸误差，为装配机器指示误差变小的方向，也可以测试拖动轴一周内负载的变化规律，改变操作工艺，提高设备的工作效率，对设备进行技术改造。
文档编号G01P3/36GK102022988SQ20091002401
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月22日 优先权日2009年9月22日
发明者许琸凯 申请人:西安元基测控仪器有限责任公司