一种齿轮箱传动误差的高精度检测装置

技术领域

本发明涉及测控技术领域，尤其涉及一种齿轮箱传动误差的高精度检测装置。

背景技术

齿轮传动系统应用于各行各业，随着工业的进步对制造业提出来更高的要求，齿轮制造、齿轮箱装配、材料形变等都会造成齿轮误差。传动误差的检测方法有使用简单的光学仪器的静态测量方法，虽测量过程简单、造价低，但使用范围具有很大的局限性。动态的测量方法主要有光栅法、惯性法和时栅法等。惯性法是一种高精度的动态测量方法，它利用物体的惯性原理，产生理想的匀速旋转运动，与被测的不均匀旋转运动相比较而得到角位移偏差的一种测量方法。惯性法的测量精度高，测量频域范围宽，但是，惯性法对于低频的运动误差，因受其固有频率限制是不能测量的。光栅法可测量传动比范围广，但一般比较昂贵。时栅角位移分频器定子和转子的加工误差对测量精度有一定的影响。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中的不足，本申请提出了一种采用高精度的绝对式位移传感器检测齿轮转动，并利用脉冲扩宽电路接收高速脉冲信号，读取脉冲并利用误差程序补偿齿轮圈数。并通过高精度的脉冲检测电路测量齿轮比，具体包括输入整流隔离电路、时栅角位移分频器、高速脉冲展宽器电路等，输入整流隔离电路可以把交流信号变为脉冲信号，时栅角位移分频器可以细分角度脉冲提高精度，高速脉冲展宽器电路可以把脉冲高电平信号时间延长提高信号稳定性。

本发明提供的一种齿轮箱传动误差的高精度检测装置，具体包括以下：处理器、绝对式位移传感器、输入整流隔离电路、时栅角位移分频器和脉冲展宽器电路；

所述绝对式位移传感器与所述输入整流隔离电路电性连接；所述输入整流隔离电路与所述时栅角位移分频器电性连接；所述时栅角位移分频器与所述脉冲展宽器电路电性连接；所述脉冲展宽器电路与所述处理器电性连接；

所述绝对式位移传感器，用于对齿轮箱的齿轮转动信息进行测量，输出交流信号；所述输入整流隔离电路，用于将所述交流信号转化为脉冲信号；所述时栅角位移分频器，用于细分所述脉冲信号，得到细分脉冲信号；所述脉冲展宽器电路，用于将所述细分脉冲信号进行延长，得到延长后的稳定脉冲信号；所述处理器对所述稳定脉冲信号进行误差补偿，得到齿轮箱最终的实际齿轮传动比。

本发明提供的有益效果是：误差测量过程简单、造价低、测量范围广且精度高。

附图说明

图1是本发明一种齿轮箱传动误差的高精度检测装置结构图；

图2是本发明绝对是位移传感器结构示意图；

图3是本发明输入整流隔离电路原理图；

图4是本发明时栅角位移分频器的原理图；

图5是本发明脉冲展宽器电路原理图；

图6是本发明处理器进行数据采集部分流程图；

图7是本发明处理器进行数据处理部分流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，一种齿轮箱传动误差的高精度检测装置，包括以下：

处理器、绝对式位移传感器、输入整流隔离电路、时栅角位移分频器和脉冲展宽器电路；

所述绝对式位移传感器与所述输入整流隔离电路电性连接；所述输入整流隔离电路与所述时栅角位移分频器电性连接；所述时栅角位移分频器与所述脉冲展宽器电路电性连接；所述脉冲展宽器电路与所述处理器电性连接；

所述绝对式位移传感器，用于对齿轮箱的齿轮转动信息进行测量，输出交流信号；所述输入整流隔离电路，用于将所述交流信号转化为脉冲信号；所述时栅角位移分频器，用于细分所述脉冲信号，得到细分脉冲信号；所述脉冲展宽器电路，用于将所述细分脉冲信号进行延长，得到延长后的稳定脉冲信号；所述处理器对所述稳定脉冲信号进行误差补偿，得到齿轮箱最终的实际齿轮传动比。

请参考图2，图2是本发明绝对是位移传感器结构示意图；绝对式位移传感器是利用两个物体相对位移测量相对位移，再利用电磁学将动测头和定测头的运动坐标变为位移测量系统，具体检测原理如图1所示。位移坐标的旋转角度为360°，在齿轮不转的中心轴位置安装一个定测头，在转动的齿轮位置安装一个动测头，两个测头要求都垂直于磁场，随着齿轮转子转动，动定测头之间会产生角度，角度不同对应不同的电势能，利用电势能和初级相位就可以实现脉冲，对脉冲计算并补偿后就可以计算出齿轮数及传动比。

请参考图3，图3是本发明输入整流隔离电路原理图；所述输入整流隔离电路，具体为过零点检测电路，包括：电阻R466、R467、R468、电阻R469、电感C381、电感C382和光耦；所述电阻R468的一端为交流信号的输入端L，另一端与所述电阻R469的一端、电感C381的一端、电感C382的一端、光耦的4脚电性连接；所述电阻R469的另一端与所述电感C381的另一端、电感C382的另一端、光耦的6脚电性连接，共同作为交流信号的输入端N_IN；所述光耦的3脚接+5V电源；所述光耦的1脚与电阻R466的一端电性连接；所述电阻R466的另一端与所述电阻R467的一端电性连接；所述电阻R467的另一端接地；所述电阻R466的另一端还作为输入整流隔离电路的OUT端；

过零检测电路需要+5V电源，由于L和N_IN为交流正弦波，大部分电压加在功率电阻R468和分流电阻R469上，由于光耦TLP160上的电压太小此处忽略不计。正弦波为正向时光耦正向导通，光耦发送一个高电平信号，输出接口部分分流电阻R467阻值4.7KΩ，限流电阻R466阻值为1KΩ，双向光耦为选用芯片TLP160，整个电路的响应速度为20ms。

请参考图4，图4是本发明时栅角位移分频器的原理图；所述时栅角位移分频器，包括异或门和计数器；所述异或门与所述计数器电性连接；所述异或门用于获取所述输入整流隔离电路的脉冲信号的宽度；所述计数器根据所述脉冲信号的宽度判断边沿触发模式，并根据预设的时钟信号对所述脉冲信号进行分频，得到细分脉冲信号；

为保证齿轮高速转动时的精度，需要对时栅角位移传感器输出的信号进行分频，时钟信号为80MHz的高频信号，结合图4可以看出，64位计数器可以测量高转速下的转动角度，分频器中的异或门可以用来获取传感器中的脉冲宽度，脉冲宽度的判断为边沿触发模式，上升沿为触发信号，下降沿为结束信号，最后计数器把脉冲结果发送给输入输出模块。

请参考图5，图5是本发明脉冲展宽器电路原理图；所述脉冲展宽器电路，包括电阻R470-电阻R477、电感C383-电感C384、第一比较器和第二比较器；所述电阻R471的一端与所述第一比较器的5脚、电阻R470的一端电性连接，另一端接地；所述电阻R470的另一端与二极管D54的负极电性连接；所述二极管D54的另一端与电阻R477的一端、第二比较器的7脚、电阻R476的一端电性连接；所述电阻R477的另一端与所述电阻R475的一端、电阻R474的一端、第二比较器的5脚电性连接；所述电阻R475的另一端接地；所述电阻R474的另一端与第一比较器的7脚电性连接；所述第二比较器的6脚与所述电感C384的一端电性连接；所述电感C384的另一端与电阻R476的另一端电性连接；所述第二比较器的4脚、第一比较器的4脚接+3.3V电源；所述第二比较器的13脚、第一比较器的13脚接地；所述第一比较器的6脚与所述电阻R472的一端、电感C383的一端电性连接；所述电阻R472的另一端与所述电阻R473的一端电性连接；所述电阻R473的另一端与所述电感C383的另一端电性连接，并共同接地；所述电阻R471的一端作为细分脉冲输入端IN_pluse；

两个比较器组成一个单稳态触发器，可以输出一个100ns脉宽的PWM信号，比较器TLC6752A起到限制触发作用，比较器TLC6751B起到单稳态触发作用。比较器A施加了一个11mV的偏置电压，可以消除比较器偏差和系统误差[7]，电路中R472和C383起到定时器作用，系统上电后电容器C383开始充电，在100ns后OUT_pluse变为低电平，从这个时候开始新脉冲会重新开启定时模式，如果输出信号频率或脉宽需要调整，电容器可以增加容值。

所述处理器对所述稳定脉冲信号进行误差补偿，得到齿轮箱最终的实际齿轮传动比，涉及到软件处理；本申请中，软件部分包括数据采集和数据处理；

请参考图6，数据采集部分的软件配置以下位机为主，系统上电复位后MCU会初始化部分参数设置，其中包括串口、中断和计数器等方式，除此之外的分频及计数器已经在硬件部分表述清楚，具体软件配置过程见图5。系统上电后下位机先要进行MCU初始化，包括启动时钟、系统自检等功能，然后设置串口通讯的波特率和接收发送寄存器，同时打开中断寄存器并开始计数，计数器判断脉冲边沿并触发后初始化和复位FIFO，然后开始检测齿轮转速。齿轮转动过程中会有振动产生，信号会产生白噪声等误差，传感器也会出现丢失脉冲的现象，为了保证传动数据的准确性，需要把脉冲信号分开检测，这样才能保证输入信号的准确度。

请参考图7，图7是本发明处理器进行数据处理部分流程图，具体包括以下步骤：

S101：所述处理器在预设周期内检测所述稳定脉冲信号的频率，以此判断所述所述齿轮箱的转速状态；

S102：若所述稳定脉冲信号频率超过预设值，则所述齿轮箱处于高转速状态；所述稳定脉冲信号输入至计数器；否则所述稳定脉冲信号输入至编码器；

S103：对存入计数器和编码器的稳定脉冲信号进行阈值滤波，得到去除振荡频率的稳定脉冲信号；

S104：将去除振荡频率的稳定脉冲信号存入传动数组；

S105：计算所述传动数组的误差，该误差包括齿轮当量啮合传递误差和同步传递误差。当量啮合传递误差为

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。