鉆床的傳動差錯(cuò)是指在鉆床傳動鏈的輸入軸驅(qū)動且為剛性的條件下，其輸出軸的實(shí)踐位移與理論位移之差。鉆床上完成工件外表成形所需復(fù)合運(yùn)動的傳動鏈——"內(nèi)聯(lián)系"傳動鏈的兩結(jié)尾履行元件之間有一直嚴(yán)厲堅(jiān)持符合給定需求的運(yùn)動聯(lián)系。傳動鏈的傳動精度是指其傳遞運(yùn)動的程度，可用傳動差錯(cuò)來衡量。因?yàn)殂@床實(shí)踐存在傳動鏈差錯(cuò)，致使工件外表成形運(yùn)動軌道存在差錯(cuò)，終究反映到被加工工件上即導(dǎo)致成形外表的形狀差錯(cuò)等。因?yàn)殂@床傳動鏈由齒輪副、蝸輪蝸桿副、螺紋副等構(gòu)成，因而傳動鏈差錯(cuò)來歷于這些傳動元件的加工精度及裝置精度。從運(yùn)動學(xué)視點(diǎn)來講，全部導(dǎo)致瞬時(shí)傳動比違背給定傳動需求的要素均是傳動鏈差錯(cuò)的來歷。

對鉆床傳動差錯(cuò)的丈量是對傳動差錯(cuò)進(jìn)行有用抵償?shù)臈l件，因而鉆床傳動差錯(cuò)的丈量一直是機(jī)械傳動技能的一項(xiàng)重要研究課題。鉆床傳動差錯(cuò)的根本丈量方法是在鉆床的有關(guān)部位裝置傳感器，借助于選用機(jī)、光、電原理的丈量儀器并運(yùn)用差錯(cuò)鑒定理論對鉆床傳動體系各環(huán)節(jié)的差錯(cuò)進(jìn)行丈量、剖析及調(diào)整，然后找出差錯(cuò)發(fā)作的原因及改動規(guī)則。

2.傳感器的選用

依據(jù)傳動鏈結(jié)尾元件的運(yùn)動性質(zhì)正確、合理地選用、裝置傳感器是丈量傳動鏈運(yùn)動精度的條件。依據(jù)作業(yè)原理，鉆床傳動差錯(cuò)丈量常用傳感器可分為以下幾類：

（1）光柵傳感器

光柵傳感器的長處是信號處置方式簡單，運(yùn)用方便，丈量（聞名廠家如德國Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光柵傳感器精度可達(dá)1μm/m）；缺陷是光柵尺報(bào)價(jià)較貴重，對作業(yè)環(huán)境需求較高，玻璃光柵尺的線脹系數(shù)與鉆床紛歧致，易形成丈量差錯(cuò)。

（2）激光傳感器

激光傳感器（包含單頻和雙頻激光）具有較高的丈量精度，但丈量本錢也較高，對環(huán)境條件改動（如溫度、氣流、振蕩等）較靈敏，在出產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)用時(shí)有采納辦法丈量的穩(wěn)定性和性。

（3）磁柵傳感器

磁柵尺可分為線狀（有用丈量長度3m）和帶狀（有用丈量長度可達(dá)30m）兩種型式，其長處是制造本錢較低，裝置運(yùn)用方便，線脹系數(shù)與鉆床一樣；缺陷是丈量精度低于光柵尺，因?yàn)榇判盘枏?qiáng)度隨運(yùn)用時(shí)刻而不斷減弱，因而需要從頭錄磁，給運(yùn)用帶來不便。

（4）感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器的長處是制造本錢低，裝置運(yùn)用方便，對作業(yè)環(huán)境條件需求不高；缺陷是信號處置方式較雜亂，丈量精度遭到丈量方法的約束（傳統(tǒng)丈量方法的丈量精度約為2——5μm）。

當(dāng)前常用的幾類鉆床傳動差錯(cuò)丈量傳感器的有些運(yùn)用狀況見表1。

表1幾類常用傳感器的有些運(yùn)用狀況

傳感器類型-運(yùn)用單位-丈量分辨率：線位移（μm）-丈量分辨率：角位移（角秒）

光柵傳感器-東京大學(xué)，漢江鉆床廠-2，2-1

激光傳感器-單頻激光：北京鉆床所，東京大學(xué)-0.632-/

激光傳感器-雙頻激光：成都工具研究所，上海鉆床廠-0.158-/

磁柵傳感器-東京大學(xué)，重慶大學(xué)，華中理工大學(xué)，漢江鉆床廠，美國威斯康星大學(xué)-2-1

感應(yīng)同步器-山東工業(yè)大學(xué)，漢川鉆床廠-1，2-0.72

依據(jù)信號輸出方式的紛歧樣，可將傳感器分為模仿式和數(shù)字式兩大類。數(shù)字式傳感器又可分為增量式、肯定式和信號調(diào)制式等幾種。

在核算機(jī)測驗(yàn)體系中，模仿式傳感器的輸出信號需使用模數(shù)變換器（A/D）進(jìn)行數(shù)字化處置，而在高分辨率狀況下A/D變換的本錢較高，此外處置微小模仿信號（如微伏級）的抗干擾疑問也適當(dāng)困難。

在數(shù)字式傳感器中，肯定式編碼器可輸出并行數(shù)字信號，無需A/D變換，易與核算機(jī)接口。但隨著丈量精度的進(jìn)步，肯定式編碼器的本錢也越來越高，乃至高于A/D變換的本錢，因而在許多實(shí)踐運(yùn)用場合難以被承受。增量式傳感器和信號調(diào)制式傳感器的制造本錢較低，抗干擾能力較強(qiáng)，可在不改動編碼器刻線密度的狀況下選用細(xì)分技能大幅度進(jìn)步分辨率，因而在傳動鏈精度丈量中這兩類傳感器運(yùn)用。常見的增量式傳感器包含光柵增量編碼器、磁柵傳感器、容柵編碼器等；信號調(diào)制式傳感器有感應(yīng)同步器、激光干涉儀、地震儀、旋轉(zhuǎn)變壓器等。

3.鉆床傳動差錯(cuò)的動態(tài)丈量方法

傳動差錯(cuò)的根本丈量原理：設(shè)θ1、θ2別離為輸入、輸出軸的位移（角位移或線位移），輸入、輸出之間的理論傳動比為i，如以θ1作為基準(zhǔn)，輸出軸的實(shí)踐位移與理論位移的差值即為傳動鏈差錯(cuò)δ，即δ＝θ2-θ1/i。依據(jù)對位移信號θ1、θ2的丈量方法紛歧樣，傳動差錯(cuò)丈量方法可分為比相丈量法和計(jì)數(shù)丈量法兩大類。

3.1鉆床傳動差錯(cuò)比相丈量方法

兩傳感器的輸出信號θ1、θ2之間的相位聯(lián)系反映了傳動鏈的傳動差錯(cuò)。當(dāng)傳動差錯(cuò)TE＝0，即傳動比穩(wěn)守時(shí)，θ1、θ2之間堅(jiān)持穩(wěn)定的相位聯(lián)系；當(dāng)傳動比i發(fā)作改動時(shí)，θ1、θ2之間的相位聯(lián)系也隨之發(fā)作改動。比相丈量法即是經(jīng)過測定θ1、θ2之間的相位聯(lián)系來間接丈量傳動差錯(cuò)TE。隨著數(shù)字技能、核算機(jī)技能的發(fā)展，比相丈量法經(jīng)歷了從模仿比相→數(shù)字比相→核算機(jī)數(shù)字比相的發(fā)展過程。

（1）模仿比相法

常用的觸發(fā)式相位計(jì)即選用了模仿比相法。模仿比相的原理：兩路信號經(jīng)分頻后變?yōu)橥l率信號進(jìn)入比相計(jì)，它們之間的時(shí)差Δt取決于θ1、θ2之間的相位差δ（t）。經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器鑒別后，Δt變換為與比相矩形波占空比相對應(yīng)的模仿量Δu，占空比的改動即反映了傳動鏈的傳動差錯(cuò)。

模仿比相丈量體系存在以下疑問：①δ（t）是以2π為周期并按規(guī)則改動的周期函數(shù)，設(shè)f為相位改動頻率，ω＝2πf為角頻率，則有δ（t）＝δ（ωt）。兩信號比相時(shí)，相位丈量是以1/f為周期的重復(fù)丈量，由條件0≤δ（ωt）≤2π可知，Δu與δ（t）具有線性聯(lián)系。因?yàn)棣模é豻）呈周期改動，因而需求模仿記載表頭的時(shí)刻常數(shù)τ小于被測改動相位差的周期，即τ≤1/f，不然在前一個(gè)相位改動周期內(nèi)還未取得讀數(shù)時(shí)，后一個(gè)周期已開端重復(fù)，這樣就無法實(shí)時(shí)記載相位差的改動。因而模仿比相法的動態(tài)丈量性能較差，不能習(xí)慣實(shí)時(shí)剖析處置的動態(tài)丈量需求。②丈量分辨率與丈量規(guī)模相互制約，如進(jìn)步分辨率，則會減小量程，為此需裝備量程挑選電路，被測信號的相位差有小于360°。③需求進(jìn)入比相計(jì)的兩路信號頻率一樣，即只能進(jìn)行同頻比相，因而兩路信號的分頻/倍頻器有滿意傳動比改動需求，電路布局雜亂，抗干擾能力差，適用規(guī)模較小。

（2）數(shù)字比相法

數(shù)字比相選用邏輯門和計(jì)數(shù)器來完成，相位差直接以數(shù)字量形式輸出。比相原理：兩同頻信號θ1、θ2經(jīng)擴(kuò)大后兩組脈沖信號u1、u2，它們別離經(jīng)過邏輯門電路操控計(jì)數(shù)器的開、關(guān)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)成果即為θ1、θ2之間的時(shí)刻距離Δt，它與相位差δ（t）成正比。設(shè)比相信號周期為T，則有δ（t）＝2πΔt/T。

數(shù)字比相丈量法的特點(diǎn)為：①因?yàn)棣值不只取決于兩信號的相位差δ（t），并且還與兩信號的頻率有關(guān)。因而，為取得較的丈量成果，就有兩比相脈沖信號和時(shí)鐘信號均有較。在一個(gè)比相周期T內(nèi)，任何導(dǎo)致比相信號頻率改動的要素都將影響丈量成果。②盡管數(shù)字比相彌補(bǔ)了模仿比相的一些缺乏，丈量穩(wěn)定性和性有所進(jìn)步，但仍然只能適用于同頻比相。

（3）微機(jī)細(xì)分比相法

20世紀(jì)80年代以來，測驗(yàn)儀器微機(jī)化變成丈量技能的重要發(fā)展趨勢。在鉆床傳動差錯(cuò)丈量中，微機(jī)細(xì)分比相法開端廣泛運(yùn)用。

微機(jī)細(xì)分比相法是數(shù)字比相法的微機(jī)化運(yùn)用。因?yàn)楹怂銠C(jī)具有強(qiáng)壯的邏輯、數(shù)值運(yùn)算功用和操控功用，很容易完成兩路信號的高頻時(shí)鐘細(xì)分、比相及輸出，因而外圍線路的制造比較簡單。傳動差錯(cuò)為δ（t）＝2πNt/N。在比相過程中，高頻脈沖φ不再由外部振蕩電路發(fā)作，而直接選用核算機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘CP；脈沖CP的計(jì)數(shù)不再選用邏輯門電路計(jì)數(shù)器，而選用核算機(jī)內(nèi)的可編程守時(shí)/計(jì)數(shù)器。微機(jī)細(xì)分比相丈量法具有如下長處：①兩路比相信號無須頻率一樣（即被測傳動鏈的傳動比可為恣意值），在傳動鏈差錯(cuò)的核算中，傳動比為一常數(shù)。②比相相位差可為恣意值，不受相位差有小于360°的約束。③完成了時(shí)鐘細(xì)分與比相的一體化，使硬件接口線路簡化。因?yàn)榭删幊逃?jì)數(shù)器的分頻數(shù)可由核算機(jī)軟件操控，因而可方便地調(diào)整采樣頻率，以習(xí)慣紛歧樣轉(zhuǎn)速下傳動鏈差錯(cuò)的丈量。④體系的細(xì)分精度和丈量精度較高，便于構(gòu)成智能化、多功用丈量體系。

3.2鉆床傳動差錯(cuò)計(jì)數(shù)丈量方法

模仿比相和數(shù)字比相均為同頻比相，為取得同頻比相信號，有進(jìn)行傳動比分頻；為各差錯(cuò)規(guī)模不致發(fā)作2π相位翻轉(zhuǎn)，還需要進(jìn)行量程分頻。因?yàn)榉诸l會下降丈量分辨率，因而有在分頻前行倍頻，這就使丈量體系變得較為雜亂。此外，關(guān)于非整數(shù)傳動比因無法分頻而不能進(jìn)行丈量。

數(shù)字計(jì)數(shù)丈量法選用非同頻比相，因而不需對兩路脈沖信號進(jìn)行分頻處置，可直接使用兩傳感器輸出脈沖之間的數(shù)量聯(lián)系來核算鉆床傳動差錯(cuò)。

（1）直接計(jì)數(shù)丈量法

直接計(jì)數(shù)丈量法原理：設(shè)輸入、輸出軸傳感器的每轉(zhuǎn)輸出信號數(shù)別離為λ1、λ2，挑選輸出軸θ2作為基準(zhǔn)軸，采樣距離T等于θ2脈沖信號的周期或它的整數(shù)倍。依據(jù)傳動差錯(cuò)的定義，第j次采樣時(shí)的傳動差錯(cuò)為：δ（j）＝［N1（tj）-N2（tj）（iλ1/λ2）］2π/λ1。

因?yàn)棣?、θ2是時(shí)刻上離散的脈沖序列，因而在丈量過程中，采樣時(shí)刻距離（N2個(gè)θ2脈沖）內(nèi)θ1脈沖的計(jì)數(shù)N1（tj）是隨時(shí)刻而改動的，且通常為非整數(shù)。這樣，其小數(shù)有些Δ所形成的差錯(cuò)Δ2π/λ1就被忽略了。此外，實(shí)踐傳動體系的（iλ1/λ2）不總為整數(shù)，即脈沖θ1的頻率不是θ2的整數(shù)倍，如將N1理論視為整數(shù)處置將形成理論差錯(cuò)，然后約束其運(yùn)用規(guī)模。

（2）微機(jī)細(xì)分計(jì)數(shù)丈量法

微機(jī)細(xì)分計(jì)數(shù)丈量法的丈量步驟為：①曾經(jīng)一個(gè)θ2脈沖作為開門信號，后一個(gè)θ2脈沖作為關(guān)門信號，用計(jì)數(shù)器對θ1的脈沖個(gè)數(shù)N0進(jìn)行計(jì)數(shù)；②使用時(shí)鐘脈沖CP對脈沖序列θ1進(jìn)行插值細(xì)分，對θ1脈沖信號的小數(shù)周期計(jì)數(shù)值TΔ和整數(shù)周期計(jì)數(shù)值T2別離計(jì)數(shù)；③核算傳動差錯(cuò)：δ（t）＝（N0+TΔ/T2-iλ1/λ2）2π/λ1。

微機(jī)細(xì)分計(jì)數(shù)丈量法具有以下長處：①可有用減小丈量差錯(cuò)Δ；②可充分使用核算機(jī)內(nèi)部資本及軟件操控來簡化外部硬件電路；③將丈量采樣、數(shù)據(jù)處置和成果剖析融為一體，完成了智能化丈量。