【澳门新葡萄京棋牌官网】机床传动误差测量方法简介

英国一家公司发明了一种活鱼计数器。计数器连着一根水管,在水管的出口处浮着一个装有传感器的不锈钢鞍座。使用时让计数的活鱼通过水管,传感器能感觉到鱼落在鞍座上时产生的微小压力。经过测试,对于体重300—1000g的鱼,这种计数器的计数误差小于3%,而对于300g以下的鱼则误差大一些。计数器每小时可数10000尾鱼。

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1.引言

Fluke 983 粒子计数器的功能

机床的传动误差是指在机床传动链的输入轴驱动完全准确且为刚性的条件下,其输出轴的实际位移与理论位移之差。机床上实现工件表面成形所需复合运动的传动链――“内联系”传动链的两末端执行元件之间必须始终严格保持符合给定要求的运动关系。传动链的传动精度是指其传递运动的准确程度,可用传动误差来衡量。由于机床实际存在传动链误差,导致工件表面成形运动轨迹存在误差,最终反映到被加工工件上即引起成形表面的形状误差等。由于机床传动链主要由齿轮副、蜗轮蜗杆副、螺纹副等组成,因此传动链误差主要来源于这些传动元件的加工精度及安装精度。从运动学角度来讲,一切引起瞬时传动比偏离给定传动要求的因素均是传动链误差的来源。

Fluke 983
粒子计数器
的使用是比较简单的。但是,理解计数器的功能有时候稍微困难点儿。以下的术语被用来描述光学式粒子计数器的准确度、效率和其它属性。Fluke
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粒子计数器计数模式
:计数模式定义了粒子计数器如何显示数据。浓度和合计是两种典型的计数模式,而Fluke
983还增加一种音频模式。在浓度模式下,计数器采样少量的空气,然后基于体积设置计算结果值;在合计模式下,用户可以查看颗粒积聚过程中的颗粒数量,直到采样结束;在查找浓度超过预定义参数的区域时,音频模式是非常有用的。一旦超过预设的浓度值,计数器就会发出音频信号通知用户。Fluke
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粒子计数器零计数
:零计数是对粒子计数器准确度的一种测量方法,应该在使用之前进行,并在以后定期进行,或者在怀疑有采样误差时执行。按照制造商的说明,将零计数过滤器安装到粒子计数器,然后将计数器运行15分钟。在5分钟的周期内,计数器应该不会检测到多于1个大于0.3
μm的颗粒。Fluke 983
粒子计数器
符合误差:如果两个粒子同时穿过了计数器的光束,产生了一个脉冲,并导致计数器仅计算了一个颗粒,即发生了符合误差。当样本内的颗粒浓度增大时,就常常会发生这种类型的误差。根据FED-STD-209标准,符合误差必需低于10%。

对机床传动误差的测量是对传动误差进行有效补偿的前提,因此机床传动误差的精密测量一直是机械传动技术的一项重要研究课题。机床传动误差的基本测量方法是在机床的相关部位安装传感器,借助于采用机、光、电原理的测量仪器并应用误差评定理论对机床传动系统各环节的误差进行测量、分析及调整,从而找出误差产生的原因及变化规律。

Fluke 983 粒子计数器重新审视室内的空气质量

2.传感器的选用

澳门新葡萄京棋牌官网,新的Fluke 983粒子计数器是暖通空调和室内空气质量专家首选的测量仪器.
从过滤器测试到室内空气质量测量Fluke 983
都是空气中粒子浓度的测量最佳的便携工具

根据传动链末端元件的运动性质正确、合理地选用、安装传感器是准确测量传动链运动精度的必要条件。根据工作原理,机床传动误差测量常用传感器可分为以下几类:

对有一定空气清洁要求的工业操作环境进行监测对空气质量进行调查确定产生粒子的源头以制定补救措施完成对客户的维修效果的报告通过其在维护和维修上的功能来获得额外的业务

(1)光栅传感器

由于扩大的数据存储和六通道粒子尺寸显示,Fluke 983
粒子计数器
可以让测量更便捷,不需要频繁切换界面来获取数据.由于重量轻并且配有舒服的手带和坚固的护套,Fluke
983 粒子计数器
在任何环境下都方便实用。

光栅传感器的最大优点是信号处理方式简单,使用方便,测量精度高(国外著名厂家如德国Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光栅传感器精度可达1μm/m);缺点是光栅尺价格较昂贵,对工作环境要求较高,玻璃光栅尺的线胀系数与机床不一致,易造成测量误差。

Fluke 983
粒子计数器计数效率
:计数器感测并计算通过样本量的一个粒子的概率。计数效率是粒子大小的一个函数,粒子的大小可达到最小的灵敏度门限,高于该门限时,所有的粒子都将被感测并计数。一般认为在最高灵敏度门限下,
50%的计数效率是比较理想的,利于OPC和更高分辨率的设备的计数的一致性。Fluke
983 粒子计数器灵敏度
:设备在特定的计数效率下检测微粒大小的能力。Fluke
983在50%的计数效率下可以检测到0.3 μm的微粒。Fluke 983
粒子计数器分辨率:
设备检测颗粒大小微小差别的能力。传感器分辨率会受到样本中光源的一致性、流速的变化和光系统的质量的影响。未对准的传感器或有故障的激光二极管都会造成分辨率较差。校准:为了确定通过设备获得的测量值和标准中定义的相应参数的关系而采取的一系列操作或措施。Fluke
983是利用PSL乳珠进行校准的,由于其尺寸的一致性和光折射属性较好,所以被广泛使用。Fluke
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粒子计数器NIST可溯源性
:溯源性是测量方法或标准及其和规定的参考的关系的属性,参考通常为国家或国际标准。Fluke
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校准过程中使用的PSL乳珠可溯源至NIST标准。每一个个体读数都位于无尘室的限制范围之内,但是,我们可以采取以下的步骤来测定读数的统计真实性:所得到的所有位置的平均计数值在5类无尘室的要求范围之内。Fluke
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粒子计数器
在一个显示屏上提供了6个通道的粒子数据,使得技术人员可以方便地查看所有的读数。尽管在无尘室的练习中针对的是0.3
μm的微粒,单个显示也会立即提示用户注意其它尺寸的粒子浓度的异常现象。Fluke
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粒子计数器透视中的粒子计数
成功测量室内空气质量的关键是将环境做为一个整体。位置、建筑物的历史、现象和类似于温度和湿度等可测因素都在显现的IAQ问题中扮演着重要的角色。在使用粒子计数器时,要清楚粒子的污染源可能仅仅是一种现象,在表面现象之下有更大的问题。污染源的补救可能并不能解决过滤、通风不良或过于潮湿等核心题。如果置之不理,这些条件还会引起相同的现象或者更糟。Fluke
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粒子计数器
是一款功能强大、坚固耐用、易于使用的工具,可以帮助技术人员识别污染颗粒物问题,并验证解决根本原因的措施。

(2)激光传感器

激光传感器(包括单频和双频激光)具有较高的测量精度,但测量成本也较高,对环境条件变化(如温度、气流、振动等)较敏感,在生产现场使用时必须采取措施保证测量的稳定性和可靠性。

(3)磁栅传感器

磁栅尺可分为线状(有效测量长度3m)和带状(有效测量长度可达30m)两种型式,其优点是制造成本较低,安装使用方便,线胀系数与机床相同;缺点是测量精度低于光栅尺,由于磁信号强度随使用时间而不断减弱,因此需要重新录磁,给使用带来不便。

(4)感应同步器

感应同步器的优点是制造成本低,安装使用方便,对工作环境条件要求不高;缺点是信号处理方式较复杂,测量精度受到测量方法的限制(传统测量方法的测量精度约为2~5μm)。

目前常用的几类机床传动误差测量传感器的部分应用情况见表1。

表1几类常用传感器的部分应用情况

传感器类型-应用单位-测量分辨率:线位移(μm)-测量分辨率:角位移(角秒)

光栅传感器-东京大学,汉江机床厂-2,2-1

激光传感器-单频激光:北京机床所,东京大学-0.632-/

激光传感器-双频激光:成都工具研究所,上海机床厂-0.158-/

磁栅传感器-东京大学,重庆大学,华中理工大学,汉江机床厂,美国威斯康星大学-2-1

感应同步器-山东工业大学,汉川机床厂-1,2-0.72

根据信号输出方式的不同,可将传感器分为模拟式和数字式两大类。数字式传感器又可分为增量式、绝对式和信号调制式等几种。

在计算机测试系统中,模拟式传感器的输出信号需利用模数转换器(A/D)进行数字化处理,而在高分辨率情况下A/D转换的成本较高,此外解决微小模拟信号(如微伏级)的抗干扰问题也相当困难。

在数字式传感器中,绝对式编码器可输出并行数字信号,无需A/D转换,易与计算机接口。但随着测量精度的提高,绝对式编码器的成本也越来越高,甚至高于高精度A/D转换的成本,因此在许多实际应用场合难以被接受。增量式传感器和信号调制式传感器的制造成本较低,抗干扰能力较强,可在不改变编码器刻线密度的情况下采用细分技术大幅度提高分辨率,因此在传动链精度测量中这两类传感器使用最多。常见的增量式传感器包括光栅增量编码器、磁栅传感器、容栅编码器等;信号调制式传感器主要有感应同步器、激光干涉仪、地震仪、旋转变压器等。

3.机床传动误差的动态测量方法

传动误差的基本测量原理:设θ1、θ2分别为输入、输出轴的位移(角位移或线位移),输入、输出之间的理论传动比为i,如以θ1作为基准,输出轴的实际位移与理论位移的差值即为传动链误差δ,即δ=θ2-θ1/i。根据对位移信号θ1、θ2的测量方法不同,传动误差测量方法可分为比相测量法和计数测量法两大类。

3.1机床传动误差比相测量方法

两传感器的输出信号θ1、θ2之间的相位关系反映了传动链的传动误差。当传动误差TE=0,即传动比恒定时,θ1、θ2之间保持恒定的相位关系;当传动比i发生变化时,θ1、θ2之间的相位关系也随之发生变化。比相测量法就是通过测定θ1、θ2之间的相位关系来间接测量传动误差TE。随着数字技术、计算机技术的发展,比相测量法经历了从模拟比相→数字比相→计算机数字比相的发展过程。

(1)模拟比相法

常用的触发式相位计即采用了模拟比相法。模拟比相的原理:两路信号经分频后变为同频率信号进入比相计,它们之间的时差Δt取决于θ1、θ2之间的相位差δ(t)。经双稳态触发器鉴别后,Δt变换为与比相矩形波占空比相对应的模拟量Δu,占空比的变化即反映了传动链的传动误差。

模拟比相测量系统存在以下问题:①δ(t)是以2π为周期并按一定规律变化的周期函数,设f为相位变化频率,ω=2πf为角频率,则有δ(t)=δ(ωt)。两信号比相时,相位测量是以1/f为周期的重复测量,由条件0≤δ(ωt)≤2π可知,Δu与δ(t)具有线性关系。由于δ(ωt)呈周期变化,因此要求模拟记录表头的时间常数τ小于被测变化相位差的周期,即τ≤1/f,否则在前一个相位变化周期内还未获得准确读数时,后一个周期已开始重复,这样就无法实时记录相位差的变化。因此模拟比相法的动态测量性能较差,不能适应实时分析处理的动态测量要求。②测量分辨率与测量范围相互制约,如提高分辨率,则会减小量程,为此需配置量程选择电路,被测信号的相位差必须小于360°。③要求进入比相计的两路信号频率相同,即只能进行同频比相,因此两路信号的分频/倍频器必须满足传动比变化要求,电路结构复杂,抗干扰能力差,适用范围较小。

(2)数字比相法

数字比相采用逻辑门和计数器来实现,相位差直接以数字量形式输出。比相原理:两同频信号θ1、θ2经放大整形后得到两组脉冲信号u1、u2,它们分别通过逻辑门电路控制计数器的开、关。计数器的计数结果即为θ1、θ2之间的时间间隔Δt,它与相位差δ(t)成正比。设比相信号周期为T,则有δ(t)=2πΔt/T。

数字比相测量法的主要特点为:①由于Δt值不仅取决于两信号的相位差δ(t),而且还与两信号的频率有关。因此,为获得较高精度的测量结果,就必须保证两比相脉冲信号和时钟信号均有较高精度。在一个比相周期T内,任何引起比相信号频率变化的因素都将影响测量结果。②虽然数字比相弥补了模拟比相的一些不足,测量稳定性和可靠性有所提高,但仍然只能适用于同频比相。

(3)微机细分比相法

20世纪80年代以来,测试仪器微机化成为测量技术的重要发展趋势。在机床传动误差测量中,微机细分比相法开始得到广泛应用。

微机细分比相法是数字比相法的微机化应用。由于计算机具有强大的逻辑、数值运算功能和控制功能,极易实现两路信号的高频时钟细分、比相及输出,因此外围线路的制作比较简单。传动误差为δ(t)=2πNt/N。在比相过程中,高频脉冲φ不再由外部振荡电路产生,而直接采用计算机内部的时钟CP;脉冲CP的计数不再采用逻辑门电路计数器,而采用计算机内的可编程定时/计数器。微机细分比相测量法具有如下优点:①两路比相信号无须频率相同(即被测传动链的传动比可为任意值),在传动链误差的计算中,传动比为一常数。②比相相位差可为任意值,不受相位差必须小于360°的限制。③实现了时钟细分与比相的一体化,使硬件接口线路大大简化。由于可编程计数器的分频数可由计算机软件控制,因此可方便地调整采样频率,以适应不同转速下传动链误差的测量。④系统的细分精度和测量精度较高,便于构成智能化、多功能测量系统。

3.2机床传动误差计数测量方法

模拟比相和数字比相均为同频比相,为获得同频比相信号,必须首先进行传动比分频;为保证各误差范围不致发生2π相位翻转,还需要进行量程分频。由于分频会降低测量分辨率,因此必须在分频前先进行倍频,这就使测量系统变得较为复杂。此外,对于非整数传动比因无法分频而不能进行测量。

数字计数测量法采用非同频比相,因此不需对两路脉冲信号进行分频处理,可直接利用两传感器输出脉冲之间的数量关系来计算机床传动误差。

(1)直接计数测量法

直接计数测量法原理:设输入、输出轴传感器的每转输出信号数分别为λ1、λ2,选择输出轴θ2作为基准轴,采样间隔T等于θ2脉冲信号的周期或它的整数倍。根据传动误差的定义,第j次采样时的传动误差为:δ(j)=[N1(tj)-N2(tj)(iλ1/λ2)]2π/λ1。

由于θ1、θ2是时间上离散的脉冲序列,因此在测量过程中,采样时间间隔(N2个θ2脉冲)内θ1脉冲的计数N1(tj)是随时间而变化的,且通常为非整数。这样,其小数部分Δ所造成的误差Δ2π/λ1就被忽略了。此外,实际传动系统的(iλ1/λ2)不一定总为整数,即脉冲θ1的频率不一定是θ2的整数倍,如将N1理论视为整数处理将造成理论误差,从而限制其应用范围。

(2)微机细分计数测量法

微机细分计数测量法的测量步骤为:①以前一个θ2脉冲作为开门信号,后一个θ2脉冲作为关门信号,用计数器对θ1的脉冲个数N0进行计数;②利用时钟脉冲CP对脉冲序列θ1进行插值细分,对θ1脉冲信号的小数周期计数值TΔ和整数周期计数值T2分别计数;③计算传动误差:δ(t)=(N0+TΔ/T2-iλ1/λ2)2π/λ1。

微机细分计数测量法具有以下优点:①可有效减小测量误差Δ;②可充分利用计算机内部资源及软件控制来简化外部硬件电路;③将测量采样、数据处理和结果分析融为一体,实现了智能化测量。

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