近些年隨著我國（guó）工業（yè）技術的迅猛發展， 對裝備製造業提出了更高的要求， 具體包括製造精度、可靠性、強度、剛度等性能， 其中（zhōng）精度和可靠性尤為重（chóng）要， 其代表了一個（gè）國家的製造業水平。精（jīng）密傳動鏈憑（píng）借其獨（dú）特的優（yōu）點， 在要求高精度和高動態（tài）性能（néng）的設備中得（dé）到了越來越（yuè）廣泛的應用， 其對製造業水平（píng）的提高， 製造精度和可靠性起到了保障作用。因此高精度優良動態性能的傳動裝置的研製開（kāi）發（fā）非常重要， 與此同（tóng）時， 精（jīng）密傳動鏈的傳動誤差檢測分析也成（chéng）為亟待解決的（de）問（wèn）題（tí）之一。傳動係統傳動誤差的（de）測量有多（duō）種檢測（cè）手段和方法， 按照其測量的方（fāng）式來看通常主要有動態測量和靜態測量兩種方法， 下麵將對（duì）其分（fèn）別進行介紹和分析說明。

      1 靜態測量

      靜態測量是指將傳動鏈的輸入端轉過一定角度後停下來， 在靜止的（de）狀態下測量輸入端（duān）和（hé）輸出（chū）端各自的轉角， 兩者進行比較從而得到傳動誤差（chà）的方法。通常選用的儀器（qì）有光學度盤、經緯儀、多麵體、數字（zì）測角儀、分度頭、自整角機以（yǐ）及旋轉變壓器等［1］。其（qí）中， 多麵體、經（jīng）緯儀、光學度盤屬於（yú）光學式測量， 使用還需分別（bié）輔助於自準直光管和（hé）讀數顯微鏡等設備。

      靜態測量方法的應（yīng）用如圖1 所示（shì）， 圖1 的測試原理為多麵體法， 它利用光學多麵棱體並輔助於（yú）光柵、自準平行光管等設備進行測量。

      測量時光柵安（ān）裝（zhuāng）在傳動（dòng）裝（zhuāng）置輸入端上， 輸出（chū）端安裝高精度角度計量元件———12 麵體， 利用自（zì）準平行（háng）光管對12麵體進行觀測並定位。光柵記錄儀所顯（xiǎn）示的值， 是（shì）輸入軸的實際轉角值， 其（qí）與（yǔ）理論（lùn）轉角的偏差即為輸入軸在該點（diǎn）的傳動誤差。在輸出軸旋轉一周範圍內測量時， 取其中（zhōng）最大值與最小值的（de）差值， 便可得到（dào）以輸出（chū）軸一周為周（zhōu）期的減速（sù）器的輸入軸的角度傳動誤差［2］。

      靜態測量的測（cè）量過程是不連（lián）續的， 不像動態測量那樣能比較全（quán）麵地將傳動誤差揭示出來。這種測量回轉（zhuǎn）誤差的方法由於其設備簡單、理論比較成熟、造價較低， 容易實施， 在早期得到廣泛的應用。

      2 動態測量

      隨著精（jīng）密傳動裝置（zhì）的廣泛（fàn）應用， 靜態（tài）測量法逐漸暴露了它（tā）的缺點和局限性。精密（mì）傳（chuán）動裝置的傳動（dòng）誤差具有（yǒu）高（gāo）頻性質， 而靜態測（cè）量法測量的是傳動過程中若幹（gàn）個間斷點的傳動誤差， 它反映的誤（wù）差不全麵， 並且測得的誤差有（yǒu）可能並不是傳動鏈最大（dà）誤差， 更無法進行頻譜分析， 不便於分析（xī）和（hé）查找主要誤差來源， 不利於進一步（bù）確定提高精度的途徑。因（yīn）此， 隨著高性能（néng）處理器和（hé）高精度傳感器的普及， 動態測試己（jǐ）逐漸成為現代測試技術的標誌和主流［3］。

      動態測量（liàng）是指在接近（jìn）工作時的運行狀（zhuàng）態下測量輸（shū）入端和輸出端的轉角， 兩者進行比較而得到傳（chuán）動誤（wù）差（chà）的方法，其測量過程是（shì）連續的， 或者（zhě）說是接近於連（lián）續的， 因此它能將傳動誤差全麵地揭示出來。測量（liàng）的方法有磁分度法、慣性法、光（guāng）柵法和時柵法等。

      2．1 磁分度法

      這種方法可分為絕對比相式、兩路分頻式單路倍頻分頻（pín）式、錄放差頻式和（hé）差額激磁（cí）式等多種。現以絕對（duì）比相式為例（lì）來介紹磁分度法的測量原理及其過程， 磁分度法絕對比相式測（cè）試原理如圖2 所示。

      它采用兩個在圓周上錄（lù）有正弦（xián）磁波的標準錄磁的磁盤來測量傳動裝置的傳動誤差， 測量時， 將磁盤1 安裝在輸入軸上， 將磁盤2 安裝在輸出軸上。磁盤1 的磁波數為N1， 磁盤2 的磁波數為N2 （N1、N2 需（xū）為整數）。兩磁盤的磁波數之比應等於傳動鏈的傳動比i， 即（jí）i＝N1 ／N2。在磁盤1 和（hé）磁盤2 的圓周上分別設置兩個固定磁頭H1 和H2 用來感應磁盤上的正（zhèng）弦信號。當傳動鏈工作時， 輸入（rù）軸（zhóu）和輸出軸分別以（yǐ）轉速n1、n2 旋轉， 這樣， 磁頭H1 便感應出頻率為n1N1 的正弦信號； 磁頭H2 則感應出頻率（lǜ）為n2N2 的正弦信號（hào）。由於i＝N1 ／N2， 所（suǒ）以（yǐ）n1N1＝n2N2。即兩磁頭（tóu）感應出的信號頻率相同（tóng）。然後， 將兩路信號經過放大、整形， 便可進入相位計中比相（xiàng）。當傳動裝置的傳動誤差為（wéi）零時， 則兩路信號（hào）將保持（chí）恒定的相位差（chà）; 當傳動裝（zhuāng）置的傳動誤差不為零時， 則其相位差將隨之改變。相位差的變化量即（jí）代表傳動裝置（zhì）的傳動誤差（chà）。在實際測量中， 相位差在相位計中需進行濾波， 濾掉不需（xū）要的高次諧波（bō）， 將以電壓形式輸出，通過記錄儀（yí）， 畫出傳動曲線， 然後通過定標， 得到傳動鏈的傳動誤差。

      該（gāi）種測試方法能夠直接從高精度的磁盤上拾取信號進行比相（xiàng）， 所以（yǐ）測量（liàng）的精度比較高。但其缺點是（shì）需要高精度的錄磁設備； 磁盤易磨損失磁， 壽命較短； 感應信號弱，不宜用（yòng）作低速測量； 而且， 這種測量（liàng）法從信（xìn）號進來到化成同頻（pín）率的過程中經過（guò）了多（duō）次的處理（lǐ）， 這種即使係統複雜又容易引入誤差， 而且在遇到非整數（小數、無理數） 傳動比的時候， 很難（nán）實現比相過程［4］。

      2．2 慣性法

      慣性法是一種高精度的動態測量方法， 它利用物體的（de）慣性原理， 產生理想的勻速旋轉運動， 與被測的不均勻旋轉運動相比較而（ér）得到角位移（yí）偏差（chà）的一種測量方法。所以，用該方法製成的（de）儀器（qì）被稱為慣性式回轉不（bú）均勻性檢查儀，又因為（wéi）這種儀器和地震儀相似， 因此， 這種（zhǒng）方法也被稱作地震儀法。其測（cè）試原理如圖3 所示。

      兩傳感器具有相同固有頻率和阻（zǔ）尼度， 分別安裝（zhuāng）在傳動裝置的輸入（rù）軸和輸出軸上並以角位移偏差作為（wéi）輸出信號來測量兩軸回轉運動之間的相對不均勻性。測量時傳（chuán）感器1 將輸入軸角位偏差Δψ1 衰減i 倍後以電信號輸出， 傳感器2 則將輸出軸角位移偏差Δψ2 以電信號輸出， 兩輸出信號便一起進入（rù）加（jiā）法（fǎ）器中相減， 消除（chú）絕對回轉不（bú）均勻性誤差， 而（ér）得兩軸間相對回轉不均勻性誤差， 即是傳動（dòng）誤差引起的輸出軸角位移偏差， 設傳動誤差（chà）引起的輸出軸角位移偏差為Δψc， 則Δψc＝Δψ2－Δψ1 ／ i。再經載頻放大（dà）和功（gōng）率放（fàng）大後， 便可由記錄儀畫（huà）出傳動誤差曲線， 然後通過定標（biāo）就可以得到傳動裝置的傳動（dòng）誤差。

      慣性（xìng）法的測量精度高， 測（cè）量頻域範圍寬， 而（ér）且設備相對比較簡單， 測量比較方（fāng）便， 不需要高精度的測量元件。相（xiàng）對磁分度（dù）法而言， 慣性法可以測量任意數（shù）值的傳動比，包括非整數（shù）的傳動（dòng）比。但是， 慣（guàn）性法對於低頻的運動誤差， 因受其固有頻率限（xiàn）製是不能測量（liàng）的。此外， 當這種儀器在水平方向旋轉時， 由於十字彈（dàn）簧剛度的影響， 會產生一個呈正弦變化（huà）的固有誤差， 影響其測量精度， 最大測量誤差甚至可以達（dá）到垂直使（shǐ）用時的100 倍。

      2．3 光柵法（fǎ）

      光柵法是利用光柵度盤產生莫爾條紋， 通過光電轉換，將旋轉的角位移轉變成電信號輸（shū）出， 從而測（cè）量傳動誤差的一種動態測量（liàng）方法（fǎ）。目前， 光柵法是最為流行的動態精度測試方法， 光柵法測試原（yuán）理如圖4 所（suǒ）示。

      測試時將光柵式角位移傳感器分別通過精密聯軸器（qì）與被測傳動裝置的輸入軸和輸出（chū）軸上。傳動裝（zhuāng）置被驅動後（hòu），輸入端和輸出軸的角位移信息分別由兩路（lù）光柵傳感器采集（jí）， 並產生反映輸入端和輸（shū）出軸角位移信息的脈衝信號。然後（hòu）將這（zhè）兩路脈衝信號（hào）傳輸（shū）到計（jì）算機， 經（jīng）過小波降噪， 過濾掉信號中的（de）幹擾成分， 再送入計數器（qì）進行脈衝計數。誤差測量軟件模塊不斷讀（dú）取計數器（qì）的數據， 依次（cì）計算出傳動誤差。同時傳動誤差數值不斷地被保存到（dào）計算機（jī）硬盤的（de）指定空間， 並同時（shí）在顯示器（qì）上顯示出來。誤差測量得到的離散數據經過時域分析， 最後也（yě）由顯示器顯示出來。

      使用光柵法測量（liàng）時不（bú）用每次定標； 測量值不受傳動比變化的影響； 儀器的測量精度高； 可測量傳動比範圍廣；可以（yǐ）垂直使用， 也可水平使用； 但（dàn）一般（bān）比較昂貴［5］。它適（shì）用於精密齒輪傳動、精密分度頭、雷達、跟（gēn）蹤望遠鏡（jìng）等精密傳動鏈誤差的測量， 是目前最為流行的（de）一種傳動誤（wù）差動態測試方法。

      2．4 時柵法

      目前， 光柵（shān）法是應用廣泛的（de）傳動誤差的動態測試方法， 精度高（gāo）， 技術成熟， 但（dàn）不可（kě）避免仍有許（xǔ）多缺（quē）點， 其根本原因在於光柵傳感（gǎn）器柵（shān）線數難以進一步刻劃， 隻能依靠電子細分， 從而引起（qǐ）成本、可靠性、抗幹擾力等方麵的問題； 而且對光柵的運動速（sù）度還附（fù）加了（le）限製， 必須運動平穩（wěn）、無突變和相對低速等。

      重（chóng）慶大學彭東林教授針對這些問題提出了以時（shí）間測量空間（jiān）的時柵測試法， 並研（yán）製成（chéng）功了無需高精度機械加工即（jí）可實現高精度的時柵（shān）傳感（gǎn）器（qì）。時柵傳（chuán）感器的（de）工（gōng）作原理是（shì）時空坐標轉換思想（xiǎng）， 即建立相對勻（yún）速運動雙坐（zuò）標係， 則一個坐標係（xì）上的位置之差（chà）（位移） 表現為另一個坐標係上觀（guān）察到的時間之差。同（tóng）時， 把傳感器對刻線尺的要求轉化成了電氣問題， 因為解決基於時間的電（diàn）氣問題的手段比解決基於空間的機械問題的手段要多得多， 先進得多［6］。

      圖（tú）5 所示為時柵法的測試原理。測試（shì）時， 在傳（chuán）動裝置的輸（shū）入端和輸出端各安裝一隻圓時柵傳感器， 在傳（chuán）動裝（zhuāng）置運轉時， 輸入端和輸出端時柵傳感器會在一（yī）定周期內（nèi）發出代表角位移的脈衝當量， 然後進行（háng）放大等預處理（lǐ）， 再采用計數（shù）器通過計數分別測量其角位移， 再交由上、下（xià）位機組成的分布式（shì）誤差檢測分析係統進行處理， 得出誤差曲（qǔ）線，分析誤差環節［7］。

      時柵法實現了不依靠刻（kè）線尺而實現精密角位移測（cè）量的新（xīn）技（jì）術（shù）， 大大降低了測試成本， 而且對測試現場的（de）環境（jìng）沒有過高的要（yào）求， 因此同樣可應用（yòng）於生產環節， 從而具有很好的市場前景［8］。

      3 結論

      傳動誤差（chà）是精密傳動鏈傳遞運動的精確度的最重要的（de）技（jì）術指標。而傳動誤差（chà）測試方法（fǎ）的選取是準確反映傳動誤差， 進而對誤差進行分析（xī）研究的關鍵。

      （1） 靜態測量具有一定的缺點和局限性， 但對頻率較低、精度要求不太嚴格的傳動誤差的測量， 因為方法簡單， 造（zào）價低， 依然被（bèi）人們所采用。

      （2） 動態測量手段有磁（cí）分度法、慣性法、光柵法和時柵法等， 其測量準確， 各有不同的特點， 已經成為現代傳動誤（wù）差測試的主流（liú）。但具體測試時， 應綜合考慮測量精度與分辨率， 測量的轉速範圍， 傳動比範圍； 可（kě）測誤差的頻（pín）率範圍（wéi）以（yǐ）及記錄儀的頻率響應等因素， 選（xuǎn）取（qǔ）合理的檢測方法（fǎ）。

      （3） 時柵法使幾何量位移的測量擺脫了對（duì）以空間刻（kè）劃技術（shù）為代表（biǎo）的精密機械加工的依賴， 逐漸（jiàn）形成基於以時間計量為代表的電氣技術（shù）的新型幾何量位移測（cè）量的新模式，具有廣泛的應用前景。