近些年隨著我國工業技術的迅猛發展， 對（duì）裝備（bèi）製造業提出（chū）了更（gèng）高的要求， 具體包括製造（zào）精度、可靠性、強（qiáng）度、剛度等性（xìng）能（néng）， 其中精度和可靠（kào）性尤為重要， 其代表了一個國家的製造業水平。精密傳動鏈憑借其（qí）獨特的優點， 在要求高（gāo）精度和高（gāo）動態性能的設備中得到了越來越廣泛的應用（yòng）， 其對製造業水平（píng）的提高， 製造精度和（hé）可靠性起到了保障作用。因此（cǐ）高精（jīng）度優良動態性能的（de）傳動裝置的研製開發非常重要， 與此同時， 精密傳動鏈的傳（chuán）動誤差檢測分析也成為亟待解決（jué）的問題之一。傳動係統傳動誤差的測量有多種（zhǒng）檢測手段和方法， 按（àn）照其測量的方式來看通常主要有動態測量和靜態測量兩種方法（fǎ）， 下麵將對其分別進行（háng）介紹和（hé）分析說明。

      1 靜（jìng）態測量

      靜態測量是指（zhǐ）將傳動鏈的輸入端轉過一定角度後停下來（lái）， 在靜止的狀態下測量輸入端和輸出端各自的轉角， 兩者進行比（bǐ）較從而得到傳（chuán）動（dòng）誤差（chà）的方法。通常選用的儀器有光學度盤、經緯儀（yí）、多麵體、數字測角儀、分（fèn）度頭、自整角機以及旋轉變壓器（qì）等（děng）［1］。其中， 多麵體、經緯儀、光（guāng）學度盤屬於光學式測量（liàng）， 使用還需分別輔助於自準（zhǔn）直光管和讀數顯微鏡等設備。

      靜態測量方法的應用如（rú）圖（tú）1 所示， 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光柵、自準平（píng）行光管等設備進行（háng）測量。

      測量時光柵安裝在傳動裝置輸入（rù）端上， 輸出端安（ān）裝高精度角度計量元件———12 麵體， 利用（yòng）自準平行光管對12麵體進行觀測並定位。光柵記錄儀（yí）所（suǒ）顯示（shì）的（de）值（zhí）， 是輸入軸的實（shí）際轉角值， 其與理論（lùn）轉角的偏差即為輸入軸在該點的傳動誤差。在輸出軸旋轉一周（zhōu）範圍內測量時， 取其中最大值與（yǔ）最小值的差值， 便可得到以輸出軸一周為周期的減速器的輸入（rù）軸的角度傳動誤差［2］。

      靜（jìng）態測量（liàng）的測量過程是不連續的（de）， 不像動態（tài）測量那樣能比較全麵地將（jiāng）傳動誤差揭示出來。這種測量回轉誤差的方法由於其設（shè）備簡單、理論比較成熟、造價較低， 容易實施， 在早期得（dé）到廣泛的應用。

      2 動態測（cè）量

      隨著精密（mì）傳動裝置的廣泛應用， 靜態測量法逐漸暴露了它的缺點和局限性。精密傳動裝置的傳動誤差具有高頻（pín）性質， 而靜態測（cè）量法測量的是傳動過程中（zhōng）若幹個間斷點的傳動（dòng）誤差， 它反映的誤差不全麵， 並且（qiě）測得的誤差（chà）有可能並不是傳動鏈（liàn）最大誤差， 更無法進行頻（pín）譜分析， 不便於分（fèn）析和查找主要誤（wù）差來源（yuán）， 不利於進一步確定提高精度（dù）的途徑。因此， 隨著高性（xìng）能處理器和高精度傳感器的普（pǔ）及， 動態測試己逐漸成為現代測試技術的標誌和主流［3］。

      動（dòng）態測量是（shì）指在接近工作時的運行狀態下測量輸入端和輸出端的（de）轉角， 兩者進行比較而得（dé）到傳動誤差的方法，其（qí）測量過程是連續的， 或者（zhě）說是接近於連續的， 因此它能將（jiāng）傳動誤差全麵地揭示出來。測量的方法有磁分度法、慣性法、光柵法和時（shí）柵法等。

      2．1 磁分度法

      這種方（fāng）法可分為絕對比相式（shì）、兩路分頻式單路倍頻（pín）分頻式、錄放差頻式和差額激磁式等多種。現以絕對比相式為例來介紹磁分度法的測量原（yuán）理（lǐ）及其過程， 磁分度法絕對比（bǐ）相式測試原理如圖2 所示（shì）。

      它采用兩個在圓周上錄有正弦（xián）磁（cí）波的標（biāo）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（ān）裝在輸出軸上。磁（cí）盤1 的（de）磁波數（shù）為N1， 磁盤2 的磁波數為N2 （N1、N2 需為整數）。兩磁盤的磁波數之比應等於傳動鏈的傳動比（bǐ）i， 即i＝N1 ／N2。在磁盤1 和磁盤2 的圓周上分別設置兩（liǎng）個固定磁頭H1 和H2 用來感應（yīng）磁盤上的正（zhèng）弦信號。當（dāng）傳動（dòng）鏈工作時， 輸入軸和輸出軸分（fèn）別以（yǐ）轉速n1、n2 旋轉， 這樣， 磁頭（tóu）H1 便（biàn）感（gǎn）應出頻率為n1N1 的正弦信號； 磁（cí）頭H2 則感應（yīng）出頻（pín）率為n2N2 的正弦信號。由於i＝N1 ／N2， 所以n1N1＝n2N2。即兩（liǎng）磁頭感應出的信號頻率相同。然後， 將兩路（lù）信號經過放大、整（zhěng）形（xíng）， 便（biàn）可進入相位計中比相。當傳動裝置的傳動誤差為零時， 則兩路信號將保持（chí）恒定的相位差; 當傳動裝置的傳動誤（wù）差不為零時， 則其相位差將（jiāng）隨之改變。相位差（chà）的變化量即代表傳動裝（zhuāng）置的傳動誤差。在實際測（cè）量中， 相位差在相位計中需進行濾波， 濾掉不需要（yào）的高次諧波， 將以電壓形式輸出，通過記錄儀， 畫（huà）出傳動曲線， 然後通過定標， 得到傳動鏈（liàn）的傳動誤差（chà）。

      該種測（cè）試方法能夠直（zhí）接從高精（jīng）度的（de）磁（cí）盤上（shàng）拾取信號進行比相， 所以測量的精度比較高。但其缺點是需（xū）要高精（jīng）度的錄磁設（shè）備； 磁盤（pán）易磨損失磁， 壽命較短（duǎn）； 感應信號弱，不宜用作低速測量； 而且， 這（zhè）種測量法從信號（hào）進來到化成同頻率（lǜ）的過程中經過了（le）多次的處理， 這（zhè）種即使係統複雜又容易引入誤差（chà）， 而（ér）且在遇到非整數（小數、無理數） 傳（chuán）動比的時候， 很（hěn）難（nán）實現比相過程［4］。

      2．2 慣性法

      慣（guàn）性法是一種高精度的動態測（cè）量方法， 它利用物體的慣性原理， 產生理想的勻（yún）速旋轉運動， 與被測的不均勻（yún）旋轉運動相比較而得到角位移偏差的一種測量方（fāng）法。所以，用該方法製成的儀器被稱為慣性式回轉不（bú）均勻（yún）性檢查儀，又（yòu）因為這種儀器和地震儀相似（sì）， 因此， 這種方法也被稱作地震儀法。其測試原理如圖3 所示。

      兩（liǎng）傳感器具有相同固有頻率和阻尼度， 分（fèn）別安裝在傳（chuán）動裝置的輸入軸和輸（shū）出軸上並以角位移（yí）偏差作為輸出（chū）信號來測量兩軸回轉運動之間的相對不均勻性。測量時傳感器1 將輸（shū）入軸角位偏差（chà）Δψ1 衰減i 倍後以電信號輸出， 傳感器2 則將輸出軸角（jiǎo）位移偏（piān）差Δψ2 以電信號輸出， 兩輸出信號便一起進入加法器中相減， 消除絕對回轉（zhuǎn）不均（jun1）勻性誤差， 而得兩軸（zhóu）間相對回轉不均勻性誤差， 即是傳動誤差引起（qǐ）的輸出（chū）軸角位移偏差（chà）， 設傳動誤差引起的輸出軸角位移偏差為Δψc， 則Δψc＝Δψ2－Δψ1 ／ i。再經載（zǎi）頻放大和功率放大後， 便可由記錄儀畫出傳動誤（wù）差曲線， 然後通過定（dìng）標就可以得到傳動裝置的（de）傳動誤差。

      慣（guàn）性法的測量精度（dù）高， 測量頻域範圍寬， 而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。相對磁（cí）分度（dù）法而言， 慣性法可以測量任意數值的傳（chuán）動比，包括非整數的傳動比。但是（shì）， 慣性法對於低頻（pín）的運動誤差， 因受其固有頻率限製是不能測（cè）量的。此外（wài）， 當這種儀器在水平方向旋轉時， 由於十字彈簧剛度（dù）的影響， 會產生（shēng）一個呈正弦變化的固有誤差， 影響其測量精度， 最大測（cè）量誤差甚至可以達到垂直使用時的100 倍。

      2．3 光柵法（fǎ）

      光柵法是利用光柵度盤產生莫爾條（tiáo）紋， 通過光電轉換，將旋轉的角位移轉變成電信號輸出， 從而測量傳動誤差的一種動態（tài）測量方法。目前， 光柵法是最為流行的動態精度測試方法， 光柵法測試原理如圖4 所示。

      測試時將光（guāng）柵式角位移傳感器分別通過精密聯（lián）軸器與被測傳動裝（zhuāng）置的輸入軸和輸（shū）出軸上（shàng）。傳動裝置被驅動後，輸入端和輸（shū）出軸的角位移信息分別由兩路（lù）光柵傳感器采（cǎi）集， 並產生反映輸入端和輸（shū）出軸角位移信息（xī）的脈衝信號。然（rán）後（hòu）將這兩路脈衝信號傳輸到計算機， 經過小波降噪（zào）， 過（guò）濾掉信號（hào）中的幹擾成分， 再送（sòng）入計數器（qì）進行脈衝計數。誤差測量軟件模塊不斷讀（dú）取計數器的數據， 依次計算出傳動（dòng）誤差。同時傳動誤差數值不斷地被保存到計算機（jī）硬盤的（de）指定空間， 並同（tóng）時在顯（xiǎn）示器（qì）上（shàng）顯示（shì）出（chū）來。誤差測量得到的離散數（shù）據（jù）經過時域分析， 最後也由顯（xiǎn）示器顯示出來。

      使用光柵法測量（liàng）時不用每次定標； 測量值不受傳動比變化的影響； 儀（yí）器的（de）測量精度高； 可測量傳動比範圍（wéi）廣；可以垂直使用， 也可水平使用； 但一般比較（jiào）昂貴［5］。它適用於精密齒輪傳動、精密分度頭、雷達、跟（gēn）蹤望遠鏡等精（jīng）密傳動鏈誤差的測量， 是目（mù）前最為流行的一種傳動誤差動態測試方（fāng）法。

      2．4 時柵法

      目前， 光柵法是應用（yòng）廣（guǎng）泛的傳動誤差的動態（tài）測試方（fāng）法， 精度（dù）高， 技術成熟， 但不可避免仍有許多缺點， 其根本原因在於光柵傳感器柵線數難以進一步刻劃， 隻能依靠電子（zǐ）細分， 從而引起成（chéng）本、可靠性、抗（kàng）幹擾力（lì）等方麵（miàn）的問（wèn）題； 而且對光柵的運動速度還附加（jiā）了限製， 必須運動（dòng）平穩、無突變和相對低速等。

      重（chóng）慶（qìng）大學彭東林教授針對這些（xiē）問題提（tí）出了以時間測量空間的時柵測試法， 並研製成功了無需高精度機械加工（gōng）即可實現（xiàn）高精度的時柵傳感器。時柵（shān）傳感器的工作原理是時空坐標轉換思想， 即（jí）建立相對勻速運動雙坐標係， 則一個坐標係上的位置之差（位移） 表現為另一個坐（zuò）標係上觀察到的時間之差。同時， 把傳感器對刻線尺的要求轉化成了（le）電氣問題， 因（yīn）為解決基於時間的電氣問題的手段比解決基於空間的（de）機械問題的手段要多得多（duō）， 先進得多［6］。

      圖5 所示為時（shí）柵法的測試原理。測試時， 在傳動裝（zhuāng）置的輸入端和輸出端（duān）各安裝（zhuāng）一隻圓時柵傳感器， 在傳動裝置運轉時， 輸入端和輸出端時柵（shān）傳感器會在一定（dìng）周期內發出代表角（jiǎo）位移的脈衝當量， 然後進行放大等預處理， 再（zài）采（cǎi）用計數器通過計數分別測量其角位（wèi）移， 再交由上、下位機組成的分布式誤差檢測分析係統（tǒng）進行處（chù）理， 得出（chū）誤差（chà）曲線，分（fèn）析誤差環節［7］。

      時柵法實（shí）現（xiàn）了不依靠刻線尺而實（shí）現精密角位移測量的新技術， 大大降低了測試成本， 而且（qiě）對測試現場的（de）環境沒有過高的要（yào）求， 因（yīn）此同樣可應用於生產環節， 從而具有很好的市場前景［8］。

      3 結論

      傳動誤差是精密傳動鏈傳遞運（yùn）動的精確度（dù）的最重要的技（jì）術指標。而傳動誤差測試方法的選（xuǎn）取是準確反映傳動誤差， 進而（ér）對誤（wù）差進行分析研究的關（guān）鍵。

      （1） 靜態測量具有一定的缺（quē）點和局限性， 但（dàn）對頻率較（jiào）低、精度要求不太（tài）嚴格的傳動誤（wù）差的測量， 因為方法簡單（dān）， 造價低， 依（yī）然被人們所采用。

      （2） 動（dòng）態測量手段有磁分度法、慣性法、光柵法和時柵法等（děng）， 其測量準確， 各（gè）有不（bú）同的特點， 已經成為現代傳動誤（wù）差測（cè）試的主流。但具體測試時， 應（yīng）綜合考慮測（cè）量精度與分辨率， 測量的轉速範圍， 傳動比範圍； 可測誤差的頻率範圍以及記（jì）錄儀的頻率響應等因素， 選取合理的檢測（cè）方法。

      （3） 時（shí）柵法使幾何量位（wèi）移的測量（liàng）擺脫了（le）對以空間刻劃技術為代表的精（jīng）密機械加工的依（yī）賴（lài）， 逐漸形成基於以時間計量（liàng）為代表的電氣技術的新型（xíng）幾何量位移測量的新模式，具有（yǒu）廣泛的應用前景（jǐng）。