專利名稱：基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是測(cè)量儀器，具體涉及的是通過單片機(jī)對(duì)線位移與角位移傳感 器輸送來的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢測(cè)精度高，操作便捷的基于單片機(jī)的單盤漸開線齒 輪檢查儀。
背景技術(shù)：
老式漸開線齒輪檢查儀是一種機(jī)械量儀，只有千分表指示裝置，只能在表上用眼 睛觀察，記錄指針擺動(dòng)的最大和最小值算出齒廓總偏差Fa(舊標(biāo)準(zhǔn)中的齒形偏差)，測(cè)量誤 差大、重復(fù)性差。而且，無法給出齒廓形狀偏差Ffa與齒廓傾斜偏差FHa。同時(shí)齒輪新國家標(biāo)準(zhǔn) 已頒布貫徹實(shí)施，對(duì)于我國使用中數(shù)量眾多的機(jī)械式齒輪檢查儀，存在一個(gè)適應(yīng)性的問題。 應(yīng)用各種傳感器與電測(cè)技術(shù)對(duì)老測(cè)量設(shè)備進(jìn)行改造，可以提高測(cè)量精度、增加測(cè)量項(xiàng)目、適 應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種測(cè)量精度高、測(cè)量項(xiàng)目全面的基于單片機(jī)的單盤漸 開線齒輪檢查儀。采用的技術(shù)方案是基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀，由硬件部分和軟件部分所組成，硬件部分 包括底座、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)；所述的縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向絲杠、 縱向托板和基圓盤，縱向絲杠裝設(shè)在底座中，縱向托板的下面固定設(shè)置有縱向絲母，縱向絲 母與縱向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在縱向托板上裝設(shè)有回轉(zhuǎn)心軸，回轉(zhuǎn)心軸的底部套設(shè)有基圓盤，基 圓盤的上面設(shè)置有被測(cè)齒輪，被測(cè)齒輪套設(shè)在回轉(zhuǎn)心軸上，基圓盤與被測(cè)齒輪同一軸心。上述橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫向絲杠，橫向托板和支撐架；橫向絲杠裝設(shè)在底座的一 端，橫向托板的下面固定設(shè)置有橫向絲母，橫向絲母與橫向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在橫向托板上裝 設(shè)有支撐架，支撐架的上端裝設(shè)一連桿，連桿的下端設(shè)置有測(cè)頭，橫向托板的上面設(shè)置有直 尺，直尺的尺身與基圓盤的圓柱邊緣相切，直尺的后端固定連接橫向托板上。上述的檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括角度傳感器、位移傳感器和連接電路；所述的角度傳感器裝 設(shè)在縱向托板的中部，角度傳感器的中心軸與回轉(zhuǎn)心軸的中心軸的連線與縱向絲杠相平 行，通過傳動(dòng)帶使基圓盤、被測(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相同；所述的位移 傳感器裝設(shè)在連桿下端與測(cè)頭相對(duì)的一側(cè)，與連桿固定連接；上述連接電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、角度傳感器和位移傳感器，角度傳感器和 位移傳感器分別與多路開關(guān)連接，多路開關(guān)與采樣保持器相連接；采樣保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換 器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出分別與單片機(jī)和鎖存器的對(duì)應(yīng)端連接，單片機(jī)的相關(guān)端腳與 鎖存器連接，單片機(jī)的相關(guān)端腳與RAM6264連接；顯示器、打印機(jī)分別與單片機(jī)的輸出端腳 連接。上述的角度傳感器和位移傳感器為市售成品件。[0010]工作原理將被測(cè)齒輪裝到回轉(zhuǎn)心軸后，分別搖動(dòng)縱、橫向絲杠的手柄，使測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)齒輪 的齒根部位即零點(diǎn)。隨后接通電源，整機(jī)便進(jìn)入軟件的初始化階段，隨著對(duì)鍵盤掃描，緊接 著進(jìn)入測(cè)量子程序，本實(shí)用新型是以被測(cè)齒輪回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn)，通過和被測(cè)齒輪同軸的基 圓盤在直尺上滾動(dòng)，形成理論的漸開線軌跡，測(cè)頭的擺動(dòng)形成實(shí)際的漸開線軌跡，實(shí)際漸開 線與理論漸開線比較，通過與測(cè)頭連接的位移傳感器感受差值(齒廓偏差)。齒輪回轉(zhuǎn)軸上 通過帶傳動(dòng)連接一個(gè)角位移傳感器，角位移傳感器感受展角。再把傳感器的輸出信號(hào)放大， 經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。通過軟件程序計(jì)算處理，求得齒廓偏差、齒廓形狀偏差、齒廓傾斜 偏差，可用顯示器直接顯示出來。根據(jù)需要，外接一臺(tái)打印機(jī)，可將齒 形輪廓線打印出來，作 進(jìn)一步的分析。本實(shí)用新型能測(cè)量的齒輪直徑為60 240mm，模數(shù)為1 10mm。根據(jù)GB/ T10095. 1-2001標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相應(yīng)的齒廓公差為0. 1 0. 143mm。所以測(cè)頭的擺動(dòng)范圍至少為 士0. 143mm?？紤]到不合格齒輪的偏差會(huì)超出這個(gè)范圍，所以取士0. 167mm為測(cè)頭的實(shí)際擺 動(dòng)范圍。根據(jù)這兩個(gè)值即可選擇量程合適的線位移與角位移傳感器。通過查找分析確定了直流差動(dòng)變壓器式位移傳感器LVDT-I和差動(dòng)電感式角位 移傳感器R60D RVIT，使用時(shí)把直流差動(dòng)變壓器式位移傳感器LVDT-I的殼體固定裝設(shè) 在橫向托板的后端，本實(shí)用新型可以直接將位移變化量士0. 167mm轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?士0. 099V ；根據(jù)本實(shí)用新型的最大展開量，使用時(shí)保證角位移傳感器R60D RVIT與被測(cè)齒 輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以將轉(zhuǎn)角變化量士60°轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓渴?.625V。本實(shí)用新型的特點(diǎn)基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀的測(cè)量誤差小，重復(fù)性高，增加了齒廓形狀 偏差Ffa與齒廓傾斜偏差FHa測(cè)量項(xiàng)目。同時(shí)也可以實(shí)驗(yàn)分析測(cè)量誤差，進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的修 正與補(bǔ)償。目前單盤漸開線齒輪檢查儀是我國大多數(shù)企業(yè)，特別是中小企業(yè)的重要測(cè)量設(shè) 備，我們國家正處在發(fā)展階段，大量購買新自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，價(jià)格昂貴。而通過運(yùn)用本實(shí)用新 型對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，既可以降低成本又可以節(jié)約資源，是企業(yè)適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)要求行 之有效的方法。應(yīng)用這一實(shí)用新型可以為高校相關(guān)專業(yè)提供設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的環(huán)節(jié)、更能改進(jìn)或自制 測(cè)量設(shè)備，為高校引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)科學(xué)、合理、富有創(chuàng)意，整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、低功耗、成本低廉， 性能穩(wěn)定、可靠，環(huán)境適應(yīng)性和實(shí)用性較強(qiáng)，具有較好的發(fā)展前景。適宜相關(guān)的工礦企業(yè)和 計(jì)量監(jiān)測(cè)部門使用。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1俯視示意圖。圖3是本實(shí)用新型的電路連接示意圖。
具體實(shí)施方式
基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀，包括底座1、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu) 和檢測(cè)機(jī)構(gòu)；所述的縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向絲杠12、縱向托板3和基圓盤9 ；縱向絲杠12裝 設(shè)在底座1中，縱向托板3的下面設(shè)置有縱向絲母，縱向絲母與縱向絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在縱 向托板3上裝設(shè)有回轉(zhuǎn)心軸7，回轉(zhuǎn)心軸7的底部套設(shè)有基圓盤9，基圓盤9的上面設(shè)置有 被測(cè)齒輪8，被測(cè)齒輪8套設(shè)在回轉(zhuǎn)心軸7上，基圓盤9與被測(cè)齒輪8同一軸心。上述橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫向絲杠11，橫向托板2和支撐架5 ；橫向絲杠 12裝設(shè)在 底座1的一端，橫向托板2的下面設(shè)置有橫向絲母，橫向絲母與橫向絲杠11轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在橫 向托板2上裝設(shè)有支撐架5，支撐架5的上端裝設(shè)一連桿6，連桿6的下端設(shè)置有測(cè)頭15，橫 向托板2的上面設(shè)置有直尺4，直尺4的尺身與基圓盤9的圓柱邊緣相切；直尺4的后端固 定連接橫向托板2上。上述的檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括角度傳感器14、位移傳感器13和連接電路；所述的角度傳感 器14裝設(shè)在縱向托板3的中部，角度傳感器14的中心軸與回轉(zhuǎn)心軸7的中心軸的連線與 縱向絲杠12相平行，通過傳動(dòng)帶10使基圓盤及被測(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與角度傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)的 角度相同；傳動(dòng)帶10的一端與回轉(zhuǎn)心軸7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，傳動(dòng)帶10的另一端與角度傳感器14 的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述的位移傳感器13裝設(shè)在連桿6下端與測(cè)頭15相對(duì)的一側(cè)，與連桿 6固定連接；上述連接電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、角度傳感器14和位移傳感器13，角度傳 感器14和位移傳感器13分別與多路開關(guān)連接，多路開關(guān)與采樣保持器相連接，對(duì)信號(hào)進(jìn) 行保持，采樣保持器采用LF398的型號(hào)；采樣保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用 AD574型號(hào)的集成轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將保持的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，模數(shù) 轉(zhuǎn)換器的輸出分別與單片機(jī)和鎖存器的對(duì)應(yīng)端連接，單片機(jī)采用AT89C51進(jìn)行計(jì)算處理， 單片機(jī)AT89C51為嵌入式控制芯片，單片機(jī)AT89C51與鎖存器74LS373連接，邏輯控制信號(hào) 與單片機(jī)89C51的數(shù)據(jù)口發(fā)出，并由鎖存器74LS373鎖存到輸出端上，用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574A的工作過程。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過數(shù)據(jù)總線連至單片機(jī)AT 89C51，單片機(jī) 片內(nèi)RAM為128個(gè)字節(jié)，可以用來存放操作數(shù)、操作結(jié)果和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。但根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要 求，其容量不能滿足，單片機(jī)外接RAM6264。最后由顯示器顯示測(cè)量結(jié)果，或由打印機(jī)打印出 齒廓曲線。上述的角度傳感器14和位移傳感器13的引線與多路開關(guān)的對(duì)應(yīng)端連接。上述的角度傳感器14和位移傳感器13為市售成品件。本實(shí)用新型的軟件程序采用MCS-51匯編語言，可實(shí)施以下工作(1)零點(diǎn)狀態(tài)的顯示、標(biāo)定與校正；(2)采集位移、角度兩個(gè)數(shù)值；(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、計(jì)算、存儲(chǔ)；(4)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)；(5)打印圖形。
權(quán)利要求基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀，包括底座(1)、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)；其特征在于所述的縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括縱向絲杠(12)、縱向托板(3)和基圓盤(9)；縱向絲杠(12)裝設(shè)在底座(1)中，縱向托板(3)的下面設(shè)置有縱向絲母，縱向絲母與縱向絲杠(12)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在縱向托板(3)上裝設(shè)有回轉(zhuǎn)心軸(7)，回轉(zhuǎn)心軸(7)的底部套設(shè)有基圓盤(9)，基圓盤(9)的上面設(shè)置有被測(cè)齒輪(8)，被測(cè)齒輪(8)套設(shè)在回轉(zhuǎn)心軸(7)上，基圓盤(9)與被測(cè)齒輪(8)同一軸心；上述橫向移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括橫向絲杠(11)，橫向托板(2)和支撐架(5)；橫向絲杠(11)裝設(shè)在底座(1)的一端，橫向托板(2)的下面設(shè)置有橫向絲母，橫向絲母與橫向絲杠(11)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在橫向托板(2)上裝設(shè)有支撐架(5)，支撐架(5)的上端裝設(shè)一連桿(6)，連桿(6)的下端設(shè)置有測(cè)頭(15)，橫向托板(2)的上面設(shè)置有直尺(4)，直尺(4)的尺身與基圓盤(9)的圓柱邊緣相切，直尺(4)的后端固定連接橫向托板(2)上；上述的檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括角度傳感器(14)、位移傳感器(13)和連接電路；所述的角度傳感器(14)裝設(shè)在縱向托板(3)的中部，角度傳感器(14)的中心軸與回轉(zhuǎn)心軸(7)的中心軸的連線與縱向絲杠(12)相平行，所述的位移傳感器(13)裝設(shè)在連桿(6)下端與測(cè)頭(15)相對(duì)的一側(cè)，與連桿(6)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀，其特征在于上述連 接電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、角度傳感器(14)和位移傳感器(13)，角度傳感器(14)和 位移傳感器(13)分別與多路開關(guān)連接，多路開關(guān)與采樣保持器相連接，采樣保持器與模數(shù) 轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出分別與單片機(jī)和鎖存器的對(duì)應(yīng)端連接，單片機(jī)的相關(guān)端 腳與鎖存器連接。
專利摘要基于單片機(jī)的單盤漸開線齒輪檢查儀，縱向絲杠裝設(shè)在底座中，縱向托板與縱向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在縱向托板上裝設(shè)有套設(shè)有基圓盤和被測(cè)齒輪的回轉(zhuǎn)心軸，橫向絲杠裝設(shè)在底座的一端，橫向托板與橫向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在橫向托板上裝有上端設(shè)有連桿的支撐架，連桿的下端設(shè)置有測(cè)頭，角度傳感器和位移傳感器的引線與多路開關(guān)的對(duì)應(yīng)端連接，多路開關(guān)與采樣保持器相連接；采樣保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出通過導(dǎo)線與單片機(jī)的對(duì)應(yīng)端連接。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)科學(xué)，結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、實(shí)用性較強(qiáng)，具有較好的發(fā)展前景。適宜相關(guān)的工礦企業(yè)和計(jì)量監(jiān)測(cè)部門使用。
文檔編號(hào)G01M13/02GK201569561SQ200920247999
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者劉玉梅, 張雪粉 申請(qǐng)人:沈陽理工大學(xué)