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非圆齿轮极坐标跟踪测量技术的探讨

作　者: 刘海军
导　师: 郭敬滨
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 非圆齿轮跟踪测量 DSP FPGA “零”跟踪
分类号: TG86
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

非圆齿轮的节曲线是按照要求的传动比函数关系设计的,它兼有凸轮和齿轮两者的优点,既能实现凸轮的变速传动又能实现齿轮的精确高效传动。因此非圆齿轮在机床行业、轻工业自动机械、仪器制造业中等变传动比场合都有非常广泛地应用。而对其几何精度的研究,如形状误差检测、工艺误差分析等,目前国内研究还很少。目前用于非圆齿轮的测量方法一般采用单面啮合和双面啮合法,其中单面啮合法需要标准的高精度圆柱齿轮,而高精度圆柱齿轮加工困难,此外,它结构复杂。双面啮合法只能测量径向综合误差,难以准确的反映整个齿轮的误差情况。本文以极坐标测量原理为理论基础,采用极坐标跟踪测量技术,设计了基于DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列器件)的数据采集、控制系统,可以对非圆齿轮的齿廓进行连续自动跟踪测量,以实现对非圆齿轮误差的测量和综合评定。本文的研究内容主要包括:1.提出了非圆齿轮极坐标跟踪测量方法。控制齿轮连续回转,测头不断扫描,测出齿轮的齿廓总偏差、齿距偏差、齿距累积偏差。2.对非圆齿轮的特例-偏心圆齿轮实现了极坐标跟踪测量,求出各项偏差,分析了偏心圆齿轮齿廓的特点。3.提出了卵圆齿轮的假想齿形的思想,以假想齿形为理论齿形,实现了跟踪测量。解决了测头与齿廓的干涉问题,以假想齿形为基准计算了各采样点的法向误差,分析了卵圆齿轮齿形变化规律。提出了等弧长不等转角的处理方法,计算非圆齿轮的齿距偏差。4.采用“零”跟踪测头控制方法,对摆线齿轮测量,验证了“零”跟踪测头控制思想的正确性。5.设计了基于DSP和FPGA的非圆齿轮极坐标测量控制系统,主要包括伺服电机控制电路、光栅信号采集电路、AD转换电路、数据通讯电路和保护电路。完成了PCB板的制作、硬件电路的调试和软件编程,采用等时间原理实现两轴联动,实现了非圆齿轮的跟踪测量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 非圆齿轮的特性及应用  9-12
    1.2.1 非圆齿轮的特性  9-10
    1.2.2 非圆齿轮的应用  10-12
  1.3 非圆齿轮测量技术的现状  12-14
    1.3.1 单面啮合法  12-13
    1.3.2 双面啮合法  13-14
    1.3.3 极坐标测量法  14
  1.4 本文的主要工作  14-15
第二章非圆齿轮极坐标测量系统  15-25
  2.1 非圆齿轮节曲线上各齿位置的确定  15-16
  2.2 非圆齿轮测量方案  16-17
  2.3 非圆齿轮测量模型的建立  17-18
  2.4 测球半径的消除  18-20
  2.5 起始测量点的确定  20
  2.6 采样点的确定  20-21
  2.7 非圆齿轮的干涉现象  21-25
    2.7.1 干涉产生的原因  21-23
    2.7.2 非圆齿轮干涉解决的办法  23-25
第三章硬件电路设计  25-38
  3.1 DSP 芯片的选型  26-29
    3.1.1 DSP 晶振及复位电路设计  26-27
    3.1.2 JTAG 接口  27-28
    3.1.3 电源设计  28-29
  3.2 FPGA 芯片选型  29-32
    3.2.1 可编程逻辑器件  29-30
    3.2.2 FPGA 晶振电路设计  30-31
    3.2.3 FPGA 配置接口AS 和JTAG 设计  31-32
  3.3 光栅信号采集电路的设计  32-33
  3.4 伺服电机控制电路的设计  33-34
  3.5 A/D 转换器接口模块  34-36
  3.6 保护电路的设计  36
  3.7 串口通讯模块设计  36-37
  3.8 DSP 与FPGA 通讯模块设计  37-38
第四章控制系统软件设计  38-53
  4.1 DSP 开发环境CCS 简介  38
  4.2 DSP 与计算机通讯  38-39
  4.3 FPGA 开发环境及开发语言的介绍  39-41
    4.3.1 Quartus II 概述  39-40
    4.3.2 Verilog HDL 语言简介  40-41
  4.4 FPGA 程序的实现  41-49
    4.4.1 FPGA 的PWM 波产生  41-42
    4.4.2 光栅信号的四细分可逆计数  42-45
    4.4.3 A/D 采集控制  45-46
    4.4.4 采样信号的产生  46-48
    4.4.5 数据选通模块  48
    4.4.6 信号锁存处理  48-49
  4.5 DSP 与FPGA 之间的通讯  49-50
  4.6 两轴联动功能的实现  50-51
  4.7 软件程序流程图  51-53
第五章数据处理与分析  53-69
  5.1 非圆齿轮误差的计算方法  53-56
    5.1.1 误差定义  53
    5.1.2 齿廓总偏差的计算  53-55
    5.1.3 齿距偏差的计算  55-56
  5.2 数据处理流程图  56-57
  5.3 电感测头标定实验  57-58
  5.4 非圆齿轮特例—偏心圆齿轮的测量  58-64
    5.4.1 偏心圆齿轮控制程序框图  59-61
    5.4.2 实验与误差分析  61-64
  5.5 卵圆齿轮测量数据的处理  64-69
    5.5.1 齿廓假想总偏差  64-66
    5.5.2 齿距偏差  66-67
    5.5.3 非圆齿轮齿廓特点的分析  67-69
第六章 “零”跟踪测头控制方法  69-75
  6.1 “零”跟踪的定义及应用  69
  6.2 “零”跟踪测头控制原理和测量模型  69-70
  6.3 摆线齿轮的“零”跟踪测头控制  70-72
  6.4 “零”跟踪数据分析与处理  72-75
第七章总结与展望  75-76
  7.1 主要工作总结  75
  7.2 技术展望  75-76
参考文献  76-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79

非圆齿轮极坐标跟踪测量技术的探讨

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