近些年隨著我國工業技術的迅猛發展， 對（duì）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（qiáng）度（dù）、剛度等性能（néng）， 其中精度和可靠性尤為重要， 其代表（biǎo）了一個國（guó）家的製造業水平。精密（mì）傳動鏈憑（píng）借其獨特（tè）的優點， 在要求高精度和高動態性能的設備中得到（dào）了越來越廣泛的應用， 其對製造業水（shuǐ）平的提（tí）高， 製造精度和可靠性起到了（le）保障作用。因此高精度優良動態性（xìng）能的傳動裝置的研製開發非常（cháng）重要， 與此同（tóng）時， 精密傳動鏈的傳（chuán）動誤差檢測分析也成（chéng）為亟待解（jiě）決的問題（tí）之一。傳動係統傳動誤差（chà）的測量有多種檢測手段和方法， 按照其測量的（de）方式來看通常主要有（yǒu）動態測量和靜（jìng）態測量兩種方法， 下麵將對其分別進行（háng）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（duān）轉（zhuǎn）過（guò）一定（dìng）角度後停下來， 在靜止的狀態下測量輸入端和輸出端各自的轉角， 兩者進行比較從而得（dé）到傳動誤差的方法。通常選用的儀器（qì）有光（guāng）學度盤、經緯儀、多麵（miàn）體、數字測角儀、分度頭、自（zì）整（zhěng）角機以及旋轉變壓器等（děng）［1］。其中（zhōng）， 多麵體、經緯儀、光學度盤屬於光學（xué）式（shì）測量， 使用還需分別輔助於自準直光管和讀數顯微（wēi）鏡（jìng）等設備。

      靜態測（cè）量方法的應用如圖1 所示， 圖1 的（de）測（cè）試原理為（wéi）多麵體法， 它利用光學（xué）多麵棱體並輔助於光柵、自準平（píng）行光管等設備進行測量。

      測量時光柵安裝在傳動裝置輸入端（duān）上， 輸出端安裝高精度角度計量元件———12 麵體， 利用自準平行光管（guǎn）對12麵體（tǐ）進行觀測並定位。光柵記錄儀所顯（xiǎn）示的值， 是輸入軸（zhóu）的實際轉角值， 其與理論轉角的偏差即為輸（shū）入軸在該點的傳動誤差（chà）。在輸出軸旋轉一周範圍內測量（liàng）時， 取其中最大值與最小值的差（chà）值， 便可得到以輸（shū）出（chū）軸一周為周（zhōu）期的減速器的輸入軸的角度傳動（dòng）誤差［2］。

      靜態測量的測（cè）量過程是不連續的， 不像動（dòng）態測量那樣能比較全（quán）麵地將傳動誤差（chà）揭示出（chū）來。這種測量（liàng）回轉誤差的方法由於其設備簡單、理論比較成（chéng）熟、造價較低， 容（róng）易實施， 在早期得到廣泛的應用。

      2 動態測量

      隨著精密（mì）傳（chuán）動裝置（zhì）的（de）廣泛應用， 靜態測量法逐漸（jiàn）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性質， 而靜（jìng）態測量法測量的（de）是傳（chuán）動過程中若（ruò）幹個間斷點的傳動誤差， 它（tā）反映的誤差不全麵， 並且測得的誤差有（yǒu）可能並不是傳動鏈最大誤差， 更無法進行頻譜分析（xī）， 不便於分析和查找主（zhǔ）要誤差來源， 不利於進一步（bù）確定提高精度的途徑。因此（cǐ）， 隨著（zhe）高（gāo）性能處理器和高精（jīng）度傳感器的普及， 動態測試己逐（zhú）漸成為現代測試技術的標誌和主流（liú）［3］。

      動態測量是指在接（jiē）近工作時的運行狀（zhuàng）態下測量輸入端和輸（shū）出端的轉（zhuǎn）角， 兩者進行比較而得到傳（chuán）動誤差的方法，其測量過程是連續的， 或者說（shuō）是接近於連續的， 因此它（tā）能（néng）將傳動誤差全麵（miàn）地（dì）揭示（shì）出來。測量的方法有磁（cí）分度法、慣性法、光柵法和時柵法等。

      2．1 磁（cí）分度法

      這種方法可分為絕對比相式、兩路分頻式（shì）單路倍頻分頻式、錄（lù）放差頻式（shì）和差額激（jī）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理及其過程， 磁分度法絕對比相式測試原理如圖2 所示。

      它采用兩個在圓周上錄有正弦磁（cí）波的標準錄磁的磁盤來測量傳動（dòng）裝置的傳動誤（wù）差， 測（cè）量時， 將磁盤1 安裝在輸入（rù）軸（zhóu）上， 將磁盤2 安裝在輸出軸上（shàng）。磁盤1 的磁波數為N1， 磁盤2 的磁波數為（wéi）N2 （N1、N2 需為整數）。兩磁盤的磁波數之比應等於傳動鏈的（de）傳動比（bǐ）i， 即i＝N1 ／N2。在磁盤1 和磁盤2 的（de）圓周上分別設置兩個固定磁頭（tóu）H1 和H2 用來感（gǎn）應磁盤上的正弦信號。當傳動鏈工作時， 輸入軸和輸出軸分別以轉速n1、n2 旋（xuán）轉（zhuǎn）， 這樣， 磁頭H1 便感應出頻率為（wéi）n1N1 的正弦信號； 磁頭H2 則感（gǎn）應出頻率為n2N2 的正弦信號。由於i＝N1 ／N2， 所以n1N1＝n2N2。即兩磁頭感應出的信號（hào）頻率相同。然後， 將兩路信號經過（guò）放大、整形， 便可進入相位計中比相。當（dāng）傳動裝置的傳動誤差為零時， 則兩路信號將保持恒定的相位差; 當（dāng）傳動（dòng）裝置的傳動誤差不為零時， 則其相位差將隨（suí）之改變。相位差的變化量即代表傳動裝置的傳動誤差。在實際測量中， 相（xiàng）位差在相位計中需進行濾波， 濾掉不需要的高次諧波， 將以（yǐ）電壓形式輸出，通過記錄儀， 畫出傳動曲線， 然後通過定標， 得到傳動鏈的傳動誤差。

      該種測試方法能夠（gòu）直接從高（gāo）精度的磁（cí）盤上拾取信（xìn）號進（jìn）行比相， 所以測量的精度比較高。但其缺點（diǎn）是需要（yào）高精度的錄磁設備； 磁盤易磨損失磁， 壽命（mìng）較短； 感應信號弱，不宜用作低速測量； 而且， 這種測量法從信號進來到化成同頻率的過程中經過了多次（cì）的處理， 這種即使係（xì）統複（fù）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， 很難實現比相（xiàng）過程［4］。

      2．2 慣性法

      慣（guàn）性法是一種高精度的動態測量方法， 它利用物體的慣性原理， 產生理想的勻（yún）速旋（xuán）轉運動（dòng）， 與被測的不均（jun1）勻旋轉運動相比較而得到角位移偏差的（de）一（yī）種測量方法。所以，用該方法製成的儀器被稱為慣性式回轉不均勻性檢查儀，又因為這種儀器和地震儀相似（sì）， 因此， 這種方法也被稱（chēng）作地震儀法。其（qí）測試（shì）原理如圖3 所示。

      兩（liǎng）傳感器具有相同固有頻率和阻尼度， 分別安裝在傳動裝置的輸入軸和（hé）輸出軸上並以角位移偏差作為輸出信（xìn）號（hào）來測量兩軸回轉運動之（zhī）間（jiān）的相對不均勻性。測（cè）量時傳感器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（wèi）移偏差Δψ2 以電信號輸（shū）出（chū）， 兩（liǎng）輸出信號便一起進入加法（fǎ）器（qì）中相減， 消除絕對回轉不均勻性誤差， 而得兩軸間相對（duì）回轉不均勻性誤差， 即（jí）是傳動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。再經載頻放大和功率放大後（hòu）， 便可由記錄儀畫出傳動誤差曲線， 然後通過定標就可以（yǐ）得到傳動（dòng）裝置的傳動誤（wù）差。

      慣性法的測量精度高， 測量頻（pín）域範圍寬， 而且設備相對比較簡單， 測量比（bǐ）較方便， 不需要（yào）高精度的測量元件（jiàn）。相對磁分度法而言（yán）， 慣性法可以測量任意數值的傳動比，包括非整數的傳動比。但是， 慣性法（fǎ）對於低（dī）頻的運動誤差， 因受其固有頻率（lǜ）限製是不能測量的。此外， 當這種儀器在（zài）水平（píng）方向旋轉時， 由於十字彈簧剛度的影響， 會產生一個呈正弦變化的固有誤差， 影響其測量精度， 最（zuì）大測量誤差甚至可以達到垂（chuí）直使用時的100 倍。

      2．3 光柵法

      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（de）角位移（yí）轉變成電信號（hào）輸出（chū）， 從而測量傳動誤差的一種（zhǒng）動態（tài）測量方法。目前， 光柵法是最為流行的動（dòng）態精度測試方法， 光柵法測試原理如圖（tú）4 所示。

      測試（shì）時（shí）將光柵式角位移（yí）傳感器分別通過精密聯軸器與被測傳動裝置的輸入軸和輸出軸上。傳（chuán）動裝置被（bèi）驅動後，輸入端和輸出軸的角位移信息分別由兩路光柵傳感器采（cǎi）集， 並產生反映輸入（rù）端和輸出（chū）軸角位移信息（xī）的脈衝信號。然後將這兩路脈衝信號傳輸到計算機， 經過小（xiǎo）波降（jiàng）噪， 過濾掉信號中的幹擾成分， 再送入（rù）計（jì）數器（qì）進行脈衝計（jì）數。誤差（chà）測量軟件模塊不斷讀取計數器（qì）的數據， 依次計算出傳動誤差。同時傳動誤差數值不斷地（dì）被保（bǎo）存到計算機硬盤（pán）的指定空間， 並同時在顯示器上顯示出來。誤差測量得到的（de）離散數據經過時域分析， 最後也由顯示器顯示出來（lái）。

      使用光柵法測量時不用每次定標； 測量值不受（shòu）傳動比變化的影響； 儀器的測量（liàng）精度（dù）高； 可測量傳（chuán）動比範圍廣；可以（yǐ）垂直使用， 也可水（shuǐ）平使用； 但一般（bān）比較昂貴［5］。它適用於精密齒輪傳動、精密分度頭、雷達、跟蹤望遠鏡等精密（mì）傳動（dòng）鏈誤（wù）差的測量， 是目前最為流行的一種傳動誤差動態測試方法。

      2．4 時（shí）柵法

      目前， 光柵法是應用廣泛的傳動誤差的動態測試方法， 精度高， 技術成熟， 但不（bú）可（kě）避免仍有許多缺點， 其根本原因（yīn）在於光柵傳感器柵線數難以進一步刻（kè）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（fāng）麵（miàn）的問（wèn）題； 而且對光柵（shān）的運動速度還附加了限製， 必須運（yùn）動（dòng）平穩、無突變和相對低速等。

      重慶大學彭東林教（jiāo）授（shòu）針對這些問題提出了以時間（jiān）測量（liàng）空（kōng）間的時柵測試法， 並研製成功了無（wú）需高精度機械加工即可實現高精度的時柵傳感器。時柵傳感器的工作原理是時空坐標轉換思想， 即建立（lì）相對勻速運動雙坐標係， 則一個坐標係上的位置之差（位移） 表現為另一個坐標係上觀察（chá）到（dào）的時間之差。同時， 把傳感器對刻線尺的（de）要求轉化成了電氣（qì）問題， 因為（wéi）解決基（jī）於時間的電氣問題的手（shǒu）段比解決基於空間的機械問題的手（shǒu）段要（yào）多得多， 先進得多（duō）［6］。

      圖5 所示為時柵法的測試原理。測（cè）試時， 在傳動裝置的輸入端和輸出端各安裝一隻圓時柵傳感器， 在傳動（dòng）裝置運轉時， 輸入端和輸出（chū）端時柵傳（chuán）感器會在一定周期內發出代（dài）表角位移的脈衝當量， 然後進行放大等（děng）預處（chù）理， 再（zài）采（cǎi）用計數器通過計數分別測（cè）量其角位移， 再交由上、下位機組成（chéng）的分布式誤差檢測分析係統進行處理， 得出誤（wù）差曲線，分析誤差環節［7］。

      時柵法（fǎ）實現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（běn）， 而且對測試現場的環境沒有過高的要求， 因此同樣可應用於生產環節， 從而具有很好的市場（chǎng）前景［8］。

      3 結論

      傳動誤差是精（jīng）密傳動鏈傳遞運（yùn）動（dòng）的精確度的最重要的技術指（zhǐ）標（biāo）。而傳動誤差測（cè）試方法的（de）選（xuǎn）取是準確反映傳動（dòng）誤差， 進而對誤差進行分析研究的關鍵。

      （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（cè）量， 因為方法簡單， 造（zào）價低， 依然被人們所采用。

      （2） 動態測量手段有磁分（fèn）度法、慣（guàn）性法、光柵法和時柵法等， 其測量準確， 各有不同的特點， 已經（jīng）成為現代傳動（dòng）誤（wù）差（chà）測試的主流。但具體測試時， 應綜（zōng）合考慮測量精度（dù）與分辨率， 測量的轉速範（fàn）圍， 傳動比範圍； 可測誤（wù）差的頻率範圍（wéi）以及記錄儀（yí）的頻率響應等因素（sù）， 選取合理的檢測（cè）方法。

      （3） 時柵法使幾何量位移的測量擺脫了對以（yǐ）空間刻劃技術為代表的精密機械加工的依賴， 逐漸形成（chéng）基於以時間計量為代表的（de）電氣技術的新型幾何（hé）量（liàng）位移測量（liàng）的新模式，具有廣泛的應用前景。