近些年隨著我國（guó）工業（yè）技術的迅猛發展（zhǎn）， 對裝備製造業提出了（le）更（gèng）高的要求， 具體包括製造精（jīng）度、可靠性、強度、剛度等性能， 其中精度和可靠性尤為（wéi）重要（yào）， 其代表（biǎo）了一個國家（jiā）的製造業水平。精密傳動鏈憑借其（qí）獨特的優點， 在（zài）要求高精度和高動態性能的設備中得到了越來越廣泛的應用， 其對製造業水平的提高， 製造精度和可靠性起到了保障作用。因此高精度（dù）優良動態性能（néng）的傳動裝置的研製（zhì）開發非常重要（yào）， 與此同時， 精密傳動鏈的傳動誤差檢測分析也成（chéng）為亟（jí）待解決的問題之一。傳動係統傳動誤差的測量有多種檢測手段和方法， 按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， 下麵將對其分別進行介紹和分析說明。

      1 靜態測（cè）量

      靜態測量是指將傳動鏈的輸入端轉過（guò）一定角度後停下來， 在靜（jìng）止的狀態下測量輸入端和輸出端各（gè）自（zì）的（de）轉角， 兩者進行比較從而得到傳動誤差的方法。通常選（xuǎn）用的儀器有光學度盤、經緯儀、多麵體、數字測角儀、分度頭、自整角機（jī）以及旋（xuán）轉變壓器等［1］。其中， 多麵體、經緯儀、光（guāng）學度盤（pán）屬於光學式測（cè）量， 使用還需（xū）分別輔助（zhù）於自準直光管和讀數顯微（wēi）鏡等設備。

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

      測（cè）量時光柵（shān）安裝在傳動裝置輸入端上， 輸出端安裝高精度角度計（jì）量元件———12 麵體， 利用自準平行（háng）光管對12麵體進行觀測並定位。光柵記錄儀（yí）所顯示的值， 是（shì）輸入軸的實際（jì）轉角值， 其與理論轉角的偏差即為輸入（rù）軸在該（gāi）點的傳動誤（wù）差。在輸出軸旋轉（zhuǎn）一周範圍內測量時， 取（qǔ）其中（zhōng）最大值與最小（xiǎo）值的差值， 便可得到以輸出軸一周為周期的減速器的輸入軸的（de）角度傳動誤差［2］。

      靜態測量的測量過程是不連續的， 不像動態測量那樣能比較全麵地將（jiāng）傳動誤差揭示出（chū）來。這（zhè）種測量回轉（zhuǎn）誤差的方（fāng）法（fǎ）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

      隨著精密（mì）傳動裝（zhuāng）置的廣泛應用， 靜態測量法逐漸暴露了它（tā）的缺點和局限性。精（jīng）密傳動裝（zhuāng）置的傳動誤差具（jù）有高頻性質， 而靜態測量法測量的（de）是（shì）傳動過程中若幹個間（jiān）斷點（diǎn）的傳動誤差， 它反映的誤（wù）差不全麵， 並且測得的誤差有可能並不是傳動鏈最（zuì）大誤差， 更無法進行頻譜分析（xī）， 不便於分析和查找主要誤差來源， 不利於（yú）進一步確定提高精度的途徑。因此， 隨著高性能處（chù）理器（qì）和高精度傳感器的普及， 動態測試己逐漸成為現代測試技（jì）術（shù）的標誌和主流［3］。

      動態測量是指在接近工作時的（de）運行狀態下測量輸入端和輸出端的轉角， 兩者進行比較而得到傳動誤差的方法，其測（cè）量過程是連續的， 或者說（shuō）是接近於連續的， 因此它能將傳動誤（wù）差全麵地揭（jiē）示出來。測量的方法（fǎ）有磁分度法、慣性法、光柵法和時柵（shān）法等。

      2．1 磁分度法

      這種（zhǒng）方法可分為絕對比相式、兩路分頻式單路倍頻分頻式、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理（lǐ）及其過程， 磁分度（dù）法絕對比相式測試原理如圖2 所示（shì）。

      它采用兩（liǎng）個在圓周上錄有正弦磁波的（de）標準錄磁的磁盤來測量（liàng）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（cí）盤2 安（ān）裝在（zài）輸出軸上。磁（cí）盤1 的磁波數為（wéi）N1， 磁盤2 的磁（cí）波數為N2 （N1、N2 需為整數）。兩磁盤的磁波數之比應等（děng）於（yú）傳動鏈的傳動比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（gù）定（dìng）磁頭H1 和H2 用來感應磁盤上的正弦信號。當傳動鏈工（gōng）作時， 輸入軸（zhóu）和（hé）輸出軸分別以轉速n1、n2 旋轉， 這（zhè）樣， 磁頭H1 便感應出頻率為n1N1 的正弦信號； 磁頭H2 則感應出頻率為n2N2 的正弦信號。由於i＝N1 ／N2， 所以n1N1＝n2N2。即兩磁頭（tóu）感應出的（de）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。當傳動裝置的傳動誤差為零時（shí）， 則兩路信號將保持恒定的相位（wèi）差; 當傳動裝置的傳動誤差不為零（líng）時， 則其相位差將隨之改變。相（xiàng）位差的變化量即代表傳動裝置（zhì）的傳（chuán）動誤差。在實際測（cè）量中， 相位差在相位計中需進行濾波， 濾掉不需要的高次（cì）諧波， 將以電壓形式輸出，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（chà）。

      該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）， 所以測量（liàng）的精度比較高。但（dàn）其缺點是需要高精度的錄磁（cí）設備； 磁盤易磨損失磁， 壽命較短； 感應信號弱，不（bú）宜用作低速測量； 而且， 這種測量法從信號進來（lái）到化成同頻率的過程中經過了多次的處理， 這種即使係統（tǒng）複雜又容易引入誤差， 而且（qiě）在遇到非整數（小數、無理數） 傳動比的時（shí）候， 很難實現比相過程［4］。

      2．2 慣性法

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

      兩傳感器具有相同固有頻（pín）率和（hé）阻尼度， 分別安（ān）裝在傳動（dòng）裝置的輸入軸和輸出軸（zhóu）上並以角位移偏差作為輸（shū）出信號來測量兩軸回轉運動之間的相（xiàng）對不均勻性。測量（liàng）時傳感器（qì）1 將輸入軸角位偏差Δψ1 衰減i 倍（bèi）後以電信號輸出（chū）， 傳感器2 則將輸出軸角位移（yí）偏（piān）差Δψ2 以電信號輸出， 兩輸出信號便一起進入加法（fǎ）器中（zhōng）相（xiàng）減， 消（xiāo）除絕對回轉不均勻性誤差， 而得兩軸間相對回轉不（bú）均勻（yún）性誤差， 即是傳動誤差引起的輸出（chū）軸角位移（yí）偏差， 設傳動誤差引起（qǐ）的輸出軸角（jiǎo）位移偏差為Δψc， 則Δψc＝Δψ2－Δψ1 ／ i。再經載頻（pín）放大（dà）和功率放大後， 便可由記錄儀畫出傳動誤差曲線， 然後通過定標就可以得到傳動裝置的傳（chuán）動誤差。

      慣性法的測量精度高（gāo）， 測量頻域範圍寬（kuān）， 而且設備相對比較簡單， 測量（liàng）比較（jiào）方便， 不需要高精度的測量元件。相對磁分度法而言， 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， 慣性法對於低頻的運動（dòng）誤差， 因受其固有頻率限製是不能測量的。此外， 當這（zhè）種儀器在（zài）水平方向（xiàng）旋轉時， 由（yóu）於十字彈（dàn）簧剛度的影響， 會產生一個（gè）呈正（zhèng）弦變化（huà）的固有誤差， 影響其測量精度， 最大測量誤差甚至（zhì）可以達到垂直使（shǐ）用時的100 倍。

      2．3 光柵法

      光柵法是利用光柵度盤產生莫（mò）爾條紋， 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（chà）的（de）一種動態測量方（fāng）法。目前， 光柵法是最為（wéi）流行的動（dòng）態精度測試方法， 光柵法測試原理如（rú）圖4 所示。

      測試時將光柵式角位（wèi）移傳感器分別（bié）通過精密聯軸（zhóu）器與（yǔ）被測傳（chuán）動裝置的輸入軸和輸出軸上。傳動裝置被驅動後（hòu），輸入端（duān）和（hé）輸出軸的角位移（yí）信息分別由兩（liǎng）路光柵傳感（gǎn）器采集， 並產生（shēng）反映輸入端和輸出軸角位移信息的脈衝（chōng）信號。然後將這（zhè）兩路脈衝信號傳輸到計算機， 經過小波降噪， 過濾掉信號中的幹擾成分， 再送入計數器進行脈衝計數。誤差測量軟件模塊不斷讀取（qǔ）計數器的數據， 依次計算出（chū）傳動誤差。同時傳動（dòng）誤差數值不斷地被保存到計算機硬盤的指定空間， 並同時在顯示器上顯（xiǎn）示出（chū）來。誤差測量得到的離散數（shù）據經過時域（yù）分析， 最後也由顯示器顯示出來。

      使用光柵法測量（liàng）時不用每次（cì）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（chuán）動比範圍（wéi）廣；可以垂直使用， 也（yě）可水平使用； 但一般比較昂貴［5］。它適用於精密齒輪傳動、精密分（fèn）度頭、雷達、跟（gēn）蹤望遠鏡等精密傳動鏈誤（wù）差的測量， 是目前最為流行的一種傳動（dòng）誤差動態測試方法。

      2．4 時柵法

      目前， 光柵法是（shì）應用廣泛的傳動誤差的動態測試方（fāng）法， 精度高， 技（jì）術成熟， 但不可避免仍（réng）有許多缺點， 其根本（běn）原（yuán）因在於光柵傳感器柵線數難以進一步刻劃， 隻能依靠電子細分， 從而引起成本、可靠性、抗幹擾力等方麵的問題； 而且對光柵的運動速度還附加了限製， 必須運動平穩、無突變和相對低速等（děng）。

      重慶大學彭東林教授針對這些問題提出了以時間測量空間（jiān）的時柵測試法， 並研製成功了無需高精度機械加工即可實現高（gāo）精度的時柵傳感器。時柵傳感器的工作原理是時空（kōng）坐（zuò）標轉換思想， 即建立相對（duì）勻速運動雙（shuāng）坐標係， 則（zé）一個坐標係上的位置之差（位（wèi）移（yí）） 表現為（wéi）另一（yī）個坐標係上（shàng）觀察到的時間之差。同時， 把傳（chuán）感器對刻線尺的要求轉化成了電氣問題， 因為解決基於（yú）時間的電氣問題的手段（duàn）比解決（jué）基於空間（jiān）的機械問題的手段要多得多， 先（xiān）進得多［6］。

      圖（tú）5 所示為時柵法的測試原理。測試時， 在傳動（dòng）裝置（zhì）的輸入端和輸出端（duān）各安裝一隻圓（yuán）時柵（shān）傳感器， 在傳動裝置運轉時， 輸入端（duān）和輸出端時柵傳感器會在一定周期內發出（chū）代表角位（wèi）移（yí）的脈衝當量， 然後進行放大等預處理， 再采用計數器通過計數分別測（cè）量其角位移， 再交由上、下位機組成的分布式誤差檢（jiǎn）測分析係統進行處理， 得（dé）出誤差曲線，分析誤差環節［7］。

      時柵法實現了不（bú）依靠（kào）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， 而且對測試現場的環境沒有過（guò）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前景［8］。

      3 結論

      傳動誤差是（shì）精密傳動鏈（liàn）傳遞運動（dòng）的精確度的最重要的技術（shù）指（zhǐ）標。而傳動誤差（chà）測（cè）試方（fāng）法的選取是準確反映傳動誤差， 進而（ér）對誤差進行分析研究的關鍵。

      （1） 靜（jìng）態測量具有（yǒu）一定的缺點和局限性， 但對頻率（lǜ）較低、精度要求不太嚴格（gé）的（de）傳動誤差的測量， 因為方法簡單， 造價低， 依然被人們所（suǒ）采用。

      （2） 動態測量手段有磁分度法、慣性法（fǎ）、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（dòng）誤（wù）差測試的主流。但具體測試時（shí）， 應綜（zōng）合考慮測量（liàng）精度與分辨率， 測量（liàng）的轉速範圍， 傳動比範圍； 可測誤差的（de）頻率範（fàn）圍以及（jí）記錄儀的頻率響應等因素， 選取合理的檢測方法。

      （3） 時柵法使幾何（hé）量位移的測量擺脫了對以空間刻劃技術（shù）為代表（biǎo）的精密（mì）機械加工的依賴， 逐漸形成基於以時間計量（liàng）為代表的（de）電氣技術的新（xīn）型（xíng）幾何量位移測量的新（xīn）模式，具有廣泛的應用前景。