1．引言

　　機(jī)床的傳動(dòng)誤差是指在機(jī)床傳動(dòng)鏈的輸入軸驅(qū)動(dòng)完全準(zhǔn)確且為剛性的條件下，其輸出軸的實(shí)際位移與理論位移之差诗茎。機(jī)床上實(shí)現(xiàn)工件表面成形所需復(fù)合運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈——“內(nèi)聯(lián)系”傳動(dòng)鏈的兩末端執(zhí)行元件之間必須始終嚴(yán)格保持符合給定要求的運(yùn)動(dòng)關(guān)系拷姿。傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度是指其傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度匀们，可用傳動(dòng)誤差來衡量缴淋。由于機(jī)床實(shí)際存在傳動(dòng)鏈誤差，導(dǎo)致工件表面成形運(yùn)動(dòng)軌跡存在誤差泄朴，最終反映到被加工工件上即引起成形表面的形狀誤差等重抖。由于機(jī)床傳動(dòng)鏈主要由齒輪副、蝸輪蝸桿副祖灰、螺紋副等組成钟沛，因此傳動(dòng)鏈誤差主要來源于這些傳動(dòng)元件的加工精度及安裝精度。從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來講局扶，一切引起瞬時(shí)傳動(dòng)比偏離給定傳動(dòng)要求的因素均是傳動(dòng)鏈誤差的來源恨统。

　　對機(jī)床傳動(dòng)誤差的測量是對傳動(dòng)誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償?shù)那疤幔虼藱C(jī)床傳動(dòng)誤差的精密測量一直是機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的一項(xiàng)重要研究課題详民。機(jī)床傳動(dòng)誤差的基本測量方法是在機(jī)床的相關(guān)部位安裝傳感器延欠，借助于采用機(jī)、光却师、電原理的測量儀器并應(yīng)用誤差評(píng)定理論對機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行測量、分析及調(diào)整素司，從而找出誤差產(chǎn)生的原因及變化規(guī)律程押。

　　2．傳感器的選用

　　根據(jù)傳動(dòng)鏈末端元件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)正確、合理地選用押逾、安裝傳感器是準(zhǔn)確測量傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)精度的必要條件果派。根據(jù)工作原理，機(jī)床傳動(dòng)誤差測量常用傳感器可分為以下幾類：

　　(1)光柵傳感器

　　光柵傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)處理方式簡單眶洗，使用方便蟀披，測量精度高(國外著名廠家如德國Heidenhain、西班牙Fagor等公司制造的光柵傳感器精度可達(dá)1μm/m)堤网；缺點(diǎn)是光柵尺價(jià)格較昂貴巫碍，對工作環(huán)境要求較高，玻璃光柵尺的線脹系數(shù)與機(jī)床不一致贫肌，易造成測量誤差禀舰。

　　(2)激光傳感器

　　激光傳感器(包括單頻和雙頻激光)具有較高的測量精度，但測量成本也較高怔匣，對環(huán)境條件變化(如溫度握联、氣流、振動(dòng)等)較敏感每瞒，在生產(chǎn)現(xiàn)場使用時(shí)必須采取措施保證測量的穩(wěn)定性和可靠性金闽。

　　(3)磁柵傳感器

　　磁柵尺可分為線狀(有效測量長度3m)和帶狀(有效測量長度可達(dá)30m)兩種型式，其優(yōu)點(diǎn)是制造成本較低，安裝使用方便代芜，線脹系數(shù)與機(jī)床相同埠褪；缺點(diǎn)是測量精度低于光柵尺，由于磁信號(hào)強(qiáng)度隨使用時(shí)間而不斷減弱蜒犯，因此需要重新錄磁组橄，給使用帶來不便。

　　(4)感應(yīng)同步器

　　感應(yīng)同步器的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低罚随，安裝使用方便玉工，對工作環(huán)境條件要求不高；缺點(diǎn)是信號(hào)處理方式較復(fù)雜淘菩，測量精度受到測量方法的限制(傳統(tǒng)測量方法的測量精度約為2～5μm)遵班。

　　目前常用的幾類機(jī)床傳動(dòng)誤差測量傳感器的部分應(yīng)用情況見表1。

　　表1 幾類常用傳感器的部分應(yīng)用情況

　　傳感器類型－應(yīng)用單位－測量分辨率：線位移(μm)－測量分辨率：角位移(角秒)

　　光柵傳感器－東京大學(xué)茧音，漢江機(jī)床廠－2有蒲，2－1

　　激光傳感器－單頻激光：北京機(jī)床所，東京大學(xué)－0.632－/

　　激光傳感器－雙頻激光：成都工具研究所盘嘉，上海機(jī)床廠－0.158－/

　　磁柵傳感器－東京大學(xué)冈柑，重慶大學(xué)，華中理工大學(xué)蹲京，漢江機(jī)床廠衔密，美國威斯康星大學(xué)－2－1

　　感應(yīng)同步器－山東工業(yè)大學(xué)，漢川機(jī)床廠－1蚊牌，2－0.72

　　根據(jù)信號(hào)輸出方式的不同找蝗，可將傳感器分為模擬式和數(shù)字式兩大類。數(shù)字式傳感器又可分為增量式诀虹、絕對式和信號(hào)調(diào)制式等幾種渊输。

　　在計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)中，模擬式傳感器的輸出信號(hào)需利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)進(jìn)行數(shù)字化處理晌颅，而在高分辨率情況下A/D轉(zhuǎn)換的成本較高奸误，此外解決微小模擬信號(hào)(如微伏級(jí))的抗干擾問題也相當(dāng)困難。

　　在數(shù)字式傳感器中咆瘟，絕對式編碼器可輸出并行數(shù)字信號(hào)嚼隘，無需A/D轉(zhuǎn)換，易與計(jì)算機(jī)接口袒餐。但隨著測量精度的提高飞蛹，絕對式編碼器的成本也越來越高，甚至高于高精度A/D轉(zhuǎn)換的成本灸眼，因此在許多實(shí)際應(yīng)用場合難以被接受卧檐。增量式傳感器和信號(hào)調(diào)制式傳感器的制造成本較低墓懂，抗干擾能力較強(qiáng)，可在不改變編碼器刻線密度的情況下采用細(xì)分技術(shù)大幅度提高分辨率霉囚，因此在傳動(dòng)鏈精度測量中這兩類傳感器使用最多捕仔。常見的增量式傳感器包括光柵增量編碼器、磁柵傳感器盈罐、容柵編碼器等榜跌；信號(hào)調(diào)制式傳感器主要有感應(yīng)同步器、激光干涉儀盅粪、地震儀邪胳、旋轉(zhuǎn)變壓器等。

　　3．機(jī)床傳動(dòng)誤差的動(dòng)態(tài)測量方法

　　傳動(dòng)誤差的基本測量原理：設(shè)θ1像得、θ2分別為輸入肪尾、輸出軸的位移(角位移或線位移)，輸入轨醒、輸出之間的理論傳動(dòng)比為i催蓄，如以θ1作為基準(zhǔn)，輸出軸的實(shí)際位移與理論位移的差值即為傳動(dòng)鏈誤差δ佃逆，即δ＝θ2－θ1/i乱来。根據(jù)對位移信號(hào)θ1、θ2的測量方法不同雷昵，傳動(dòng)誤差測量方法可分為比相測量法和計(jì)數(shù)測量法兩大類降蹋。

　　3．1 機(jī)床傳動(dòng)誤差比相測量方法

　　兩傳感器的輸出信號(hào)θ1、θ2之間的相位關(guān)系反映了傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差挎中。當(dāng)傳動(dòng)誤差TE＝0，即傳動(dòng)比恒定時(shí)助店，θ1磁滚、θ2之間保持恒定的相位關(guān)系；當(dāng)傳動(dòng)比i發(fā)生變化時(shí)宵晚，θ1垂攘、θ2之間的相位關(guān)系也隨之發(fā)生變化。比相測量法就是通過測定θ1淤刃、θ2之間的相位關(guān)系來間接測量傳動(dòng)誤差TE晒他。隨著數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展逸贾，比相測量法經(jīng)歷了從模擬比相→數(shù)字比相→計(jì)算機(jī)數(shù)字比相的發(fā)展過程陨仅。

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