專(zhuān)利名稱(chēng)：凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪廓曲線的測(cè)量技術(shù)，具體地說(shuō)，它涉及一種測(cè)量凸輪軸上凸輪的升程誤差和凸輪間夾角的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法及裝置。
在凸輪設(shè)計(jì)中，一般是以凸輪基圓上的某一個(gè)點(diǎn)為升程起始點(diǎn)，按極座標(biāo)每對(duì)應(yīng)一個(gè)相位值，給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)升程值。加工出來(lái)的凸輪輪廓表面是一個(gè)光滑的曲面，升程起始點(diǎn)在凸輪輪廓上無(wú)任何工藝基準(zhǔn)。從理論上說(shuō)，在凸輪軸測(cè)量過(guò)程中，有這么一個(gè)點(diǎn)，可以使得以該點(diǎn)作為凸輪升程起始點(diǎn)所得的升程誤差的平方和為最小，這個(gè)點(diǎn)被稱(chēng)為最佳起測(cè)點(diǎn)。在已有技術(shù)中，測(cè)量凸輪軸的基本方法如下在凸輪輪廓的基圓部位取若干個(gè)點(diǎn)計(jì)算出基圓的平均半徑，以平均基圓半徑作為零升程，選取設(shè)計(jì)上規(guī)定的升程變化率敏感部位的某個(gè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)升程值，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸，使得升程傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)剛好等于該點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)升程值，然后求出凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)的相位值與該點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相位值的相位差，以與此差值相等的相位值在凸輪輪廓上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為最佳起測(cè)點(diǎn)，測(cè)取各點(diǎn)的升程值，并與設(shè)計(jì)上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)升程值比較，得出升程誤差。由上述測(cè)量方法可以看出，在已有技術(shù)中，最佳起測(cè)點(diǎn)確定的準(zhǔn)確程度是評(píng)定凸輪輪廓誤差的關(guān)鍵。為了比較準(zhǔn)確地求出基圓平均半徑，需要盡可能多取點(diǎn);由于加工存在誤差，在凸輪輪廓上選取的某個(gè)敏感點(diǎn)的實(shí)際相位值并不一定是設(shè)計(jì)上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)相位值，為了比較準(zhǔn)確地求出最佳起測(cè)點(diǎn)的相位值，要求盡可能多選幾個(gè)敏感點(diǎn)來(lái)進(jìn)行平均處理;為了比較準(zhǔn)確地求出最佳起測(cè)點(diǎn)的相位值，還要求采用價(jià)格昂貴的分辨率盡可能高的相位傳感器。由于在最佳起測(cè)點(diǎn)的確定中不可避免地存在著隨機(jī)性因素，因而會(huì)嚴(yán)重影響評(píng)定凸輪輪廓誤差的可靠性，所以有關(guān)這方面的專(zhuān)家花費(fèi)了很大的努力來(lái)尋求有效的校正方法(見(jiàn)《計(jì)量技術(shù)》1990年第2期，劉興富，“凸輪升程誤差曲線的鑒別與校正”)。任何精密程度的測(cè)量傳感器都會(huì)有一定的誤差。在已有技術(shù)中一般是采用較高精度的儀器對(duì)所用傳感器進(jìn)行檢定，事先確定出一系列固定的誤差修正值，在測(cè)量過(guò)程中把相應(yīng)的誤差修正值直接加到每個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)上進(jìn)行精度修正，這種精度修正方法適用于對(duì)單一變量的測(cè)量，而在凸輪軸測(cè)量過(guò)程中，由于凸輪輪廓的特性所決定，相位和升程具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，同樣的相位修正值在凸輪輪廓的不同位置上引起的升程誤差是不同的，有時(shí)差別很大，無(wú)法事先確定。因此，在凸輪軸測(cè)量中，一般也都盡量直接采用成本很高的高精度相位傳感器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多地采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助測(cè)量。例如由上海機(jī)械學(xué)院與北京內(nèi)燃機(jī)總廠聯(lián)合研制的凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置和CN87208774U號(hào)實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)中描述的凸輪軸檢測(cè)儀，其測(cè)量方法與上述已有技術(shù)基本相同。由于測(cè)量方法上的需要，要求這些裝置的相位傳感器的分辨率高達(dá)2秒，因此除要求圓光柵裝置的一次傳感元件光柵盤(pán)盡可能多刻線以外，還需要利用二次儀表電路進(jìn)行放大、整形、移相、判向、近百倍的細(xì)分及可逆計(jì)數(shù)。由于相位傳感器是測(cè)量過(guò)程中的主動(dòng)傳感器，二次儀表電路對(duì)信號(hào)處理的延時(shí)效應(yīng)將影響測(cè)量裝置的動(dòng)態(tài)特性。在國(guó)外，德國(guó)OPTON公司生產(chǎn)的UMC850三座標(biāo)測(cè)量機(jī)采用的凸輪軸測(cè)量方法，企圖根據(jù)升程誤差的分布狀態(tài)，利用逐次逼近法進(jìn)行修正，使其誤差的平方和趨于最小，但是仍要求必須把起測(cè)點(diǎn)選在凸輪升程起始點(diǎn)附近。因此其起測(cè)點(diǎn)與凸輪升程起始點(diǎn)的接近程度也將直接影響整個(gè)測(cè)量過(guò)程的速度及精度。
本發(fā)明的目的是提供一種凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法及裝置，使用該方法和裝置，以凸輪輪廓上任意一點(diǎn)作為起測(cè)點(diǎn)，使凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，即可準(zhǔn)確測(cè)出一個(gè)凸輪的誤差平方和為最小的升程誤差，并可準(zhǔn)確求出凸輪之間的夾角。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述方法和裝置實(shí)現(xiàn)的。
一種凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法，它采用下列步驟(1)將測(cè)量主程序、數(shù)據(jù)采集程序、精度修正程序、曲線擬合程序、升程傳感器和相位傳感器誤差修正值以及被測(cè)凸輪軸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中;
(2)系統(tǒng)工作，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序，以凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)作為起測(cè)點(diǎn)，以相等的相位間隔順序測(cè)取各點(diǎn)的升程數(shù)據(jù)，并記錄相應(yīng)被測(cè)點(diǎn)的相位值，直到被測(cè)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)360°為止;
(3)啟動(dòng)精度修正程序，先按照升程傳感器誤差修正值對(duì)每個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，然后根據(jù)相位傳感器的誤差修正值和相鄰兩個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)相位的變化率再次修正每個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)相位誤差引起的升程誤差的修正值計(jì)算公式為△hi＝δai×｜hi-hi-1｜/θ，式中修正值δai為i點(diǎn)相位誤差修正值(度)，hi為i點(diǎn)測(cè)得實(shí)際升程數(shù)據(jù)(mm)，hi-1為i-1點(diǎn)測(cè)得實(shí)際升程數(shù)據(jù)(mm)，θ為i～i-1點(diǎn)的相位傳感器轉(zhuǎn)過(guò)的角度(度);
(4)啟動(dòng)曲線擬合程序，用加權(quán)平均法求出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差，然后對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行相位修正，得出其誤差平方和為最小的凸輪升程誤差，其擬合的基本原理為將凸輪輪廓展開(kāi)為平面直角座標(biāo)曲線，橫座標(biāo)為相位角，縱座標(biāo)為升程值，首先將被測(cè)凸輪的標(biāo)準(zhǔn)升程數(shù)據(jù)的各點(diǎn)在直角座標(biāo)系描繪出一條近似連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)升程曲線，再將實(shí)際測(cè)得的升程輪廓數(shù)據(jù)，以同樣的方法描繪出一條實(shí)際升程曲線。在擬合過(guò)程中，先在實(shí)際升程曲線中查得升程數(shù)據(jù)hi，并根據(jù)其在測(cè)量數(shù)據(jù)中的位置得到αi(第1個(gè)數(shù)據(jù)αo＝0以后αi以相等的相位采樣間隔θ遞增，故αi＝i×θ)，然后以該hi可在標(biāo)準(zhǔn)升程曲線中計(jì)算出該點(diǎn)的理論標(biāo)準(zhǔn)相位βi，那么αi-βi就是以hi這一點(diǎn)計(jì)算出的測(cè)量起始點(diǎn)相位誤差△αi，同樣以升程上的每一點(diǎn)均可以計(jì)算出一個(gè)相位差△α，由于同一相位差在升程的不同位置對(duì)升程的影b響不同，因而應(yīng)取其加權(quán)平均值，其權(quán)數(shù)應(yīng)為｜Hi-Hi-1｜/∑｜Hi-Hi-1｜，∑｜Hi-Hi-1｜＝2Hmax，式中Hi、Hi-1分別為i、i-1點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)升程值，Hmax為凸輪輪廓的最大標(biāo)準(zhǔn)升程值。這樣實(shí)際測(cè)量起測(cè)點(diǎn)與理論起始點(diǎn)的相位差△α＝∑△αi｜Hi-Hi-1｜/(2Hmax)。然后將實(shí)測(cè)升程曲線的相位修正△α，即可計(jì)算出其誤差平方和為最小的升程誤差數(shù)據(jù)，△α為理論起始點(diǎn)與實(shí)際起測(cè)點(diǎn)的相位差;
(5)把所測(cè)凸輪和第一個(gè)凸輪實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差進(jìn)行比較，求出所測(cè)凸輪與第一個(gè)凸輪之間的夾角;
(6)啟動(dòng)輸出設(shè)備，繪制各個(gè)凸輪的誤差圖形并打印升程誤差和凸輪間夾角數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的測(cè)量方法中，測(cè)取各點(diǎn)升程數(shù)據(jù)的相等相位間隔以1°為宜。
實(shí)現(xiàn)上述測(cè)量方法的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置，它的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由升程傳感器、具有絕對(duì)零位的相位傳感器、門(mén)電路、分頻/計(jì)數(shù)電路、控制觸發(fā)電路、數(shù)據(jù)緩沖電路、譯碼電路、計(jì)算機(jī)并行輸入輸出接口電路PIO和中央處理機(jī)CPU組成。CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線與PIO連接，PIO連接控制觸發(fā)電路復(fù)位端，相位傳感器的零位脈沖輸出端連接控制觸發(fā)電路的觸發(fā)端，控制觸發(fā)電路的輸出端連接門(mén)電路的控制端，相位傳感器相位脈沖輸出端連接門(mén)電路的輸入端，門(mén)電路輸出端連接分頻/計(jì)數(shù)電路的輸入端，分頻/計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)輸出端連接CPU數(shù)據(jù)總線，PIO通過(guò)地址總線連接譯碼電路的輸入端，譯碼電路的輸出端連接數(shù)據(jù)緩沖電路的控制端，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸入端連接升程傳感器，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸出端連接通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接PIO，CPU通過(guò)PIO使控制觸發(fā)電路置為觸發(fā)狀態(tài)，相位傳感器的零位脈沖使控制觸發(fā)電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，打開(kāi)門(mén)電路，相位傳感器發(fā)出的相位脈沖信號(hào)通過(guò)門(mén)電路送到分頻/計(jì)數(shù)電路進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)處理后，傳送到PIO和CPU，CPU根據(jù)相位信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)譯碼電路向數(shù)據(jù)緩沖電路發(fā)出選通信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)緩沖電路中的升程數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)完360°后，CPU通過(guò)PIO向控制觸發(fā)電路復(fù)位端發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使控制觸發(fā)電路的輸出端再次翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉門(mén)電路。
在分頻/計(jì)數(shù)電路和PIO之間可以增加一個(gè)加寬脈沖觸發(fā)電路，它的觸發(fā)端連接分頻/計(jì)數(shù)電路的分頻輸出端，復(fù)位端連接相位傳感器的相位脈沖輸出端，它的輸出端連接PIO，這樣就把分頻/計(jì)數(shù)電路的分頻輸出脈沖加寬到和相位傳感器輸出的相位脈沖一樣寬，使CPU有足夠的時(shí)間以查詢(xún)方式工作。
本發(fā)明的測(cè)量裝置較好的技術(shù)方案可以是具有絕對(duì)零位的相位傳感器的分辨率可以低至1°。
本發(fā)明的測(cè)量裝置較好的技術(shù)方案可以是具有絕對(duì)零位的相位傳感器旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖數(shù)是360的整倍數(shù)。
由于本發(fā)明的測(cè)量方法利用計(jì)算機(jī)通過(guò)加權(quán)平均法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行最佳擬合，因而可以在凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)開(kāi)始測(cè)量，無(wú)須尋找最佳起測(cè)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了測(cè)試步驟，縮短了測(cè)量時(shí)間，并可以可靠地得出其誤差平方和為最小的凸輪升程誤差和凸輪間的夾角。根據(jù)相位傳感器的誤差修正值和相鄰兩個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)相位的變化率來(lái)修正升程測(cè)量數(shù)據(jù)，克服了由于相位傳感器的誤差而引起的升程測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，使得測(cè)量結(jié)果更加可靠。
由于采用了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明測(cè)量方法的測(cè)量裝置，大大降低了對(duì)相位傳感器分辨率的苛刻要求，因而顯著減小了相位傳感器的體積，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了裝置的抗干擾能力，改善了裝置的頻率響應(yīng)特性，并且大幅度降低了測(cè)量裝置的成本。
附

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置的原理圖。
附圖2為上述測(cè)量裝置的電路時(shí)序圖。
附圖3為根據(jù)本發(fā)明的凸輪軸測(cè)量方法的測(cè)量主程序流程圖。
附圖4為上述測(cè)量方法的數(shù)據(jù)采集程序流程圖。
附圖5為上述測(cè)量方法的精度修正程序流程圖。
附圖6為上述測(cè)量方法的曲線擬合程序流程圖。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實(shí)施方案。
為了敘述方便，先描述根據(jù)本發(fā)明的凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置。參看附圖1，在該測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，升程傳感器采用長(zhǎng)光柵，相位傳感器采用具有絕對(duì)零位的光電編碼器，該編碼器一周發(fā)出1080個(gè)脈沖，即每20′一個(gè)脈沖，門(mén)電路T1由與非門(mén)構(gòu)成，分頻/計(jì)數(shù)電路U2采用Z80-CTC計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)接口芯片，控制觸發(fā)電路T3和脈沖加寬觸發(fā)電路T4由JK觸發(fā)器構(gòu)成，數(shù)據(jù)緩沖電路U4、U5、U6由帶鎖存8總線三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖電路構(gòu)成，譯碼電路U3用的是3-8譯碼電路，計(jì)算機(jī)并行輸入輸出接口電路U1為Z80-PIO，中央處理機(jī)為Z80-CPU。Z80-PIO的PA5端通過(guò)線13連接到觸發(fā)器T3的CLR端，光電編碼器的絕對(duì)零位脈沖信號(hào)通過(guò)線8送到觸發(fā)器T3的CLK端，觸發(fā)器T3的Q輸出端通過(guò)線16接到與非門(mén)T1的第一輸入端，光電編碼器的相位脈沖信號(hào)通過(guò)線7送到與非門(mén)T1的第二輸入端，還通過(guò)線7分別送到數(shù)據(jù)緩沖電路U4.U5.U6的CP端及脈沖加寬觸發(fā)電路T4的CLR端。T1的輸出端經(jīng)線10接到U2的CLK/TRG 0端，U2通過(guò)數(shù)據(jù)總線1向CPU傳送數(shù)據(jù)，U2的ZC/TO 0通過(guò)線12接到CLK/TRG1端和T5的CLK端。U1的PA0～PA3端通過(guò)地址總線2與譯碼電路U3連接。U3的輸出端Y0.Y1.Y2分別通過(guò)線4.5.6與數(shù)據(jù)緩沖電路U4.U5.U6的CE控制端連接。數(shù)據(jù)緩沖電路U4.U5.U6將測(cè)得的升程信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)總線3送到U1的PB0～PB7端。
下面結(jié)合附圖2介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作過(guò)程。當(dāng)PIO的PA5端為低電平時(shí)，T3處于復(fù)位狀態(tài)，保持其Q端為低電平，T1門(mén)關(guān)閉。CPU使PIO的PA5端輸出高電平，從而使T3變?yōu)榭捎|發(fā)狀態(tài)，光電編碼器絕對(duì)零位脈沖的上沿送到T3的CLK端，使T3的Q端由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，將T1門(mén)打開(kāi)并一直維持到數(shù)據(jù)采集結(jié)束，CPU使PIO的PA5端輸出低電平時(shí)為止。光電編碼器輸出的相位脈沖經(jīng)T2反相后，在相位脈沖下沿時(shí)，使T4處于可觸發(fā)狀態(tài)，上沿時(shí)使T4復(fù)位;相位脈沖經(jīng)T1門(mén)反相后送到U2的0通道進(jìn)行分頻處理，0通道的計(jì)數(shù)常數(shù)預(yù)置為3，也就是每隔3個(gè)相位脈沖凸輪轉(zhuǎn)過(guò)1°間隔，U2的0通道就輸出一個(gè)脈沖。此分頻脈沖送到脈沖加寬觸發(fā)器T4的CLK端，這樣就使T4的Q端在相位脈沖信號(hào)的下沿時(shí)由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平送到PIO的PA4端，并一直維持到相位脈沖的上沿使T4復(fù)位時(shí)為止。在這期間PIO控制譯碼器U3向數(shù)據(jù)緩沖電路U4.U5.U6發(fā)出選通信號(hào)，通過(guò)PIO的B口讀取數(shù)據(jù)緩沖電路中的升程數(shù)據(jù)。由于相位脈沖的低電平使長(zhǎng)光柵測(cè)得的升程數(shù)據(jù)鎖存在數(shù)據(jù)緩沖電路U4.U5.U6里，所以只要CPU在T4的Q端為高電平期間查詢(xún)到采樣指令時(shí)，所讀取的數(shù)據(jù)緩沖電路中的數(shù)據(jù)，就是在相位脈沖下沿那一瞬間長(zhǎng)光柵所測(cè)得的數(shù)據(jù)，這樣就保證了采樣精度，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。
下面結(jié)合附圖3～附圖6詳細(xì)敘述本實(shí)施例的測(cè)量方法。
在進(jìn)行測(cè)量之前，將測(cè)量主程序、數(shù)據(jù)采集程序、精度修正程序、曲線擬合程序、長(zhǎng)光柵誤差修正值、光電編碼器誤差修正值裝入系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。把被測(cè)凸輪軸安裝在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置的兩頂尖之間，凸輪輪廓上與光電編碼器絕對(duì)零位對(duì)應(yīng)的任意一點(diǎn)即為測(cè)量過(guò)程中的起測(cè)點(diǎn)。
參看附圖3中的為測(cè)量主程序流程圖。啟動(dòng)主程序開(kāi)始工作后，先執(zhí)行框1，將長(zhǎng)光柵誤差修正值δi、光電編碼器誤差修正值δαi裝入指定內(nèi)存單元。進(jìn)入框2，系統(tǒng)請(qǐng)求鍵盤(pán)輸入被測(cè)凸輪標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的文件名稱(chēng)。判斷框3判斷是否為新文件如果是新文件，則執(zhí)行框4和框5，請(qǐng)求從鍵盤(pán)輸入該凸輪的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，存盤(pán)后，返回重新執(zhí)行框2和框3;如果不是新文件，則執(zhí)行框6，將該文件中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)入主程序指定的內(nèi)存單元。在判斷框7等待開(kāi)始測(cè)量鍵盤(pán)指令，待輸入開(kāi)始測(cè)量鍵盤(pán)指令后，則執(zhí)行框8所示的數(shù)據(jù)采集程序，以相等的相位間隔即1°間隔測(cè)取凸輪上各點(diǎn)的升程數(shù)據(jù)。測(cè)完一周之后，進(jìn)入框9所示的精度修正程序，對(duì)測(cè)取的升程數(shù)據(jù)進(jìn)修正。在框10所示的曲線擬合程序中，用加權(quán)平均法求出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行相位修正，并得出其誤差平方和為最小的凸輪升程誤差。進(jìn)入框11，把所測(cè)凸輪與第一個(gè)凸輪的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差進(jìn)行比較，求出所測(cè)凸輪與第一個(gè)凸輪之間的夾角。然后在判斷框12，詢(xún)問(wèn)是否要測(cè)量下一個(gè)凸輪等待輸入鍵盤(pán)指令如果要測(cè)量下一個(gè)凸輪，則在鍵盤(pán)上輸入“Y”，程序返回到框2;如果凸輪已全部測(cè)完，則在鍵盤(pán)上輸入“N”，進(jìn)入框13，啟動(dòng)輸出設(shè)備，繪制各個(gè)凸輪的誤差圖形并打印升程誤差和凸輪間夾角數(shù)據(jù)。
參看附圖4中的數(shù)據(jù)采集程序流程圖。入口以后，執(zhí)行框8.1，設(shè)置數(shù)據(jù)采集地址指針P1。在框8.2對(duì)并行輸入輸出接口芯片PIO初始化指定PIO的A口、B口均工作于工作方式3;B口的PB0～PB7均工作于輸入方式，用來(lái)讀取數(shù)據(jù)緩沖器中的升程數(shù)據(jù);A口的PA0～PA3工作于輸出方式，用來(lái)控制譯碼電路對(duì)數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)出譯碼選通信號(hào)，PA4工作于輸入方式，用來(lái)查詢(xún)是否有采樣指令(由低電平變?yōu)楦唠娖郊礊椴蓸又噶?，PA5工作于輸出方式，用來(lái)控制觸發(fā)電路的復(fù)位端。初始化后，執(zhí)行框8.3，PA5輸出低電平，使T3復(fù)位，關(guān)閉T1門(mén)?？?.4對(duì)計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)電路CTC初始化指定CTC的0、1、2通道均工作在計(jì)數(shù)方式，0通道計(jì)數(shù)常數(shù)置為3，使0通道每接收3個(gè)相位脈沖就在ZC/TO 0端發(fā)出一個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)3分頻;1通道計(jì)數(shù)常數(shù)置為180，2通道計(jì)數(shù)常數(shù)置為2，用來(lái)對(duì)0通道輸出的相位脈沖進(jìn)行360計(jì)數(shù)。CTC初始化后執(zhí)行框8.5，PI0的PA5端輸出高電平，使T3處于可觸發(fā)狀態(tài)，待光電編碼器的絕對(duì)零位脈沖使T3翻轉(zhuǎn)，打開(kāi)T1門(mén)后，CTC的0通道開(kāi)始接收光電編碼器發(fā)出的相位脈沖，以后每出現(xiàn)3個(gè)脈沖，CTC的ZC/TO0端就會(huì)通過(guò)T4向PI0的PA4端輸出一個(gè)脈沖采樣指令，即PA4端輸入信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖健Ｅ袛嗫?.6查詢(xún)PIO的PA4端是否已由低電平變?yōu)楦唠娖饺绻麤](méi)有，則繼續(xù)等待;如果已變?yōu)楦唠娖?，則執(zhí)行框8.7，對(duì)數(shù)據(jù)緩沖電路的升程數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，并將采得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)采集暫存地址指針P1指定的單元。框8.8將暫存地址指針P1加1。框8.9讀入CTC的1、2通道記錄的相位數(shù)據(jù)，并存入指針P1指定的單元?？?.10將暫存地址指針P1加1。判斷框8.11判斷相位是否轉(zhuǎn)過(guò)360°如果沒(méi)有，則重復(fù)執(zhí)行框8.6～8.11;如果相位已轉(zhuǎn)過(guò)360°，則由框8.12返回主程序。
參看附圖5中的精度修正程序流程圖。入口后，執(zhí)行框9.1，設(shè)置長(zhǎng)光柵修正值地址指針P1。執(zhí)行框9.2，設(shè)置光電編碼器修正值地址指針P2。執(zhí)行框9.3，設(shè)置已采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址指針P3。先修正由長(zhǎng)光柵的誤差給測(cè)得數(shù)據(jù)帶的影響。執(zhí)行框9.4，取P3指針?biāo)甘镜膯卧幸巡杉纳虜?shù)據(jù)hi。執(zhí)行框9.5，根據(jù)hi計(jì)算出長(zhǎng)光柵修正值地址指針P1的值，根據(jù)P1值查詢(xún)出對(duì)應(yīng)于hi的長(zhǎng)光柵修正值δi。執(zhí)行框9.6，對(duì)hi進(jìn)行精度修正hi＝hi+δi。在框9.7，將已采集數(shù)據(jù)地址指針P3加1，為修正下一個(gè)采樣數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。在判斷框9.8判斷是否已修正完全部360個(gè)采樣數(shù)據(jù)如果沒(méi)有，則重復(fù)執(zhí)行框9.4～9.8，繼續(xù)修正下一個(gè)采樣數(shù)據(jù);全部修正完360個(gè)采樣數(shù)據(jù)后，進(jìn)入框9.9，令i＝0。執(zhí)行框9.10，使已采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指針P3復(fù)位。不僅長(zhǎng)光柵的誤差對(duì)測(cè)得的升程數(shù)據(jù)有影響，光電編碼器的誤差對(duì)它也有影響，也需要進(jìn)行修正。執(zhí)行框9.11，取指針P3所指示的單元中的升程數(shù)據(jù)hi。框9.12使存儲(chǔ)器地址指針P3加1，指向下一個(gè)升程數(shù)據(jù)?？?.13取P3指示單元中的升程數(shù)據(jù)hi+1及所對(duì)應(yīng)的相位角αi+1，框9.14根據(jù)αi+1計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的該角度光電編碼器的相位修正值地址指針P2。框9.15取P2指示單元中的相位修正值δαi+1。在框9.16計(jì)算出δαi+1對(duì)升程的影響并進(jìn)行修正hi+1＝hi+1+(hi+1-hi)×δαi+1?？?.17使i加1。判斷框9.18判斷是否修正完全部的360個(gè)數(shù)據(jù)如果沒(méi)有，則重復(fù)執(zhí)行框9.11～9.18，繼續(xù)修正下一個(gè)數(shù)據(jù);全部修正完360個(gè)數(shù)據(jù)后，執(zhí)行框9.19，返回主程序。
參看附圖6中的曲線擬合程序流程圖。入口后，執(zhí)行框10.1，設(shè)置升程標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指針P1。框10.2設(shè)置測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指針P2，框10.3令i＝0?？?0.4取P2指示存儲(chǔ)地址的升程數(shù)據(jù)h;及所對(duì)應(yīng)的角度αi?？?0.5使J＝0?？?0.6取P1指示的標(biāo)準(zhǔn)升程數(shù)據(jù)Hj?？?0.7將標(biāo)準(zhǔn)升程數(shù)據(jù)地址指針P1加1?？?0.8取P1指針指示的標(biāo)準(zhǔn)升程數(shù)據(jù)Hj+1，框10.9令J＝J+1，為取下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。判斷框10.10判斷hi是否位于Hj和Hj+1之間，如果不是則重復(fù)執(zhí)行框10.6～10.10，順序再取一個(gè)相鄰數(shù)據(jù)，直至hi位于某二個(gè)相鄰標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間，框10.11計(jì)算測(cè)量升程數(shù)據(jù)hi的相位αi與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)升程數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的理論相位的相位差△αi＝(J-i)+(Hj+1-hi)/(Hj+1-Hj)。不同升程位置的相位差對(duì)升程的影響不同，因此用加權(quán)平均法求出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差△α＝∑△αi(Hi+1-Hi)/2Hmax。在框10.12計(jì)算其權(quán)值P＝｜Hj+1-Hj｜/2Hmax?？?0.13累加計(jì)算出加權(quán)平均相位差△α＝△α+△αiP?？?0.14令i＝i+1、P2＝P2+1判斷框10.15判斷是否擬合完全部包角如果沒(méi)有，則重復(fù)執(zhí)行框10.4～10.15;全部擬合完以后，進(jìn)入框10.16，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行相位修正，得出其誤差平方和為最小的凸輪升程誤差。在框10.17返回主程序。
權(quán)利要求
1.一種凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法，其特征在于采用下列步驟(1)將測(cè)量主程序、數(shù)據(jù)采集程序、精度修正程序、曲線擬合程序、升程傳感器和相位傳感器誤差修正值以及被測(cè)凸輪軸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中；(2)系統(tǒng)工作，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序，以凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)作為起測(cè)點(diǎn)，以相等的相位間隔順序測(cè)取各點(diǎn)的升程數(shù)據(jù)，并記錄相應(yīng)被測(cè)點(diǎn)的相位值，直到被測(cè)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)360°為止；(3)啟動(dòng)精度修正程序，先按照升程傳感器誤差修正值對(duì)每個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，然后根據(jù)相位傳感器的誤差修正值和相鄰兩個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)相位的變化率再次修正每個(gè)升程測(cè)量數(shù)據(jù)；(4)啟動(dòng)曲線擬合程序，用加權(quán)平均法求出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差△α=ΣΔαi︱Hi-Hi-1︱/2Hmax然后對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行相位修正，得出其誤差平方和為最小的凸輪升程誤差；(5)把所測(cè)凸輪和第一個(gè)凸輪的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差進(jìn)行比較，求出所測(cè)凸輪與第一個(gè)凸輪之間的夾角；(6)被測(cè)凸輪軸上全部凸輪都測(cè)完后，啟動(dòng)輸出設(shè)備，繪制各個(gè)凸輪的誤差和凸輪夾角數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于所說(shuō)的相等相位間隔以1°為宜。
3.一種使用權(quán)利要求1所述測(cè)量方法的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括升程傳感器、相位傳感器、分頻/計(jì)數(shù)電路、數(shù)據(jù)緩沖電路、譯碼電路、計(jì)算機(jī)并行輸入輸出接口電路PIO和中央處理機(jī)CPU，其特征在于它還包括控制觸發(fā)電路、門(mén)電路，并且相位傳感器采用具有絕對(duì)零位的相位傳感器，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線與PIO連接，PIO連接控制觸發(fā)電路復(fù)位端，相位傳感器的零位脈沖輸出端連接控制觸發(fā)電路的觸發(fā)端，控制觸發(fā)電路的輸出端連接門(mén)電路的控制端，相位傳感器相位脈沖輸出端連接門(mén)電路的輸入端，門(mén)電路輸出端連接分頻/計(jì)數(shù)電路的輸入端，分頻/計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)輸出端連接CPU數(shù)據(jù)總線，分頻輸出端連接PIO，PIO連接譯碼電路的輸入端，譯碼電路的輸出端連接數(shù)據(jù)緩沖電路的控制端，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸入端連接升程傳感器，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸出端連接通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接PIO，CPU通過(guò)PIO使控制觸發(fā)電路置為觸發(fā)狀態(tài)，相位傳感器的零位脈沖使控制觸發(fā)電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，打開(kāi)門(mén)電路，相位傳感器發(fā)出的相位脈沖信號(hào)通過(guò)門(mén)電路送到分頻/計(jì)數(shù)電路進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)處理后，傳送到PIO和CPU，CPU根據(jù)相位信號(hào)通過(guò)PIO控制驅(qū)動(dòng)譯碼電路向數(shù)據(jù)緩沖電路發(fā)出選通信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)緩沖電路中的升程數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)完360°之后，CPU通過(guò)PIO向控制觸發(fā)電路復(fù)位端發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使控制觸發(fā)電路的輸出端再次翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉門(mén)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置，其特征在于所述的具有絕對(duì)零位的相位傳感器的分辨率可以低至1°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置，其特征在于所述的具有絕對(duì)零的相位傳感器旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖數(shù)為360的整倍數(shù)。
6.一種使用權(quán)利要求1所述測(cè)量方法的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括升程傳感器、相位傳感器、分頻/計(jì)數(shù)電路、數(shù)據(jù)緩沖電路、譯碼電路、計(jì)算機(jī)并行輸入輸出接口電路PIO和中央處理機(jī)CPU，其特征在于它還包括控制觸發(fā)電路、門(mén)電路，加寬脈沖觸發(fā)電路，并且相位傳感器采用具有絕對(duì)零位的相位傳感器，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線與PIO連接，PIO連接控制觸發(fā)電路復(fù)位端，相位傳感器的零位脈沖輸出端連接控制觸發(fā)電路的器的相位脈沖輸出端連接門(mén)電路的輸入端，門(mén)電路的輸出端連接分頻/計(jì)數(shù)電路的輸入端，分頻/計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)輸出端連接CPU數(shù)據(jù)總線，分頻輸出端連接加寬脈沖電路的觸發(fā)端，加寬脈沖觸發(fā)電路的復(fù)位端與相位傳感器的相位脈沖輸出端連接，加寬脈沖觸發(fā)電路的輸出端與PIO連接，PIO連接譯碼電路的輸入端，譯碼電路的輸出端連接數(shù)據(jù)緩沖電路的控制端，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸入端連接升程傳感器，數(shù)據(jù)緩沖電路的輸出端連接通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接PIO，CPU通過(guò)PIO使控制觸發(fā)電路置為觸發(fā)狀態(tài)，相位傳感器的零位脈沖使控制觸發(fā)電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，打開(kāi)門(mén)電路，相位傳感器發(fā)出的相位脈沖信號(hào)通過(guò)門(mén)電路送到分頻/計(jì)數(shù)電路進(jìn)行分頻計(jì)數(shù)處理后，計(jì)數(shù)輸出傳送到CPU，分頻輸出經(jīng)加寬脈沖觸發(fā)電路傳送到PIO，CPU根據(jù)相位信號(hào)通過(guò)PIO控制驅(qū)動(dòng)譯碼電路向數(shù)據(jù)緩沖電路發(fā)出選通信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)緩沖電路中的升程數(shù)據(jù)，當(dāng)測(cè)完360°之后，CPU通過(guò)PIO向控制觸發(fā)電路復(fù)位端發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使控制觸發(fā)電路的輸出端再次翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉門(mén)電路。
全文摘要
一種凸輪軸計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量方法及裝置，該方法能夠在凸輪輪廓上的任意一點(diǎn)起測(cè)，以相等的相位間隔順序測(cè)取各點(diǎn)的升程數(shù)據(jù)，用加權(quán)平均法求出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)曲線的相位差Δα＝∑Δα
文檔編號(hào)G01M13/00GK1061475SQ9110876
公開(kāi)日1992年5月27日 申請(qǐng)日期1991年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月5日
發(fā)明者關(guān)宏志, 潘輔寶 申請(qǐng)人:鐵道部大連機(jī)車(chē)車(chē)輛工廠