专利名称：基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是测量仪器，具体涉及的是通过单片机对线位移与角位移传感器输送来的检测信号进行数据处理，检测精度高，操作便捷的基于单片机的单盘渐开线齿 轮检查仪。
背景技术：
老式渐开线齿轮检查仪是一种机械量仪，只有千分表指示装置，只能在表上用眼 睛观察，记录指针摆动的最大和最小值算出齿廓总偏差Fa(旧标准中的齿形偏差)，测量误 差大、重复性差。而且，无法给出齿廓形状偏差Ffa与齿廓倾斜偏差FHa。同时齿轮新国家标准 已颁布贯彻实施，对于我国使用中数量众多的机械式齿轮检查仪，存在一个适应性的问题。 应用各种传感器与电测技术对老测量设备进行改造，可以提高测量精度、增加测量项目、适 应新标准的要求。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种测量精度高、测量项目全面的基于单片机的单盘渐 开线齿轮检查仪。采用的技术方案是基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪，由硬件部分和软件部分所组成，硬件部分 包括底座、纵向移动机构、横向移动机构和检测机构；所述的纵向移动机构包括纵向丝杠、 纵向托板和基圆盘，纵向丝杠装设在底座中，纵向托板的下面固定设置有纵向丝母，纵向丝 母与纵向丝杠转动连接，在纵向托板上装设有回转心轴，回转心轴的底部套设有基圆盘，基 圆盘的上面设置有被测齿轮，被测齿轮套设在回转心轴上，基圆盘与被测齿轮同一轴心。上述横向移动机构包括横向丝杠，横向托板和支撑架；横向丝杠装设在底座的一 端，横向托板的下面固定设置有横向丝母，横向丝母与横向丝杠转动连接，在横向托板上装 设有支撑架，支撑架的上端装设一连杆，连杆的下端设置有测头，横向托板的上面设置有直 尺，直尺的尺身与基圆盘的圆柱边缘相切，直尺的后端固定连接横向托板上。上述的检测机构包括角度传感器、位移传感器和连接电路；所述的角度传感器装 设在纵向托板的中部，角度传感器的中心轴与回转心轴的中心轴的连线与纵向丝杠相平 行，通过传动带使基圆盘、被测齿轮转动的角度与角度传感器转动的角度相同；所述的位移 传感器装设在连杆下端与测头相对的一侧，与连杆固定连接；上述连接电路包括模数转换器、单片机、角度传感器和位移传感器，角度传感器和 位移传感器分别与多路开关连接，多路开关与采样保持器相连接；采样保持器与模数转换 器相连接，模数转换器的输出分别与单片机和锁存器的对应端连接，单片机的相关端脚与 锁存器连接，单片机的相关端脚与RAM6264连接；显示器、打印机分别与单片机的输出端脚 连接。上述的角度传感器和位移传感器为市售成品件。[0010]工作原理将被测齿轮装到回转心轴后，分别摇动纵、横向丝杠的手柄，使测头对准被测齿轮 的齿根部位即零点。随后接通电源，整机便进入软件的初始化阶段，随着对键盘扫描，紧接着 进入测量子程序，本实用新型是以被测齿轮回转轴线为基准，通过和被测齿轮同轴的基圆盘 在直尺上滚动，形成理论的渐开线轨迹，测头的摆动形成实际的渐开线轨迹，实际渐开线与理 论渐开线比较，通过与测头连接的位移传感器感受差值(齿廓偏差)。齿轮回转轴上通过带 传动连接一个角位移传感器，角位移传感器感受展角。再把传感器的输出信号放大，经数模转 换送入单片机。通过软件程序计算处理，求得齿廓偏差、齿廓形状偏差、齿廓倾斜偏差，可用显 示器直接显示出来。根据需要，外接一台打印机，可将齿形轮廓线打印出来，作进一步的分析。本实用新型能测量的齿轮直径为60 240mm，模数为1 10mm。根据GB/ T10095. 1-2001标准规定相应的齿廓公差为0. 1 0. 143mm。所以测头的摆动范围至少为 士0. 143mm。考虑到不合格齿轮的偏差会超出这个范围，所以取士0. 167mm为测头的实际摆 动范围。根据这两个值即可选择量程合适的线位移与角位移传感器。通过查找分析确定了直流差动变压器式位移传感器LVDT-I和差动电感式角位 移传感器R60D RVIT，使用时把直流差动变压器式位移传感器LVDT-I的壳体固定装设 在横向托板的后端，本实用新型可以直接将位移变化量士0. 167mm转变为电压的变化量 士0. 099V ；根据本实用新型的最大展开量，使用时保证角位移传感器R60D RVIT与被测齿 轮同步转动，就可以将转角变化量士60°转变为电压的变化量士0.625V。本实用新型的特点基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪的测量误差小，重复性高，增加了齿廓形状 偏差Ffa与齿廓倾斜偏差FHa测量项目。同时也可以实验分析测量误差，进行测量数据的修 正与补偿。目前单盘渐开线齿轮检查仪是我国大多数企业，特别是中小企业的重要测量设 备，我们国家正处在发展阶段，大量购买新自动测量设备，价格昂贵。而通过运用本实用新 型对现有设备进行技术改造，既可以降低成本又可以节约资源，是企业适应新标准要求行 之有效的方法。应用这一实用新型可以为高校相关专业提供设计与创新的环节、更能改进或自制 测量设备，为高校引进先进的设备和技术。本实用新型设计科学、合理、富有创意，整体结构紧凑、体积小、低功耗、成本低廉， 性能稳定、可靠，环境适应性和实用性较强，具有较好的发展前景。适宜相关的工矿企业和 计量监测部门使用。

图1是本实用新型的结构示意图。图2是图1俯视示意图。图3是本实用新型的电路连接示意图。
具体实施方式
基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪，包括底座1、纵向移动机构、横向移动机构和检测机构；所述的纵向移动机构包括纵向丝杠12、纵向托板3和基圆盘9 ；纵向丝杠12装设在底座1中，纵向托板3的下面设置有纵向丝母，纵向丝母与纵向丝杠12转动连接，在纵 向托板3上装设有回转心轴7，回转心轴7的底部套设有基圆盘9，基圆盘9的上面设置有 被测齿轮8，被测齿轮8套设在回转心轴7上，基圆盘9与被测齿轮8同一轴心。上述横向移动机构包括横向丝杠11，横向托板2和支撑架5 ；横向丝杠12装设在 底座1的一端，横向托板2的下面设置有横向丝母，横向丝母与横向丝杠11转动连接，在横 向托板2上装设有支撑架5，支撑架5的上端装设一连杆6，连杆6的下端设置有测头15，横 向托板2的上面设置有直尺4，直尺4的尺身与基圆盘9的圆柱边缘相切；直尺4的后端固 定连接横向托板2上。上述的检测机构包括角度传感器14、位移传感器13和连接电路；所述的角度传感 器14装设在纵向托板3的中部，角度传感器14的中心轴与回转心轴7的中心轴的连线与 纵向丝杠12相平行，通过传动带10使基圆盘及被测齿轮转动的角度与角度传感器转动的 角度相同；传动带10的一端与回转心轴7转动连接，传动带10的另一端与角度传感器14 的中心轴转动连接，所述的位移传感器13装设在连杆6下端与测头15相对的一侧，与连杆 6固定连接；上述连接电路包括模数转换器、单片机、角度传感器14和位移传感器13，角度传 感器14和位移传感器13分别与多路开关连接，多路开关与采样保持器相连接，对信号进 行保持，采样保持器采用LF398的型号；采样保持器与模数转换器相连接，模数转换器采用 AD574型号的集成转换器对模拟信号进行转换，将保持的电压信号转换成相应的数据，模数 转换器的输出分别与单片机和锁存器的对应端连接，单片机采用AT89C51进行计算处理， 单片机AT89C51为嵌入式控制芯片，单片机AT89C51与锁存器74LS373连接，逻辑控制信号 与单片机89C51的数据口发出，并由锁存器74LS373锁存到输出端上，用于控制模数转换器 AD574A的工作过程。模数转换器的数据输出也通过数据总线连至单片机AT 89C51，单片机 片内RAM为128个字节，可以用来存放操作数、操作结果和实时数据。但根据本次设计的要 求，其容量不能满足，单片机外接RAM6264。最后由显示器显示测量结果，或由打印机打印出 齿廓曲线。上述的角度传感器14和位移传感器13的引线与多路开关的对应端连接。上述的角度传感器14和位移传感器13为市售成品件。本实用新型的软件程序采用MCS-51汇编语言，可实施以下工作(1)零点状态的显示、标定与校正；(2)采集位移、角度两个数值；(3)数据转换、计算、存储；(4)显示测量数据；(5)打印图形。
权利要求基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪，包括底座(1)、纵向移动机构、横向移动机构和检测机构；其特征在于所述的纵向移动机构包括纵向丝杠(12)、纵向托板(3)和基圆盘(9)；纵向丝杠(12)装设在底座(1)中，纵向托板(3)的下面设置有纵向丝母，纵向丝母与纵向丝杠(12)转动连接，在纵向托板(3)上装设有回转心轴(7)，回转心轴(7)的底部套设有基圆盘(9)，基圆盘(9)的上面设置有被测齿轮(8)，被测齿轮(8)套设在回转心轴(7)上，基圆盘(9)与被测齿轮(8)同一轴心；上述横向移动机构包括横向丝杠(11)，横向托板(2)和支撑架(5)；横向丝杠(11)装设在底座(1)的一端，横向托板(2)的下面设置有横向丝母，横向丝母与横向丝杠(11)转动连接，在横向托板(2)上装设有支撑架(5)，支撑架(5)的上端装设一连杆(6)，连杆(6)的下端设置有测头(15)，横向托板(2)的上面设置有直尺(4)，直尺(4)的尺身与基圆盘(9)的圆柱边缘相切，直尺(4)的后端固定连接横向托板(2)上；上述的检测机构包括角度传感器(14)、位移传感器(13)和连接电路；所述的角度传感器(14)装设在纵向托板(3)的中部，角度传感器(14)的中心轴与回转心轴(7)的中心轴的连线与纵向丝杠(12)相平行，所述的位移传感器(13)装设在连杆(6)下端与测头(15)相对的一侧，与连杆(6)固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪，其特征在于上述连 接电路包括模数转换器、单片机、角度传感器(14)和位移传感器(13)，角度传感器(14)和 位移传感器(13)分别与多路开关连接，多路开关与采样保持器相连接，采样保持器与模数 转换器相连接，模数转换器的输出分别与单片机和锁存器的对应端连接，单片机的相关端 脚与锁存器连接。
专利摘要基于单片机的单盘渐开线齿轮检查仪，纵向丝杠装设在底座中，纵向托板与纵向丝杠转动连接，在纵向托板上装设有套设有基圆盘和被测齿轮的回转心轴，横向丝杠装设在底座的一端，横向托板与横向丝杠转动连接，在横向托板上装有上端设有连杆的支撑架，连杆的下端设置有测头，角度传感器和位移传感器的引线与多路开关的对应端连接，多路开关与采样保持器相连接；采样保持器与模数转换器相连接，模数转换器的输出通过导线与单片机的对应端连接。本实用新型设计科学，结构紧凑、性能稳定、实用性较强，具有较好的发展前景。适宜相关的工矿企业和计量监测部门使用。
文档编号G01M13/02GK201589698SQ20092027700
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者刘玉梅, 张雪粉 申请人:沈阳理工大学