CN103380361A - 零件的齿的动态检查方法和实施所述方法的检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及零件（1）的齿的一种动态检查装置（10），所述装置包括：第一主轴（22），所述第一主轴是机动化的并通过第一编码器（25）在角度方面进行控制，要检查的零件（1）安装在第一主轴上；第二主轴（32），所述第二主轴是机动化的并通过第二编码器（35）在角度方面进行控制，基准齿轮（2）安装在第二主轴上，两个主轴（22，32）是平行的并分离开一中心距，所述中心距允许基准齿轮（2）啮合要检查的零件（1）。该装置的特征在于，基准齿轮（2）是一个厚度相对于要检查的零件（1）的厚度较小的齿轮，以及，承载基准齿轮（2）的主轴（32）装载在第一滑架（43）上，第一滑架平行于主轴（22，32）的轴线平移活动，以沿要检查的零件（1）的齿形廓移动基准齿轮（2）。该装置允许特征化齿的径向缺陷和角度缺陷，这些缺陷是有区别的。

Description

零件的齿的动态检查方法和实施所述方法的检查装置

技术领域

本发明涉及对零件的齿的一种动态检查方法，所述零件至少通过其模数、标称直径和齿形廓限定，在所述方法中，将要检查的所述零件安装在第一主轴上，第一主轴是机动化的并通过第一编码器在角度方面进行控制，将一基准齿轮安装在第二主轴上，第二主轴是机动化的并通过第二编码器在角度方面进行控制，两个主轴是平行的并分离开一中心距，所述中心距允许基准齿轮啮合要检查的零件，通过使用由编码器所传送的信息测量在两主轴之间的角度差异，通过计算机对所述信息进行处理和从这些差异推断齿的可能缺陷。本发明还涉及允许实施所述方法的一种检查装置。

背景技术

齿轮机构广泛使用在各种机械门类中用于运动的传递，从钟表业到重工业，涉及运输和机动车（变速箱、齿轮泵等）。这些齿轮机构的质量应合适且稳定。因此需要在生产线上在机加工后对齿轮、小齿轮、齿轴或类似物进行统一地检查。在下文中，将使用一般术语“零件”来覆盖能够纳入齿轮机构、齿轮/齿条传动***或类似物的所有零件。

常见的解决方案在于，要么手动地要么在计量部门中，在三维测量机器上对制造出的这些零件进行检查。不过，这种解决方案如今出于以下原因是不合适的：这涉及以静态模式实施的非连续性检查工序，该工序需要相对长的检查时间，并且在生产线上造成不利的延时以作用在切割机上来校正所探测的缺陷，这引起有损于这些零件的制造成本的大量废品。

因此期望的是，使用自动检查机器，所述自动检查机器能够以动态模式连续地以精确的、可复制的和快速的方式直接在生产线上对这些零件的齿的特征进行检查，从而允许实际上实时地使切割机伺服，以便将废品减少到最少和优化制造成本。

检查必定意味着对零件的齿的不同特征进行校验，优选地在运行中，即以动态模式。检查应允许探测与径向合成偏差F″i（失圆度）、径向跳齿f″i（跳齿）以及和中心距相关的径向偏差，以及探测与螺线偏斜差异和锥体倾角差异相关的角度差异。在检查齿时，还寻求探测在操作时零件可能经历的撞击。这些撞击在运行时产生尤其通过声学检查可探测的振动。

已存在为了响应齿的动态检查需求的机器，不过这些机器并不完全令人满意。这些机器通常包括一个精密的主轴和两个基准齿轮，主轴配有可膨胀的心轴，心轴使要检查的零件对中心、紧固和使之转动，所述两个基准齿轮用于进行测量并被布置在要检查的零件两侧：第一基准齿轮与要检查的零件双齿面接触无缝啮合，用于检查径向合成偏差，第二基准齿轮安装在支架上，支架在倾斜（锥体）和偏斜（螺线）的平面中枢转，该齿轮呈阶梯式，以仅仅提供位于要检查的齿的工作宽度的两个端部处的两个接触区域，该第二齿轮用于检查螺线和锥体的偏差。通过阶梯式齿轮对角偏差进行动态检查的一示例在文献US7,775,101中进行了描述，以及对径向偏差进行检查的一示例在文献US 2006/0254055中进行了描述。

但是这些检查机器特别昂贵。当需要设置多个基准齿轮以在制造时检查大量多种多样的零件时，这更加真实。实际上，基准齿轮应适于零件的齿的每个模数和每个高度。

用于检查螺线角度和锥体角度的阶梯式基准齿轮的枢转安装提出惯性的问题，需要克服所述惯性问题以保持与齿的接触和在动态模式测量期间遵循螺线和锥体的偏差。因此，转动速度应被减小，这放慢检查周期。此外，在齿处的摩擦能干扰测量。

通过阶梯式基准齿轮进行的双齿面测量方法所必然获得的结果的近似也是主要缺点。这涉及一种测量，所述测量提供齿的两齿面的螺线的倾度偏差的平均值并限定于对齿的锥度和倾度的组合或非组合的两种缺陷的探测，由此产生曲解。所述缺陷并不是单个的和不能分开地被量化。因此，可能良好的齿轮会被废弃，或反之。相同地，这些近似结果不允许精确地作用在切割机上以消除指出的缺陷。

此外，通过该测量方法，由于螺旋形齿的覆盖作用和在齿面上的接触母线的倾度引起的阶梯式基准齿轮与要检查的零件同时在多个齿上的连续和同时接触，不允许判读由于零件在切割机上的安装错误引起的其它螺线缺陷。

此外，通过转动方向的换向在齿的两齿面之间的区别（différentiation）得不到保证。通过在齿的标称直径处的一齿面上啮合继而在另一齿面上啮合，仅仅切向合成偏差的检查允许区别测量。

最后，这些检查机器的基准齿轮无间隙地作业，这不对应齿轮机构的正常运行条件。实际上，所获得的结果并不代表实际。

发明内容

本发明旨在通过提出齿的一种检查装置和一种动态检查方法来对上文所述的问题提供一种解决方案，所述检查方法简易、经济、精确、可复制、快速且完整，其允许通过使用比现有解决方案更为灵活和更为通用的解决方案来降低生产成本，尤其通过限制在生产更换以制造新的零件时所需的基准齿轮数和所需的校准数来降低使用成本。

为此，本发明涉及在序言所指出类型的一种检查方法，其特征在于，使用厚度相对于要检查的零件的厚度较小的基准齿轮，用以将所述基准齿轮的齿在所述要检查的零件的齿上的接触区域减小到最小，以及，为了进行测量步骤，沿所述要检查的零件的齿形廓轴向地移动所述基准齿轮，以及从所进行的所述测量值提取齿的径向缺陷以及角度缺陷，这些缺陷是有区别（différencié）的。

优选地，沿要检查的零件的齿形廓在位于齿的工作宽度的端部的两区域之间移动基准齿轮。

根据情况，可使用一基准齿轮，该基准齿轮的齿是凸形的，以使得与所述要检查的零件的齿的接触区域趋于点状接触区域。

优选地，选择两个主轴之间的中心距，以使得基准齿轮与要检查的零件的啮合在它们各自的标称直径上进行，再现所述齿轮机构的正常运行。

在进行测量步骤本身之前，实施一预备步骤，在所述步骤转动主轴直到获得由编码器所传送的测量值的稳定。

在所述测量步骤的第一阶段中，可使承载基准齿轮的主轴转动，以使得其带动承载要检查的零件的主轴，用以使所述基准齿轮与齿的齿面之一相接触，以测量该齿面的特征，以及，在所述测量步骤的第二阶段中，可使承载基准齿轮的主轴转动，以使得其被承载要检查的零件的主轴带动，用以使得所述基准齿轮与齿的另一齿面相接触，以测量该齿面的特征。

在所述方法的一优选实施方式中，进行测量步骤的这两个阶段，而不使所述主轴的转动方向换向。

在所述方法的一实施变型中，进行测量步骤的这两个阶段，且使所述主轴的转动方向换向。

可有利地，至少承载基准齿轮或要检查的零件的主轴之一安装在一滑架上，所述滑架垂直于主轴的轴线平移活动，用以调节所述主轴间的中心距。根据需要，可在活动滑架上结合弹性部件，弹性部件被布置用于屈使基准齿轮朝向要检查的零件的方向，并保证在基准齿轮和要检查的零件之间的持续接触。

还可给承载基准齿轮的主轴配备声学***件，所述声学***件被布置用于探测齿的源自撞击的缺陷。

为此，本发明还涉及在序言所指出类型的一种检查装置，其特征在于，基准齿轮是一个厚度相对于要检查的零件的厚度较小的齿轮，用以将所述基准齿轮的齿在所述要检查的零件的齿上的接触区域减小到最小，以及，至少承载所述基准齿轮的所述主轴或承载所述要检查的零件的所述主轴之一装载在第一滑架上，第一滑架平行于所述主轴的轴线平移活动，被布置以沿所述要检查的零件的齿形廓移动所述基准齿轮，以及，所述处理部件被布置用以特征化齿的径向缺陷和角度缺陷，这些缺陷是有区别的。

基准齿轮可有利地包括一凸形齿，以使得与要检查的零件的齿的接触区域区域点状接触区域。

在一优选实施方式中，控制部件被布置用以根据测量步骤的阶段，使承载基准齿轮的主轴相对于承载要检查的零件的主轴是主动的或从动的。

控制部件有利地包括变速器，以使得主轴之一相对于另一是主动的或从动的。

作为实施变型，控制部件可包括转动方向的换向器，以使得主轴之一相对于另一是主动的或从动的。

优选地，至少承载基准齿轮或要检查的零件的主轴之一装载在第二滑架上，第二滑架垂直于主轴的轴线平移活动，被布置用以调节所述主轴间的中心距。

根据实施变型，活动滑架可包括弹性部件，弹性部件被布置以屈使基准齿轮朝向要检查的零件，并保证在基准齿轮和要检查的零件之间的持续接触。相同地，承载基准齿轮的主轴可包括声学***件，声学***件被布置用以探测齿的源自撞击的缺陷。

附图说明

在下文参照附图对作为非限定性示例给出的一实施方式的说明中，本发明和其优点将更好地得到显示，附图中：

-图1示意性示出根据本发明的检查机器在有齿零件的生产线上的安置，和

-图2是这种检查机器的示意图。

具体实施方式

根据本发明的检查装置10可组成独立或集成于零件1的生产线100的一机器，如在图1上所示的安置示例，这些零件可以是齿轮、小齿轮、齿轴或类似物。零件1通过输送器102被导引向检查位101，输送器由机架103承载。检查位101具有机械手或自动装置104，用于将零件1从输送器102装载到检查装置10中。该检查位101包括机器底座105，机器底座接纳机箱106，机箱上安装检查装置10。机器底座105围绕标准机架107集中了机器的除与检查操作有关的设备之外的基础设备，即电气柜108、人/机界面控制台109、保护罩110、气动中心站（未显示）和照明装置111。专用于检查装置10的机箱106固定在支撑于防振元件112上的机器底座105上。

同样参照图2，根据本发明的检查装置10包括至少：

－第一转动单元20，其配备有可膨胀心轴21，用于获取、紧固要检查的零件1和使之转动，

－第二转动单元30，其配有基准齿轮2，基准齿轮用于进行测量，并被安装在数字交叉滑架40上，以及

－电子测量单元50。

在示例中，转动单元20、30和交叉滑架40由机箱106承载。转动单元20包括主轴22，主轴被电动机23和传动机构24带动转动。主轴22配有可膨胀心轴21，可膨胀心轴使要检查的零件1对中心和紧固。可膨胀心轴21的紧固保证要检查的零件在主轴22上的角度联系。主轴22在其转动中所经过的角度通过编码器25进行测量。

转动单元30包括主轴32，主轴32被电动机33和传动机构34带动转动。主轴32配有心轴31，心轴使基准齿轮2对中心和紧固。心轴31的紧固保证基准齿轮2在主轴32上的角度联系。主轴32在其转动时所经过的角度通过编码器35进行测量。用于进行测量的基准齿轮2的厚度相对于要检查的零件1的厚度而言非常小，并类似一盘体，用于，如果所述基准齿轮2的齿是凸形的，提供与要检查的零件1接触的较小的甚至是点状的接触区域。

为了测量的质量、可靠性和精度，将为心轴21，31、主轴22，32、电动机23，33和传动机构24，34选择精密的器材。电动机23，33可通过在电气柜108或电子测量单元50中的中心化部件进行控制。

编码器25和35与电子测量单元50相连接，电子测量单元获取由这些编码器所传送的信息，由计算机通过分析和比较进行处理，并传送表示在所检查的零件1上探测的齿缺陷的结果。

在示例中，交叉滑架40包括水平滑架41，水平滑架在水平平移方面由第一致动器42带动。该水平滑架41承载竖直滑架43，竖直滑架在竖直平移方面由第二致动器44带动。该竖直滑架43承载第二转动单元30，基准齿轮2固定在第二转动单元上。当然，该实施方式不是限定性的。在另一实施方式中（未显示），交叉滑架可由有区别的两滑架替代，竖直滑架承载第一转动单元20而水平滑架承载第二转动单元30，或相反地，竖直滑架承载第二转动单元30而水平滑架承载第一转动单元20。可以考虑各种其它构型：所述构型允许转动单元20和30之一相对于另一移动用以一方面调节在两个主轴22和32之间的中心距和另一方面使基准齿轮2沿着要检查的零件1的齿往来以进行测量。在未显示的一变型中，水平滑架41可与被布置用于屈使基准齿轮2朝向要检查的零件1的弹性部件进行配合，并因此保证在基准齿轮和要检查的零件之间的持续接触。如果期望在要检查的零件1的齿根部而不是在标称直径上执行测量，这种构型是必需的。

致动器42和44可以由电动机组成，电动机带动蜗杆，蜗杆与固连于滑架的螺母相啮合，这些滑架可在滚动导道上被导向。当然，可考虑各种其它等效实施方式。这些致动器42，44可通过在电气柜108或在电子测量单元50中的中心化部件进行控制。

第二转动单元30的主轴32可配有加速计60，用于测量由要检查的零件1与基准齿轮2所组成的齿轮机构的转动所产生的径向加速度，以便进行声学检查。这种选择允许在要检查的零件1上探测源自撞击的可能缺陷。加速计60与电子测量单元50相连接。

下文描述检查装置10的运行模式。根据本发明的动态检查方法在于，使要检查的零件1与测量用基准齿轮2相啮合，从而使该要检查的零件1处于在齿轮机构中的正常使用条件。在该构型中，要检查的零件1和基准齿轮2在它们的标称直径上啮合。

要检查的零件1在主轴22的端部在可膨胀心轴21上对中心和紧固。同样地，基准齿轮2在主轴32的端部在心轴31上对中心和紧固。交叉滑架40允许一方面使齿轮机构置于对应于正常运行的中心距，其中，在齿轮的标称直径上进行啮合，和另一方面允许至少在位于齿的工作宽度的两端部处的两区域中使基准齿轮2沿要检查的零件1的齿定位。

交叉滑架40用于根据两个方向在两个主轴22和32之间产生相对运动：与主轴22和32的轴线平行的运动，用以在要检查的零件1的两端部之间在全部或部分齿上移动基准齿轮2；和与主轴22和32的轴线垂直的运动，用以设置齿轮机构的中心距。

当基准齿轮2在齿轮机构的运行中心距、即在要检查的零件1的标称直径上，和在齿的端部之一上位于啮合位置时，齿轮机构根据主动/从动原理进行转动，即基准齿轮2的转速略微大于或小于要检查的零件1的转速，以使得承载基准齿轮2的主轴32或承载要检查的零件1的主轴22主动或从动，不使转动方向换向。目的在于保证带有转矩控制的单齿面接触，以限制接触作用力，即在齿的齿面的单一齿面上接触继而在另一齿面上接触。在至少一圈上记录由要检查的零件1和基准齿轮2分别经过的角度。在齿的不同高度的齿面之一上，并至少在齿的工作宽度的两端部处，继而在齿的另一齿面上，通过对具有转距控制以限制接触作用力的基准齿轮2的转速的改变，以两阶段动态地实施测量。测量可通过沿着齿形廓所取的点进行，或至少在位于齿的工作宽度的两端部处的两点进行。

在进行测量本身之前，在稳定由编码器25和35所传送的测量值所需的时间间隔期间可转动齿轮机构。这种预先稳定阶段允许避免在测量值中的误差（aberration）。

在检查方法的一变型中，可通过使转动方向换向和通过使用基准齿轮2相对于要检查的零件1的主动/从动原理获得相同的结果。不过，由于该解决方案加长检查时间，该解决方案是较为不利的。

然后，利用在齿的全部或部分宽度上由电子测量单元50所记录的并由编码器25和35所传送的角度值，通过用合适的软件进行计算来确定径向合成偏差以及螺线和锥体偏差。在齿轮机构的转动期间实时地实施处理和计算。继而，这些结果被传送到零件的生产线上，以校正所探测的缺陷。

该检查方法具有多种优点：

-该检查方法允许对径向合成偏差以及螺线和锥体偏差进行单个检查，

-该检查方法允许添加撞击检查，

-该检查方法允许能保证可靠结果的单齿面动态测量，

-该检查方法允许实施该单齿面动态测量，而不改变转动方向，在此节约检查时间（除了选择使转动方向换向的情形），

-唯一的基准齿轮2允许检查模数相同而高度不同的齿，这显著减少基准齿轮2的数目和在更换生产时所需的校准时间。

工业应用的可能性：

该说明书清晰地展示，本发明允许达到所确定的目标和可工业化实施。

本发明并不局限于所描述的实施例，而是覆盖对于本领域技术人员显而易见的各种修改和变型，同时保持在由所附权利要求书所规定的保护范围内。

尤其，主轴22和32可相反布置。主轴22和32的轴线可如在示例中是竖直的，或是水平的。

Claims (19)

1.零件（1）的齿的动态检查方法，所述零件至少通过其模数、标称直径和齿形廓限定，在所述方法中，将要检查的所述零件（1）安装在第一主轴（22）上，第一主轴是机动化的并通过第一编码器（25）在角度方面进行控制，将基准齿轮（2）安装在第二主轴（32）上，第二主轴是机动化的并通过第二编码器（35）在角度方面进行控制，两个主轴是平行的并分离开一中心距，所述中心距允许基准齿轮啮合要检查的零件，通过使用由编码器所传送的信息测量在两个主轴之间的角度差异，通过计算机对所述信息进行处理和从这些差异推断齿的可能缺陷，其特征在于，使用厚度相对于要检查的零件（1）的厚度较小的基准齿轮（2），用以将所述基准齿轮的齿在所述要检查的零件的齿上的接触区域减小到最小；以及，为了进行测量步骤，沿所述要检查的零件（1）的齿形廓轴向地移动所述基准齿轮（2）；以及从所进行的所述测量提取齿的径向缺陷以及角度缺陷，这些缺陷是有区别的。

2.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，沿所述要检查的零件（1）的齿形廓在位于齿的工作宽度的端部的两个区域之间移动基准齿轮（2）。

3.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，使用一基准齿轮（2），该基准齿轮的齿是凸形的，以使得与所述要检查的零件（1）的齿的接触区域趋于点状接触区域。

4.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，选择两个主轴（22，32）之间的所述中心距，以使得所述基准齿轮（2）与所述要检查的零件（1）的啮合在它们各自的标称直径上进行，再现所述齿轮机构的正常运行。

5.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，在进行测量步骤本身之前，实施一预备步骤，在所述预备步骤转动所述主轴（22，32）直到获得由编码器（25，35）所传送的测量值的稳定。

6.根据前述权利要求中任一项所述的检查方法，其特征在于，在所述测量步骤的第一阶段中，使承载基准齿轮（2）的主轴（32）转动，以使得其带动承载要检查的零件（1）的主轴（22），或使承载要检查的零件的主轴转动，以使得其带动承载基准齿轮的主轴，用以使所述基准齿轮（2）与齿的齿面之一相接触，以测量该齿面的特征；以及，在所述测量步骤的第二阶段中，使承载基准齿轮（2）的主轴（32）转动，以使得其被承载要检查的零件（1）的主轴（22）带动，或使承载要检查的零件的主轴转动，以使得其被承载基准齿轮的主轴带动，用以使所述基准齿轮（2）与齿的另一齿面相接触，以测量该齿面的特征。

7.根据权利要求6所述的检查方法，其特征在于，进行测量步骤的这两个阶段，而不使所述主轴的转动方向换向。

8.根据权利要求6所述的检查方法，其特征在于，进行测量步骤的这两个阶段，且使所述主轴的转动方向换向。

9.根据前述权利要求中任一项所述的检查方法，其特征在于，至少承载所述基准齿轮（2）或所述要检查的零件（1）的主轴（22，32）之一安装在一滑架（41）上，所述滑架垂直于所述主轴（22，32）的轴线平移活动，用以调节所述主轴间的中心距。

10.根据权利要求9所述的检查方法，其特征在于，在活动的所述滑架（41）上结合弹性部件，所述弹性部件被布置用于屈使所述基准齿轮（2）朝向所述要检查的零件（1），并保证在基准齿轮和要检查的零件之间的持续接触。

11.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，给承载所述基准齿轮（2）的所述主轴（32）配备声学***件（60），所述声学***件被布置用于探测所述齿的源自撞击的缺陷。

12.零件（1）的齿的动态检查装置（10），所述零件至少通过其模数、标称直径和齿形廓限定，所述装置包括：第一主轴（22），所述第一主轴与一机动化装置（23，24）相联接并通过第一编码器（25）在角度方面进行控制，所述要检查的零件（1）安装在第一主轴上；第二主轴（32），所述第二主轴与一机动化装置（33，34）相联接并通过第二编码器（35）在角度方面进行控制，基准齿轮（2）安装在第二主轴上，两个主轴（22，32）是平行的并分离开一中心距，所述中心距允许基准齿轮（2）啮合要检查的零件（1）；所述机动化装置的控制部件；和处理由编码器所传送的信息的处理部件，所述编码器被布置用以特征化齿的可能缺陷，其特征在于，所述基准齿轮（2）是一个厚度相对于要检查的零件（1）的厚度较小的齿轮，用以将所述基准齿轮的齿在所述要检查的零件的齿上的接触区域减小到最小；以及，至少承载所述基准齿轮（2）的所述主轴（32）或承载所述要检查的零件（1）的所述主轴（22）之一装载在第一滑架（43）上，所述第一滑架平行于所述主轴（22，32）的轴线平移活动，被布置用于沿所述要检查的零件（1）的齿形廓移动所述基准齿轮（2）；以及，所述处理部件被布置用以特征化齿的径向缺陷和角度缺陷，这些缺陷是有区别的。

13.根据权利要求12所述的检查装置，其特征在于，所述基准齿轮（2）包括一凸形齿，以使得与所述要检查的零件（1）的齿的接触区域趋于点状接触区域。

14.根据权利要求12所述的检查装置，其特征在于，所述控制部件被布置用以根据所述测量步骤的阶段，使承载基准齿轮（2）的所述主轴（32）相对于承载要检查的零件（1）的主轴（22）、或者使承载要检查的零件的主轴相对于承载基准齿轮的主轴，是主动的或从动的。

15.根据权利要求14所述的检查装置，其特征在于，所述控制部件包括变速器，以使得主轴之一相对于另一个是主动的或从动的。

16.根据权利要求14所述的检查装置，其特征在于，所述控制部件包括转动方向的换向器，以使得主轴之一相对于另一个是主动的或从动的。

17.根据权利要求12到16中任一项所述的检查装置，其特征在于，至少承载所述基准齿轮（2）或所述要检查的零件（1）的主轴（22，32）之一装载在第二滑架（41）上，所述第二滑架垂直于所述主轴（22，32）的轴线平移活动，被布置用于调节所述主轴间的中心距。

18.根据权利要求17所述的检查装置，其特征在于，所述第二滑架（41）包括弹性部件，所述弹性部件被布置以屈使所述基准齿轮（2）朝向所述要检查的零件（1），并保证在基准齿轮和要检查的零件之间的持续接触。

19.根据权利要求12所述的检查装置，其特征在于，承载所述基准齿轮（2）的所述主轴（32）包括声学***件（60），所述声学***件被布置用以探测所述齿的源自撞击的缺陷。

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