CN103994717B - 齿轮光学测量装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮光学测量装置及检测方法，其特征在于：床身与地面间采用隔振地基与地面连接，工作台与床身固定连接，待测齿轮放置在工作台上；光学测长***固定在转台上，转台可沿垂直轴转动；转台安装在升降臂上，升降臂可以沿垂直轴即Z轴移动；被测齿轮放在工作台上，光学测长***对待测齿轮进行测量，然后将数据传送到数据处理及通信***。是一种采用非接触式测长***即色散共聚焦位移传感器或激光位移传感器对齿轮类，轴类等有旋转轴的零件如圆轴，花键轴，齿轮，滚刀等的几何尺寸和形状位置精度进行的精确测量的方法。

Description

齿轮光学测量装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮光学测量装置及检测方法，特别是针对包括齿轮在内旋转轴类零件的光学测量装置及检测方法，属于机械测量领域。

背景技术

由于光学测量的固有特性，当光束过旋转中心对被测件进行测量的时候，可能出现光束入射角度较大，导致测量误差较大，甚至由于被测件本身的几何形状的限制（例如类似于滚刀，其刀刃出现负角）光束无法到达被测件需检测的表面的情况。现有的展成法测量只能够测得齿轮的相对误差，而无法得到整个齿轮的齿形数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿轮光学测量装置及检测方法，是一种采用非接触式测长***即色散共聚焦位移传感器或激光位移传感器对齿轮类，轴类等有旋转轴的零件如圆轴，花键轴，齿轮，滚刀等的几何尺寸和形状位置精度进行的精确测量的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种齿轮光学测量装置，由床身，工作台，光学测长***，转台，升降臂，数据处理及通信***组成；其特征在于：床身与地面间采用隔振地基与地面连接，工作台与床身固定连接，待测齿轮放置在工作台上；光学测长***固定在转台上，转台可沿垂直轴转动；转台安装在升降臂上，升降臂可以沿垂直轴即Z轴移动；被测齿轮放在工作台上，光学测长***对待测齿轮进行测量，然后将数据传送到数据处理及通信***。

针对齿轮的光学检测方法，其特征在于：通过齿轮光学测长装置将光束调整到距离转台旋转中心一定距离即偏心距满足内齿测量<250mm，外齿测量<200mm；可以是平移调整一定距离或是将光束旋转一定的角度来进行测量，其检测的具体步骤如下：

1)根据齿轮类型选择不同类型的光学测长装置，将光学测长装置的位移传感器固定在转台上，和转台同步旋转；

2)采用标定圆环对检测***参数标定，调整升降臂，使位移传感器处于有效测量范围即内齿测量<500mm，外齿测量<400mm内，启动转台，同时启动光学测长***，对齿轮相关数据进行测量；

3)数据处理及通信***获得以上光学测长***测量的数据后，计算出转台上待测齿轮的旋转中心；

4)按照计算的待测齿轮的旋转中心，对测量数据进行坐标变换，将待测齿轮的测量数据在齿轮分度圆上展开；

5)根据待测齿轮在分度圆上展开后的结果，由数据处理及通信***计算出该齿轮的齿数、模数等关键齿形参数；

6)根据从待测齿轮得到的齿形参数，由数据处理及通信***计算出理论齿轮的齿廓，并和待测齿轮齿廓进行对比，获得齿轮齿形误差；

7)将位移传感器沿Z向移动齿轮齿厚1/5-1/3的距离，然后重复上述测量过程，最终获得齿轮齿向误差；

8)测量完成，将测量***恢复到初始位置。

所述的数据处理及通信***的测量数据处理过程如下：

1)对由光学测长***得到的齿面数据进行预处理，去除失真点和噪声点；

2)齿面数据预处理完毕后，由数据处理及通信***计算齿轮旋转中心；

3)按照计算的齿轮旋转中心，对测量数据进行坐标变换；

4)从测量数据中识别出待测齿轮的齿顶，齿根，齿面等齿轮特征；

5)根据识别出来的齿轮特征，计算出理论齿轮齿形参数；

6)将理论齿轮齿形和实际测量得到的齿形数据进行对比，计算待测齿轮的齿形误差；

7)检验计算结果，如果计算结果无误，根据齿厚确定齿轮Z向移动距离，驱动光学测长***的位移传感器沿Z向移动，重复测量齿形参数；

8)沿Z测量完成以后，根据其测量结果，计算齿轮齿向误差。

本发明的积极效果是采用一种将光束偏移中心一定距离或者将光束偏移一定的角度使光束不过旋转中心来进行测量的方法；通过调整光束的入射角度，使光束能够到达被测件的待测面，并有较好的入射角度，从而得到高精度的测量结果，能够测量二级齿轮；采用本测量方法，不仅能够获得高精度的齿形齿向参数及其误差，还能够测量小模数齿轮以及内齿，获得齿轮完整的齿形数据，大大扩大了以前使用的方法的测量范围，。

附图说明

图1为本发明的测量设备的结构示意图。

图2为本发明的用测量设备测量齿轮a的示意图。

图3为本发明的用测量设备测量齿轮b的示意图。

图4为本发明的测量***的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，一种齿轮光学测量装置，由床身1，工作台2，光学测长***4，转台5，升降臂6，数据处理及通信***7组成；其特征在于：床身1与地面间采用隔振地基与地面连接，工作台2与床身1固定连接，待测齿轮3放置在工作台2上；光学测长***4固定在转台5上，转台5可沿垂直轴转动；转台5安装在升降臂6上，升降臂6可以沿垂直轴即Z轴移动；待测齿轮3放在工作台2上，光学测长***4对待测齿轮3进行测量，然后将数据传送到数据处理及通信***7。

针对齿轮的光学检测方法，其特征在于：通过齿轮光学测长装置将光束调整到距离转台旋转中心一定距离即偏心距满足内齿测量<250mm，外齿测量<200mm；可以是平移调整一定距离或是将光束旋转一定的角度来进行测量，如图4所示其检测的具体步骤如下：

1)根据齿轮类型选择不同类型的光学测长装置，将光学测长装置的位移传感器固定在转台上，和转台同步旋转；

2)采用标定圆环对检测***参数标定，调整升降臂，使位移传感器处于有效测量范围即内齿测量<500mm，外齿测量<400mm内，启动转台，同时启动光学测长***，对齿轮相关数据进行测量；

3)数据处理及通信***获得以上光学测长***测量的数据后，计算出转台上待测齿轮的旋转中心；

4)按照计算的待测齿轮的旋转中心，对测量数据进行坐标变换，将待测齿轮的测量数据在齿轮分度圆上展开；

5)根据待测齿轮在分度圆上展开后的结果，由数据处理及通信***计算出该齿轮的齿数、模数等关键齿形参数；

6)根据从待测齿轮得到的齿形参数，由数据处理及通信***计算出理论齿轮的齿廓，并和待测齿轮齿廓进行对比，获得齿轮齿形误差；

7)将位移传感器沿Z向移动齿轮齿厚1/5-1/3的距离，然后重复上述测量过程，最终获得齿轮齿向误差；

8)测量完成，将测量***恢复到初始位置。

所述的数据处理及通信***的测量数据处理过程如下：

1)对由光学测长***得到的齿面数据进行预处理，去除失真点和噪声点；

2)齿面数据预处理完毕后，由数据处理及通信***计算齿轮旋转中心；

3)按照计算的齿轮旋转中心，对测量数据进行坐标变换；

4)从测量数据中识别出待测齿轮的齿顶，齿根，齿面等齿轮特征；

5)根据识别出来的齿轮特征，计算出理论齿轮齿形参数；

6)将理论齿轮齿形和实际测量得到的齿形数据进行对比，计算待测齿轮的齿形误差；

7)检验计算结果，如果计算结果无误，根据齿厚确定齿轮Z向移动距离，驱动光学测长***的位移传感器沿Z向移动，重复测量齿形参数；

8)沿Z测量完成以后，根据其测量结果，计算齿轮齿向误差。

工作时固定在转台5上的光学测长***4发出光束，照射在待测齿轮3上，位移传感器及其控制器作为光学测长***4获得照射点到位移传感器发射端的相对尺寸。随着转台5绕其旋转中心转动，同时位移传感器持续照射测量，从而获得待测齿轮3的几何尺寸和形状位置精度。

如2、3图所示采用一种将过齿轮旋转中心的光束偏移中心一定距离L或者旋转一定的角度α，使光束不过旋转中心进行测量。位移传感器a发出光束b,通过调整光束b的入射角度，使光束b能够到达固定在转台d上的待测齿轮c的待测面，并有较好的入射角度，从而得到高精度的测量结果。然后通过数据处理及通信***7进行数据计算，最终获得待测齿轮3的几何尺寸和形状位置精度。

实施例1：

将位移传感器发出的光束偏移待测齿轮3旋转中心一定距离，并对待测齿轮3进行测量：（其齿数为30，模数为3，齿厚为20mm）

1)用量具粗测待测齿轮3的大小（齿顶圆直径为Φ110mm），

2)将待测齿轮3放在工作台2上，

3)调整升降臂6，使得光束能够照射到待测齿轮3上，

4)将位移传感器平移33.1mm，

5)启动转台5，光学测长***4开始测量，并采集数据，数据采集完毕后，将获得数据传输至数据处理及通信***7；

6)升降臂6垂直下移3mm，6mm，9mm，12mm，分别重复采集数据；

7)驱动升降臂6使位移传感器回复原位；

8)数据处理及通信***7对采集的数据进行分析，获得待测齿轮3的齿顶圆，齿根圆，齿数，模数，以及齿面误差和齿向等相关齿形齿形齿向参数。

实施例2：

将位移传感器发出的光束偏移待测齿轮3旋转中心一定距离，并对待测齿轮3进行测量：（其齿数为60，模数为4，齿厚为30mm）

1)用量具粗测待测齿轮3的大小（齿顶圆直径为Φ142.6mm），

2)将待测齿轮3放在工作台2上，

3)调整升降臂6，使得光束能够照射到待测齿轮3上，

4)将位移传感器转动30°角，

5)启动转台5，光学测长***4开始测量，并采集数据，数据采集完毕后，将获得数据传输至数据处理及通信***7；

6)升降臂6垂直下移3mm，6mm，9mm，12mm，15mm，18mm分别重复采集数据；

7)驱动升降臂6使位移传感器回复原位；

8)数据处理及通信***7对采集的数据进行分析，获得待测齿轮3的齿顶圆，齿根圆，齿数，模数，以及齿面误差和齿向等相关齿形齿形齿向参数。

Claims (3)

1.一种齿轮光学测量装置，由床身，工作台，光学测长***，转台，升降臂，数据处理及通信***组成；床身与地面间采用隔振地基与地面连接，工作台与床身固定连接，待测齿轮放置在工作台上；光学测长***固定在转台上，转台可沿垂直轴转动，其特征在于：光学测长***将光束调整到距离转台旋转中心一定距离即偏心距满足内齿测量<250mm，外齿测量<200mm；平移调整一定距离或是将光束旋转一定的角度来进行测量；转台安装在升降臂上，升降臂可以沿垂直轴即Z轴移动；被测齿轮放在工作台上，光学测长***对待测齿轮进行测量，然后将数据传送到数据处理及通信***。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮光学测量装置，其特征在于光学测长***检测的具体步骤如下：

1)根据齿轮类型选择不同类型的光学测长***，将光学测长***的位移传感器固定在转台上，和转台同步旋转；

2)采用标定圆环对检测***参数标定，调整升降臂，使位移传感器处于有效测量范围即内齿测量<500mm，外齿测量<400mm内，启动转台，同时启动光学测长***，对齿轮相关数据进行测量；

3)数据处理及通信***获得以上光学测长***测量的数据后，计算出转台上待测齿轮的旋转中心；

4)按照计算的待测齿轮的旋转中心，对测量数据进行坐标变换，将待测齿轮的测量数据在齿轮分度圆上展开；

5)根据待测齿轮在分度圆上展开后的结果，由数据处理及通信***计算出该齿轮的齿数、模数关键齿形参数；

6)根据从待测齿轮得到的齿形参数，由数据处理及通信***计算出理论齿轮的齿廓，并和待测齿轮齿廓进行对比，获得齿轮齿形误差；

7)将位移传感器沿Z向移动齿轮齿厚1/5-1/3的距离，然后重复上述测量过程，最终获得齿轮齿向误差；

8)测量完成，将光学测长***恢复到初始位置。

3.根据权利要求2中所述的一种齿轮光学测量装置，其特征在于所述的数据处理及通信***的测量数据处理过程如下：

1)对由光学测长***得到的齿面数据进行预处理，去除失真点和噪声点；

2)齿面数据预处理完毕后，由数据处理及通信***计算齿轮旋转中心；

3)按照计算的齿轮旋转中心，对测量数据进行坐标变换；

4)从测量数据中识别出待测齿轮的齿顶，齿根，齿面的齿轮特征；

5)根据识别出来的齿轮特征，计算出理论齿轮齿形参数；

6)将理论齿轮齿形和实际测量得到的齿形数据进行对比，计算待测齿轮的齿形误差；

7)检验计算结果，如果计算结果无误，根据齿厚确定齿轮Z向移动距离，驱动光学测长***的位移传感器沿Z向移动，重复测量齿形参数；

8)沿Z测量完成以后，根据其测量结果，计算齿轮齿向误差。