CN209295918U - 一种齿轮检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿轮检测装置，其包括一基座，一旋转台和一三爪卡盘分别同轴可旋转活动连接在基座上，基座上还固定设置控制旋转台和三爪卡盘旋转的控制模块；三爪卡盘上方设置有获得齿轮轮廓度信息的扫描仪，旋转台上设置有检测齿面粗糙度的检测机构，通过控制旋转台与三爪卡盘的相对旋转，实现齿轮齿面的全面检测，本装置可适用于不同尺寸齿轮，采用探针检测可大大提高齿面加工精度，尤其适用于摆线齿轮等具有较高精度要求的齿轮加工。

Description

一种齿轮检测装置

技术领域

本实用新型涉及机械精密加工领域，具体涉及一种对加工得到的齿轮进行齿轮轮廓度和齿面粗糙度检测的专用装置。

背景技术

摆线针轮减速器具有传动效率高、结构紧凑、承载能力强等特点，对于摆线齿轮的加工精度要求很高，因此，在加工得到摆线齿轮后往往要通过精密的检测以及进一步加工来提高其精度。然而目前，针对于摆线齿轮的检测方法很少，大部分采用渐开线齿轮的检测方式进行检测，但是摆线齿轮和渐开线齿轮不是一类齿轮，渐开线齿轮的检测方式无法达到摆线齿轮检测的精度要求，较低的检测精度可能导致生产获得的摆线齿轮无法满足工作要求。

摆线齿轮的检测主要包括齿面粗糙度检测和齿轮轮廓度检测，而对于目前市面上存在的少数针对摆线齿轮的检测方式中，手持式或固定式的齿面粗糙度检测方式存在对象过于单一、检测精度不高、批量检测工作量大、效率低等不足，三坐标检测轮廓度方式的检测仪器过于昂贵或检测数据是非连续性的，无法全面检测出齿轮存在的缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种齿轮检测装置，以克服现有摆线齿轮检测中存在的效率低、精确度低、检测对象单一、设备昂贵等问题，配合计算机信息***，实现快速、精准、可靠的对具有高精度要求齿轮的齿轮廓和齿面进行检测。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种齿轮检测装置，其包括一基座，一旋转台和一三爪卡盘分别同轴可旋转活动连接在基座上，基座上还固定设置控制旋转台和三爪卡盘旋转的控制模块；三爪卡盘上方设置有获得齿轮轮廓度信息的扫描仪，旋转台上设置有检测齿面粗糙度的检测机构，通过控制旋转台与三爪卡盘的相对旋转，实现齿轮齿面的全面检测。

较佳的，基座固定设有第一支臂，第一支臂的下端固定在基座侧面，上端固定扫描仪；旋转台固定设有第二支臂，第二支臂的里端固定在旋转台侧面，外端固定检测机构，检测机构包括一可垂直上下移动的平台，一载有传感器的转盘和一转钮通过一转杆同轴连接后，转杆水平穿过平台，通过转钮可控制转盘转动，进而分别让不同的传感器与齿轮齿面保持水平。

较佳的，第二支臂为可伸缩结构以使装置可适应于不同尺寸齿轮的检测。

较佳的，传感器包括用于轮廓度检测的探头和用于粗糙度检测的探针，轮廓度检测探头可获得齿面是否与齿轮平面垂直的信息，探针通过在齿面上的扫描快速获得齿面粗糙度信息。

较佳的，基座上设有贴片槽口，贴片槽口处贴有用于构建坐标系的贴片。

较佳的，为满足构建的齿轮三维模型精度要求，扫描仪精度为0.1um。

采用上述方案后，由于本实用新型利用探针、扫描仪等探测设备可快速获得齿轮轮廓度及齿面粗糙度数据，通过构建三维模型，实现构建齿轮模型与理论模型间的对比，进而提高齿轮加工要求；本装置可适用于不同尺寸齿轮，采用探针检测可大大提高齿面加工精度，尤其适用于摆线齿轮等具有较高精度要求的齿轮加工。

附图说明

图1是本实用新型第一视角立体图；

图2是本实用新型装配齿轮效果图；

图3是本实用新型第二视角立体图；

图4是本实用新型控制模块部分结构立体图；

图5是本实用新型控制模块结构示意图；

图6是本实用新型三爪卡盘及圆心探测器结构示意图；

图7是本实用新型第二支臂结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。

本实用新型所揭示的是一种齿轮检测装置，如图1-7所示，为本实用新型的较佳实施例，装置将配合计算机信息***对摆线齿轮等具有高精度要求的齿轮进行快速、精准、全面的检测。装置包括一基座1，一旋转台2和一三爪卡盘3分别同轴可旋转活动连接在基座1上。基座1上还固定设置控制旋转台2和三爪卡盘3旋转的控制模块，通过控制模块，让三爪卡盘3以一定速度绕基座1的中心轴线进行转动，进而带动安装在三爪卡盘3上的齿轮转动，三爪卡盘3上方设置有获得齿轮轮廓度信息的扫描仪4，随着齿轮的转动获得不同角度的齿轮轮廓度信息。控制模块同时控制旋转台2的旋转，旋转台2上设置有检测齿面粗糙度的检测机构，控制模块让旋转台2以一定速度绕基座1的中心轴线进行转动，进而带动旋转台2上的检测机构绕中心轴线转动。控制模块通过调整三爪卡盘3和旋转台2的旋转速度，让检测机构在齿轮轮面上做相对运动，获得较全面的轮面信息。

具体的，基座1由大理石制成，大理石的基座1上还设有贴片槽口5，具体的在基座1侧面底边上均匀分布有三个方形的贴片槽口5，贴片槽口5处贴有用于构建坐标系的贴片，通过基座1的定位实现待检测齿轮的三维坐标定位。

旋转台2和三爪卡盘3均安装在基座1中心上方。其中三爪卡盘3操作时保持其中心与基座1中心同心，可通过圆心探测器6安装于基座1中心轴，如图5所示，圆心探测器6包括一竖直的棍状结构61和一圆形安装盘62，控制模块包括安装于基座1底部的第一伺服电机21，第一伺服电机21的输出轴与基座1中心轴同轴且输出轴上端固定连接到棍状结构61下端，棍状结构61穿过圆形安装盘62的圆心并与圆形安装盘62固定连接，棍状结构61与圆形安装盘62的固定连接可以选择焊接或采用键进行机械连接，控制模块通过带动圆心探测器6驱动三爪卡盘3自转。三爪卡盘3的三个卡扣可调节的安装在圆心探测器6上，并保持三者同步调节，通过调节，三个卡扣可同步远离圆心探测器6，也可同步靠近圆心探测器6，进而满足对不同内孔直径齿轮的装夹要求，并能时刻保持齿轮中心与基座中心同心，具体的，三爪卡盘3与圆心探测器6的连接结构可以如下：如图6所示，圆形安装盘62包括中空的盘体621，一水平的大锥齿轮622齿面朝下的可转动安装在盘体621内部圆心处，一与大锥齿轮622配合的小锥齿轮623齿面朝里的可转动安装在盘体621侧面，且小锥齿轮623中心设有调节方孔624，大锥齿轮622和小锥齿轮623相互啮合。大锥齿轮622上表面设有螺旋状凸起625，同时盘体621上表面均匀分布有三个径向滑槽626，三爪卡盘3的三个卡扣即滑动插接在径向滑槽626中且可沿径向朝内或朝外滑动，三个卡扣的底面设有与螺旋状凸起625匹配的曲线槽627，三个卡扣滑动插接在径向滑槽626的同时，底面的曲线槽627还卡接在螺旋状凸起625上。当通过调节方孔624驱动小锥齿轮623转动时，其和大锥齿轮622的啮合连接会驱动大锥齿轮622在水平面转动，螺旋状凸起625则通过与曲线槽627的配合控制卡扣沿径向滑槽626朝内或朝外同步调节。卡扣为L型，其包括水平分布的托板条32与竖直分布的固定条31，齿轮7可以放置在托板条32上表面，保证其水平，由固定条31对其进行固定限位。装置工作初始状态，三爪卡盘3处于闭合状态，三个卡扣紧扣在一起，在齿轮7平稳放置于卡盘后，使三个卡扣同步远离圆心探测器6，并与齿轮的贴合面紧密贴合，并进一步卡住齿轮使其无法相对三爪卡盘3进行转动，并保证齿轮中心与基座1中心轴同心。

控制模块还包括安装于基座1底部用于控制旋转台2转动的带刹车的第二伺服电机22和中空减速器23，如图4和图5所示，第二伺服电机22的输出轴同样竖直设置，中空减速器23采用XKB40中空减速器，通过一对渐开线齿轮24将第二伺服电机22和中空减速器23连接，旋转台2则固定安装在中空减速器23顶端，可以通过焊接或机械连接实现，旋转台2为中间为空的圆形平台，其中心轴与基座中心轴同轴。控制模块控制旋转台2时，第二伺服电机22通过渐开线齿轮24带动中空减速器23旋转，包括正转与反转以及转动速度控制等，旋转台2则随着中空减速器23带动检测机构绕待测齿轮转动。圆心探测器6则从旋转台2及中空减速器23中心的中空结构穿过并与正下方的第一伺服电机21的输出轴固定连接。第一伺服电机21和第二伺服电机22均信号连接计算机，由计算机向其发送指令信号。

基座上还固定设有“L”字型的第一支臂8，如图3所示，第一支臂8的下端固定在基座1侧面，上端固定上述用于测量齿轮轮廓度信息的扫描仪4，扫描仪4可以采用LK1002便携式CCD扫描仪，首先利用基座1上用于构建坐标系的贴片对扫描仪4进行标定，随着三爪卡盘3带动齿轮7以一定速度旋转，扫描仪4位于三爪卡盘3上方对着固定在三爪卡盘3上的齿轮7进行信息采集，具体包括齿轮整体的扫描和轮廓度数据采集，采集过程中，扫描仪4对齿轮7进行特征点的拾取、点云数据的存储，然后将数据点导入计算机中通过三维重建算法实现齿轮表面形成及立体匹配等操作，将三维重建后的齿轮与理论模型进行对比分析出齿廓误差。进一步，扫描仪4可以位于三爪卡盘3中心正上方以获得更为精确的齿轮轮廓度信息。若扫描仪4因拍摄角度问题所获得齿轮轮廓度信息存在统一变形，则在获得初步齿轮轮廓度信息后可通过图像处理技术对其进行初步转化，形成较精准的齿轮轮廓度信息。扫描仪4要求采用高速高精度扫描仪，扫描仪精度要求达0.1um。

控制模块不仅可以控制旋转台2和三爪卡盘3的旋转速度，同时还可以控制旋转台2进行正转或反转，进而可以控制检测机构对齿面粗糙度进行逐齿检测。具体的，旋转台2通过第二支臂9固定检测机构，第二支臂9的里端固定在旋转台2侧面，外端固定该检测机构，为了适应不同半径齿轮的检测要求，设计第二支臂9为可伸缩结构，通过第二支臂9的可伸缩操作，控制检测机构与齿轮中心的位置关系。部分检测机构要求能对齿轮齿面进行全面检测，因此要求其能相对齿面进行运动，此时随着旋转台2的转动，第二支臂9需实时根据齿轮轮廓度信息作出相应的伸缩操作，以保证检测机构始终位于齿轮齿面。第二支臂9的实时伸缩可以通过贯通式步进电机实现，具体的，如图7所示，第二支臂9包括内段91和外段92，内段91里端固定在旋转台2侧面，内段91外端固定一贯通式步进电机93的电机本体，贯通式步进电机93中心贯穿的丝杆931外端固定在外段92上，本体通过信号线932信号连接计算机，计算机根据齿轮轮廓度信息向电机本体发送转向及转速指令，贯通式步进电机93驱动时，由于电机本体被固定住，因此丝杆931可带动外段92进行伸缩操作。

检测机构包括一可垂直上下移动的平台10，平台10的上下移动同样可以采用贯通式步进电机来实现，具体实现方案参照上述第二支臂9的可伸缩设计，在此不做累赘描述。一载有传感器的转盘11和一转钮12通过一转杆13同轴连接后，转杆13水平穿过上述平台10。平台10可带动整个检测机构进行上下移动，进而使检测机构能在齿轮7齿面上进行上下运动，由于检测机构还能在第二支臂9带动下做水平面内的旋转运动，因此其不仅可用于对直纹面齿轮进行检测，同时还可适用于斜纹面齿轮。另一种实现方式可以是让三爪卡盘3的托板条32带动齿轮7进行上下移动，而检测机构中的平台10则保持高度不变，通过旋转台2与三爪卡盘3相对转速的调节，满足对整个齿轮7齿面的检测要求。

检测机构的转盘11上分布有传感器，本实施例中可采用用于探测齿面粗糙度的探针14，具体的，采用表面粗糙度测量仪SJ-210对齿廓表面进行粗糙度测量，测量范围300μm(±150μm)，测量过程表面粗糙度测量仪SJ-210采用微感应方式对齿廓表面进行粗糙度检测，首先，第二支臂9将表面粗糙度测量仪SJ-210检测探针向齿廓曲面移动，直到检测用的探针14发出有效检测距离后停止移动；其次，通过计算机中的理论模型中的外形轮廓，对第二支臂9的伸缩量进行规划和控制，从而实现对表面粗糙度测量仪SJ-210检测用探针14与齿面检测距离的控制。控制模块在检测过程中使旋转台2以一定的速度旋转，并实现检测用的探针14与齿轮旋转量联动配合检测，检测后的数据导入计算机中，并对实验数据进行最小二乘法和拟合处理，从而得出齿面粗糙度值，具体计算机的最小二乘法及拟合处理非本案保护关键，在此不做累赘描述。更进一步，转盘11上还可分布有多种传感器，例如还可同时包括用于轮廓度检测的探头15，通过对齿面回波的检测来获取轮廓信息等。由于转盘11与转钮12同轴连接，因此可在转钮12的控制下，让对应的传感器保持与待检测齿轮7等高度，进而实现检测装置不同检测功能的转换。

采取上述装置，将通过以下步骤进行齿轮齿面检测：

步骤一：将齿轮7及装置用酒精擦拭，并将齿轮7水平放置在三爪卡盘3上，通过圆心探测器6实现三爪卡盘3与基座1中心轴的对准，同步调节三爪卡盘3的三个卡扣，实现齿轮7中心与基座1中心轴的对准并卡紧齿轮7；

步骤二：通过第二支臂9调整探针14与齿轮7间距离，确保探针14不干涉不碰撞齿面，调节扫描仪4的高度和角度，并在贴片槽口5贴上用于构建坐标系的贴片；

步骤三：通过转钮12调整转盘11，使得轮廓度检测探头15对准齿面，通过轮廓度检测探头15获得齿轮齿面形状，并确定探针14的轨迹路线；

步骤四：通过控制模块控制旋转台2旋转，旋转台2每转过一单位角度，探针7在平台10带动下不断上下移动，实现对齿轮齿面粗糙度检测；

步骤五：通过扫描仪4同时获得齿轮轮廓图形数据；

步骤六：将检测机构获得的检测结果与扫描仪4获得的数据反馈至计算机，完成齿轮单齿齿面粗糙度检测后，由控制模块控制三爪卡盘3带动齿轮7转动，旋转台2同步复位探针14位置，开始对下一单齿进行检测；

步骤七：不断重复步骤四～步骤六，直至整个齿轮齿面检测完毕；

步骤八：计算机通过三维重建软件基于检测结果及数据建立实际模型，对比实际模块与理论模型，实现对齿轮进一步加工调整。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种齿轮检测装置，其特征在于：装置包括一基座，一旋转台和一三爪卡盘分别同轴可旋转活动连接在所述基座上，所述基座上还固定设置控制所述旋转台和所述三爪卡盘旋转的控制模块；所述三爪卡盘上方设置有获得齿轮轮廓度信息的扫描仪，所述旋转台上设置有检测齿面粗糙度的检测机构。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮检测装置，其特征在于：所述基座固定设有第一支臂，所述第一支臂的下端固定在所述基座侧面，上端固定所述扫描仪；所述旋转台固定设有第二支臂，所述第二支臂的里端固定在所述旋转台侧面，外端固定所述检测机构，所述检测机构包括一可垂直上下移动的平台，一载有传感器的转盘和一转钮通过一转杆同轴连接后，所述转杆水平穿过所述平台。

3.根据权利要求2所述的一种齿轮检测装置，其特征在于：所述第二支臂为可伸缩结构。

4.根据权利要求2所述的一种齿轮检测装置，其特征在于：所述传感器包括用于轮廓度检测的探头和用于粗糙度检测的探针。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮检测装置，其特征在于：所述基座上设有贴片槽口，所述贴片槽口处贴有用于构建坐标系的贴片。

6.根据权利要求1所述的一种齿轮检测装置，其特征在于：所述扫描仪精度为0.1 um。