專利名稱：一種免安裝調(diào)整的大齒輪測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于齒輪測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大齒輪免安裝調(diào)整測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
齒輪測(cè)量一般分為:以齒距、齒廓和螺旋線測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量；以綜合測(cè)量(雙面、單面嚙合測(cè)量)為基礎(chǔ)的功能式測(cè)量；將單項(xiàng)和綜合集合于一體的齒輪整體誤差測(cè)量。對(duì)于大齒輪而言，因參數(shù)、尺寸和重量達(dá)到了超常規(guī)程度，功能式測(cè)量及整體誤差測(cè)量都難以實(shí)施，目前主要是以齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量，測(cè)量方法為電子展成法，專用測(cè)量?jī)x器 為齒輪測(cè)量中心。電子展成法要求以被測(cè)齒輪軸線為基準(zhǔn)，測(cè)頭在垂直軸線的平面內(nèi)對(duì)齒廓和齒距測(cè)量，在平行軸線的平面內(nèi)對(duì)螺旋線進(jìn)行測(cè)量。為滿足上訴要求，齒輪測(cè)量中心通過自身機(jī)械定位機(jī)構(gòu)-即垂直上下同軸頂尖來對(duì)齒輪進(jìn)行夾緊定位，實(shí)現(xiàn)齒輪工件安裝調(diào)整。由于儀器的三個(gè)測(cè)量軸的Z軸(約定俗成，儀器的X、Y測(cè)量軸相對(duì)被測(cè)齒輪分別為切向、徑向軸，Z測(cè)量軸為豎直軸。)已經(jīng)和頂尖軸線平行，因此就保證了儀器的X、Y測(cè)量軸平面與被測(cè)齒輪軸線垂直，且Y、Z測(cè)量軸平面與被測(cè)齒輪軸線平行。完成上訴調(diào)整安裝過程后，儀器只需要Χ、γ測(cè)量軸聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)齒廓誤差測(cè)量(圖1)，Y、z測(cè)量軸聯(lián)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)螺旋線誤差測(cè)量(圖2)。然而受大型齒輪結(jié)構(gòu)限制(大型齒輪多為齒圈)，很多情況下無法使用頂尖對(duì)其進(jìn)行定位，實(shí)際操作時(shí)多借助輔助裝置(水平儀、千分表)來調(diào)整被測(cè)齒輪相對(duì)測(cè)量?jī)x器的位置姿態(tài)，以使被測(cè)齒輪基準(zhǔn)軸線與儀器的Z測(cè)量軸平行。然而上述調(diào)整過程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且最終仍很難保證被測(cè)齒輪基準(zhǔn)軸線與儀器的Z軸平行，由此帶來的測(cè)量誤差極大影響了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此使用傳統(tǒng)電子展成法測(cè)量大型齒輪測(cè)量效率低、測(cè)量誤差大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題:提供一種高效免安裝調(diào)整的大齒輪測(cè)量方法，針對(duì)無法使用頂尖對(duì)齒輪定位的場(chǎng)合，免去調(diào)整被測(cè)齒輪相對(duì)測(cè)量?jī)x器位置姿態(tài)的工序，通過測(cè)量齒輪軸線相對(duì)儀器測(cè)量軸Z的傾斜量，進(jìn)而對(duì)理論測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行修正，最終實(shí)現(xiàn)大型齒輪高效、準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)，如果該方法應(yīng)用于頂尖對(duì)齒輪定位的場(chǎng)合，可以修正上下頂尖不同軸線所帶來的齒輪安裝傾斜誤差，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。本發(fā)明所采用的方法包括如下步驟:I)把被測(cè)大齒輪放置于齒輪測(cè)量中心回轉(zhuǎn)平臺(tái)上，無需調(diào)整被測(cè)大齒輪相對(duì)測(cè)量?jī)x器的位置姿態(tài)。2)確定被測(cè)齒輪軸線相對(duì)測(cè)量?jī)x器測(cè)量軸Z的傾斜量該步驟可有2種實(shí)現(xiàn)方式:①被測(cè)齒輪安裝于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，采用齒輪測(cè)量中心對(duì)齒輪上端基準(zhǔn)圓柱面和齒輪下端基準(zhǔn)圓柱面采集若干點(diǎn)，通過所有測(cè)量點(diǎn)擬合最小二乘圓柱得到齒輪軸線矢量，軸線矢量反映了其相對(duì)測(cè)量?jī)x器軸系傾斜量。②被測(cè)齒輪安裝于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，采用齒輪測(cè)量中心對(duì)齒輪上端基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)圓柱面分別采點(diǎn)，通過平面矢量和最小二乘圓心得到齒輪軸線矢量，軸線矢量反映了其相對(duì)測(cè)量?jī)x器軸系傾斜量。2)依據(jù)齒輪漸開線方程對(duì)齒距、齒廓和螺旋線測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得到的是在被測(cè)齒輪軸系下的坐標(biāo)值。3)依據(jù)步驟I)計(jì)算的被測(cè)齒輪軸線相對(duì)測(cè)量?jī)x器測(cè)量軸Z的傾斜量對(duì)步驟2)得到的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行修正，得到測(cè)量點(diǎn)在測(cè)量?jī)x器坐標(biāo)系下的修正坐標(biāo)值。4)將步驟3)得到的測(cè)量點(diǎn)修正坐標(biāo)值輸入齒輪測(cè)量中心的專用測(cè)量軟件，控制測(cè)量?jī)x器分別進(jìn)行齒距、齒廓和螺旋線測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)通過專用測(cè)量軟件進(jìn)行誤差評(píng)定，得到齒輪誤差值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)和效果:I)針對(duì)大齒輪無法用頂尖定位的場(chǎng)合，免去調(diào)整被測(cè)齒輪相對(duì)測(cè)量?jī)x器位置姿態(tài)的工序，對(duì)傳統(tǒng)電子展成法中X-Y或Y-Z平面測(cè)量點(diǎn)修正為空間X-Y-Z測(cè)量點(diǎn)，通過測(cè)量?jī)x器三個(gè)測(cè)量軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量點(diǎn)采樣，最終得到正確的誤差評(píng)定結(jié)果。2)針對(duì)大齒輪可以使用頂尖定位的場(chǎng)合，可修正上下頂尖不同軸線所帶來的齒輪安裝傾斜，同樣對(duì)傳統(tǒng)電子展成法中X-Y或Y-Z平面測(cè)量點(diǎn)修正為空間X-Y-Z測(cè)量點(diǎn)，通過測(cè)量?jī)x器三個(gè)測(cè)量軸聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量點(diǎn)采樣，最終得到正確的誤差評(píng)定結(jié)果。
圖1為利用電子展成法測(cè)量齒廓誤差示意圖。圖2為利用電子展成法測(cè)量螺旋線誤差示意圖。圖3為被測(cè)大齒輪工 件I未經(jīng)安裝調(diào)整放置于回轉(zhuǎn)平臺(tái)3上(無法用頂尖定位)。圖4為被測(cè)大齒輪工件I的坐標(biāo)軸系O^X1, Y1, Z1)和齒輪測(cè)量中心2的坐標(biāo)軸系0；x, Y, Z)簡(jiǎn)化模型。圖5為利用齒輪測(cè)量中心2對(duì)安裝傾斜的被測(cè)大齒輪工件I實(shí)施齒廓誤差測(cè)量。圖6為被測(cè)大齒輪工件I經(jīng)安裝調(diào)整后置于回轉(zhuǎn)平臺(tái)3上(可用頂尖定位，但上下頂尖不同軸線)。圖7為利用齒輪測(cè)量中心2對(duì)安裝傾斜的被測(cè)大齒輪工件I實(shí)施螺旋線誤差測(cè)量。圖中:1.大齒輪工件，2.齒輪測(cè)量中心，3.回轉(zhuǎn)平臺(tái)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例做進(jìn)一步說明:實(shí)施例1如圖3所示，大齒輪無法使用頂尖進(jìn)行定位安裝，在此場(chǎng)合下需要完成齒廓誤差測(cè)量任務(wù)。應(yīng)用本發(fā)明方法，其測(cè)量過程按照下面的步驟進(jìn)行:I)把被測(cè)齒輪工件I安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)3上，無需調(diào)整被測(cè)齒輪工件I相對(duì)測(cè)量?jī)x器2的位置姿態(tài)，此時(shí)被測(cè)齒輪I相對(duì)儀器傾斜。2)通過測(cè)量?jī)x器2在被測(cè)齒輪I上端的基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)圓柱面分別測(cè)量若干點(diǎn)，利用平面測(cè)量點(diǎn)通過最小二乘法擬合平面并得到平面法向矢量，利用圓柱面測(cè)量點(diǎn)通過最小二乘法擬合得到最小二乘圓心。過最小二乘圓心可以唯一得到一條平行平面法向矢量的軸線，該軸線即為齒輪軸線Zp利用測(cè)量?jī)x器2在齒輪齒面上任意測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，通過該點(diǎn)存在垂直Z1的軸線YpY1和Z1的交點(diǎn)定為坐標(biāo)原點(diǎn)OpX1則通過右手準(zhǔn)則確定。這樣就建立了被測(cè)齒輪I的坐標(biāo)系(OjU’Zi)。測(cè)量?jī)x器坐標(biāo)系(O;X，Y，Z)與被測(cè)齒輪坐標(biāo)系(OliX11Y11Z1)的簡(jiǎn)化模型如圖4所示。3)建立被測(cè)齒輪I坐標(biāo)系相對(duì)測(cè)量?jī)x器2坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣由被測(cè)齒輪坐標(biāo)系的Xp Y1和Z1軸方向向量可以求出各軸的方向角，由方向角即可建立被測(cè)齒輪I坐標(biāo)系相對(duì)測(cè)量?jī)x器2坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣:
權(quán)利要求
1.一種免安裝調(diào)整大齒輪測(cè)量方法，其特征在于:免除了在測(cè)量前對(duì)齒輪工件進(jìn)行調(diào)整對(duì)齊工序，通過測(cè)量基準(zhǔn)軸線傾斜量后對(duì)理論測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行修正得到實(shí)際測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)值，將實(shí)際測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)值輸入專用測(cè)量軟件完成齒輪各項(xiàng)誤差測(cè)量；具體過程按如下步驟實(shí)現(xiàn): 1)將被測(cè)齒輪工件(I)安裝在齒輪測(cè)量中心(2)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(3)上，無需調(diào)整被測(cè)齒輪工件I相對(duì)測(cè)量?jī)x器(2)的位置姿態(tài)，此時(shí)被測(cè)齒輪(I)相對(duì)儀器傾斜； 2)根據(jù)被測(cè)齒輪工件(I)的結(jié)構(gòu)可有兩種方式確定其軸線: i)被測(cè)齒輪工件(I)無芯軸；通過測(cè)量?jī)x器(2)在被測(cè)齒輪(I)上端的基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)圓柱面分別測(cè)量若干點(diǎn)，利用平面測(cè)量點(diǎn)通過最小二乘法擬合平面并得到平面法向矢量，利用圓柱面測(cè)量點(diǎn)通過最小二乘法擬合得到最小二乘圓心；過最小二乘圓心可以唯一得到一條平行平面法向矢量的軸線，該軸線即為齒輪軸線Z1 ;利用測(cè)量?jī)x器(2)在齒輪齒面上任意測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，通過該點(diǎn)存在垂直齒輪軸線Z1的軸線Y1，軸線Y1和齒輪軸線Z1的交點(diǎn)定為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，軸線X1則通過右手準(zhǔn)則確定；這樣就建立了被測(cè)齒輪I的坐標(biāo)系(O1IX11Y11Z1)； )被測(cè)齒輪工件I有芯軸；通過測(cè)量?jī)x器(2)在被測(cè)齒輪(I)芯軸的上端基準(zhǔn)圓柱面和下端基準(zhǔn)圓柱面分別測(cè)量若干點(diǎn)，對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行最小二乘圓柱擬合得到齒輪軸線Z1的矢量。利用測(cè)量?jī)x器2在齒輪齒面上任意測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，通過該點(diǎn)存在垂直齒輪軸線Z1的軸線Y1，軸線Y1和齒輪軸線Z1的交點(diǎn)定為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，軸線X1則通過右手準(zhǔn)則確定。這樣就建立了被測(cè)齒輪I的坐標(biāo)系(O1 JpY1, Z1)； 3)建立被測(cè)齒輪I坐標(biāo)系相對(duì)測(cè)量?jī)x器2坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣； 由被測(cè)齒輪坐標(biāo)系的X1、Y1和Z1軸方向向量可以求出各軸的方向角，由方向角即可建立被測(cè)齒輪I坐標(biāo)系相對(duì)測(cè)量?jī)x器2坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣:
全文摘要
一種免安裝調(diào)整的大齒輪測(cè)量方法，屬于齒輪測(cè)量領(lǐng)域。大齒輪尺寸和重量達(dá)到了超常規(guī)程度，按傳統(tǒng)測(cè)量方法，測(cè)量前須對(duì)齒輪工件調(diào)整和對(duì)齊，過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，本發(fā)明方法免除了對(duì)齒輪工件調(diào)整對(duì)齊工序，直接測(cè)量工件基準(zhǔn)軸線相對(duì)測(cè)量?jī)x器的傾斜量，通過傾斜量計(jì)算并修正特征點(diǎn)和特征線的理論測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，最后把修正后的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)輸入測(cè)量?jī)x器程序中實(shí)現(xiàn)正確的特征點(diǎn)和特征線測(cè)量采樣，采樣數(shù)據(jù)無需進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償，直接可按傳統(tǒng)誤差評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明方法也適用于利用頂尖對(duì)齒輪定位的場(chǎng)合，可以修正上下頂尖不同軸所帶來的齒輪傾斜誤差，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01B21/20GK103148828SQ201310074079
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者石照耀, 林虎 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)