一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及齿轮加工领域技术领域，尤其涉及面向大型格里森齿制的螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法。
【背景技术】
[0002]大型螺旋锥齿轮副由于具有重合度大、传动平稳、承载能力高等优点，广泛应用于各种设备的相交和相错轴传动，是冶金机械、矿山机械、能源开采机械、发电机组、盾构掘进机械等的核心传动系统。目前常用的有格里森齿制和奥利康齿制两种，其中格里森齿制应用更为广泛。
[0003]格里森齿轮的制造过程主要包括粗铣齿、修齿、热处理、磨齿、成品检测等环节。其中粗铣齿的切削方式是采用断续分度法，分齿精度取决于机床本身的分齿机构精度，不易控制，尤其是大型的格里森齿轮，其切削力大，机床震动幅度大，齿形、尺寸和精度更难以保证设计要求，需要经过反复多次的检测、精切修齿，才能获得合格的齿形和精度。
[0004]目前，螺旋锥齿轮常用的检测方法是齿轮啮合法，即将主动轮和从动轮装在专用的啮合检查机上进行对滚，并预先在齿面上喷涂红丹，以便查看主动轮和从动轮在齿面上的接触区。如果接触区未处在理想的区域，接触斑未达到理想形状，则需要根据经验，调整刀盘和机床的参数，进行精切修齿，该种检测方法对设备要求不高，易操作，被大多数齿轮加工企业米用。
[0005]另一种检测方法是采用三坐标测量技术，将被测齿轮放在三坐标测量机上，通过在齿面上采集多个点坐标数据，再根据最小二乘法原理拟合出曲线，该曲线即为被测齿面上的某条线，通过与设计齿面的对比，查看被测齿面与设计齿面的偏差，为加工参数调整提供依据，该方法可以实现定量测量。
[0006]齿轮啮合检测法属于定性检查，无法测出加工后的齿形尺寸与设计尺寸的具体偏差值，只能凭经验反复进行啮合检查和修齿，因此加工周期难以保证，若过切则会造成齿轮坯报废。而且每次啮合检查和修齿，都需要将齿轮在加工和检查设备上反复装卸，存在装配误差。
[0007]三坐标测量法也需要将齿轮从设备上卸下，无法在线检测，且基于最小二剩法原理进行点的线性拟合时，存在拟合偏差，要获得与实际齿面吻合的曲线，要求采集的数据点集中在某个齿长或齿高方向上，而由于螺旋锥齿轮齿面是自由曲面，测量时难以达到这一要求，因此拟合的曲线与实际齿面存在难以控制的偏差。
[0008]本专利申请综合利用便携式激光扫描和数模比对等逆向反求技术，实现螺旋锥齿轮加工过程的在线检测，无需卸下齿轮，在加工设备上即可对齿轮进行定量测量，采用激光扫描技术，可以快速地获得齿轮的点云数据，通过与设计模型比对，测出加工后的轮齿尺寸与设计尺寸的偏差值，可为刀具和机床参数调整提供定量的数据依据。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题，在于提供一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，可以实现螺旋锥齿轮的在线测量，测量过程不需要对齿轮进行多次装卸，避免了安装误差。
[0010]本发明是这样实现的:一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，所述方法具体包括如下步骤:
[0011]步骤1、利用激光扫描仪，在齿轮加工机床上直接获取齿轮的点云数据，该齿轮的点云数据包括:齿轮的轮齿面、轴孔面和端面的点云数据；
[0012]步骤2、对齿轮的点云数据进行预处理，并转换为stl格式的曲面数据，根据曲面数据建立被测齿轮重构模型；
[0013]步骤3、以齿轮的设计模型为参考对象，重定位所述的齿轮重构模型；
[0014]步骤4、沿齿轮齿高和齿长方向做齿轮重构模型与设计模型的截面线，并测量截面线的偏差值。
[0015]进一步的，所述步骤3具体为:将齿轮重构模型导入三维CAD软件中，以齿轮的设计模型为参考对象，齿轮重构模型作为测量对象，通过齿轮的轴孔面和端面，重定位齿轮重构模型，使齿轮重构模型与设计模型相重合，并进行全约束。
[0016]进一步的，所述步骤4具体为:沿齿轮齿高方向做截面一和齿长方向做截面二，获得齿高方向的齿轮重构模型截面线，设计模型截面线；齿长方向的重构模型截面线，设计模型模截面线；通过测量获得齿轮重构模型与设计模型的轮齿凹凸面沿齿长和齿高方向的偏差值。
[0017]本发明具有如下优点:本发明可以实现螺旋锥齿轮的在线测量，测量过程不需要对齿轮进行多次装卸，避免了安装误差；实现螺旋锥齿轮在加工过程中的在线定量检测，获得齿轮的加工尺寸与设计尺寸的偏差值，为下一道工序的刀具与机床参数调整提供数据依据；检测数据为定量的偏差值，能有效地帮助确定机床参数。检测的数据为点云，较三坐标测量法可以更全面准确地反应整个轮齿的形状和尺寸与设计模型的偏差。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的螺旋锥齿轮加工过程在线检测流程示意图。
[0019]图2是被测齿轮的齿轮点云数据。
[0020]图3是齿轮的轮齿设计模型。
[0021]图4是齿轮的重构模型与设计模型比对。
[0022]图5是齿高方向截面线偏差测量。
[0023]图6是齿长方向截面线偏差测量。
【具体实施方式】
[0024]请参阅图1至图6所示，本发明的一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，利用精密便携式激光扫描仪，在齿轮加工机床上直接测量齿轮的点云数据，再与设计尺寸比对，测出二者的偏差值。具体实施包括如下步骤:
[0025]步骤1、利用激光扫描仪，在齿轮加工机床上直接获取齿轮的点云数据，重点采集2-3个轮齿的点云数据(如图2);该齿轮的点云数据包括:齿轮的轮齿面、轴孔面和端面的点云数据；
[0026]步骤2、对齿轮的点云数据进行预处理，并转换为stl格式的曲面数据，根据曲面数据建立被测的齿轮重构模型；
[0027]步骤3、如图3所示，以齿轮的设计模型I为参考对象，重定位所述的齿轮重构模型2 ;所述步骤3具体为:将齿轮重构模型导入三维CAD软件中，如采用UG软件，以齿轮的设计模型为参考对象，齿轮重构模型作为测量对象，通过齿轮的轴孔面和端面，重定位齿轮重构模型，使齿轮重构模型与设计模型相重合，并进行全约束(如图4)。
[0028]步骤4、沿齿轮齿高和齿长方向做齿轮重构模型与设计模型的截面线，测量截面线偏差值。所述步骤4具体为:沿齿轮齿高方向做截面一 3和齿长方向做截面二 4，获得齿高的齿轮重构模型截面线5，设计模型截面线6 ;齿长方向的重构模型2截面线7，设计模型I模截面线8 ;通过测量获得重构模型与设计模型的轮齿凹凸面沿齿长和齿高方向的偏差值。如:在齿高方向(如图5)，重构模型的凸齿面中间位置的偏差值为0.560mm，凹齿面中间位置的偏差值为0.700_。在齿长方向(如图6)，齿轮重构模型的凸齿面在小端偏大，偏差值约为0.840mm，沿小端逐渐与设计模型重合；凹齿面在小端基本与设计模型重合，沿大端偏差值逐渐增大，约为1.029mm。
[0029]总之，本发明可以实现螺旋锥齿轮的在线测量，测量过程不需要对齿轮进行多次装卸，避免了安装误差；实现螺旋锥齿轮在加工过程中的在线定量检测，获得齿轮的加工尺寸与设计尺寸的偏差值，为下一道工序的刀具与机床参数调整提供数据依据；检测数据为定量的偏差值，能有效地帮助确定机床参数。检测的数据为点云，较三坐标测量法可以更全面准确地反应整个轮齿的形状和尺寸与设计模型的偏差。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，其特征在于:所述方法具体包括如下步骤: 步骤1、利用激光扫描仪，在齿轮加工机床上直接获取齿轮的点云数据，该齿轮的点云数据包括:齿轮的轮齿面、轴孔面和端面的点云数据； 步骤2、对齿轮的点云数据进行预处理，并转换为Stl格式的曲面数据，根据曲面数据建立被测齿轮的齿轮重构模型； 步骤3、以齿轮的设计模型为参考对象，重定位所述的齿轮重构模型； 步骤4、沿齿轮齿高和齿长方向做齿轮重构模型与设计模型的截面线，并测量截面线的偏差值。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，其特征在于:所述步骤3具体为:将齿轮重构模型导入三维CAD软件中，以齿轮的设计模型为参考对象，齿轮重构模型作为测量对象，通过齿轮的轴孔面和端面，重定位齿轮重构模型，使重构模型与设计模型相重合，并进行全约束。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，其特征在于:所述步骤4具体为:沿齿轮齿高方向做截面一(3)和齿长方向做截面二(4)，获得齿高方向的重构模型截面线(5)，设计模型截面线(6);齿长方向的重构模型截面线(7)，设计模型模截面线(8);通过测量获得齿轮重构模型与设计模型的轮齿凹凸面沿齿长和齿高方向的偏差值。
【专利摘要】本发明提供一种螺旋锥齿轮加工过程的在线检测方法，该方法为1、利用激光扫描仪，在齿轮加工机床上直接获取齿轮的点云数据；2、对齿轮的点云数据进行预处理，并转换为stl格式的曲面数据，根据曲面数据建立被测齿轮的重构模型；3、以齿轮的设计模型为参考对象，重定位所述的齿轮重构模型；4、沿齿轮齿高和齿长方向做齿轮重构模型与设计模型的截面线，并测量截面线的偏差值。本发明可以实现螺旋锥齿轮的在线测量，测量过程不需要对齿轮进行多次装卸，避免了安装误差。
【IPC分类】B23Q17-24, B23Q17-20, B23F23-00
【公开号】CN104801784
【申请号】CN201510193473
【发明人】王火生, 王乾廷, 陈鼎宁, 叶晓云, 黎文峰
【申请人】福建工程学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月22日