专利名称：微小齿轮误差的差动测量装置的制作方法
技术领域：
本发明与齿轮误差测量装置有关。
背景技术：
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现有的齿轮误差单面啮合测量装置，可以完成齿轮各单项几何精度 和切向综合误差的高效测量，但不适合微小齿轮测量。因为该测量技术 采用的是单轴驱动测量方式，亦可称之为直接式测量方法(图1)。即先
由计算机15发测量指令给驱动控制器14，以启动第二电机6 (如山东 博山电机厂的28SY61型永磁直流电机，或成都博达微特电机有限公司 的28ZY3024型永磁直流电机)。接着第二电机6通过齿轮副或齿轮-齿 形带副带动下一级的四件组合体，包括第二轴7 (测量元件轴系)、第 二角位移传感器8 (如英国Renishaw公司的RESR-75型圆光栅，又如德 国HEIDENHAIN公司的ER0785型圆光栅)、固定联轴器2 (如德国R+W公 司的bk2型波纹管联轴器，又如日本miki公司的AC函075型联轴器， 固定联轴器2的作用是在圆周方向上刚性地联接其两端的测量元件12 与第二轴7)、测量元件12 (如成都工具研究所制造的测量蜗杆，又如 江苏淮阴清河精密元件厂的测量蜗杆)。随后测量元件12以单面啮合方 式带动被测齿轮l，也即是带动了被测齿轮l、固定联轴器2、第一角位 移传感器3 (类型同第二角位移传感器8)、第一轴4 (被测齿轮轴系) 等四件的组件。由于第一角位移传感器3可检测出与其固联的被测齿轮 1的实际回转角度、第二角位移传感器8可检测出与其固联的测量元件 12的实际回转角度，同时也由于当测量元件12转过某一角度(H2时被 测齿轮l理论上(即没有误差时)也应转过某一相应角度值小l，因此， 当被测齿轮1有误差时，它会比理论转角4M相应地多转或少转某个角 度值A(H。此时，将反映被测齿轮1实际转角值(d)l+A 4)1)的第一 角位移传感器3的数据和反映测量元件12实际转角值4M2的第二角位 移传感器8的数据(共两路)通过数据采集器13都采集出来，送入计 算机15，经过数据处理，计算得到被测齿轮1的误差值，完成测量。
对于上述齿轮误差的直接式单面啮合测量法，在测量微小齿轮时， 因为角位移传感器(如圆光栅)和回转轴的转动惯量与被测微小齿轮的 转动惯量相比远远大得多，(也即是刚性很弱的微小齿轮不足以无变形 地带动转动惯量很大的角位移传感器和回转轴)，因而微小齿轮的微量 角位移误差不能被惯量大得多的精密角位移传感器直接检测出来，换言 之，这种"直接测量"系统的测量精度和测量灵敏度，对于测量微小齿 轮来说太差而不能采用。
发明内容
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本发明目的是提供一种结构简单，测量效率高，测量精度高的微小 齿轮误差的差动测量装置。 本发明是这样实现的
本发明微小齿轮误差的差动测量装置，第一轴4上固连有第一角位
移传感器3和被测齿轮1，第二轴7上固连有第二角位移传感器8和联 轴器ll,第一、二角位移传感器通过数据采集器13与计算机15连接， 第二电机6与第二轴7传动连接，第二电机6通过电机驱动控制器14 与计算机15连接，第一电机5与第一轴4传动连接，第一电机5通过 电机驱动控制器14与计算机15连接，第二轴7和第一轴4的转速比值 与测量元件12和被测齿轮1的传动比值成反比，所说的联轴器11由与 测量元件12固连的感应臂40、与第二轴7连接的差动位移传感器支架 39上的差动位移传感器9和差动测力机构10组成，感应臂40的一侧与 差动位移传感器9接触，另一侧与差动测力机构10接触，差动位移传 感器9通过数据采集器13与计算机15连接，测量元件12定位于测量 元件尾顶尖架35和第二轴7之间，并与它们转动配合。
有与第二轴7配合的第二轴套31，与第二轴套31固连的测量元件 尾顶尖架35，与第二轴7固连的差动位移传感器支架39和差动测力杆 支架45，测量元件12自身轴端的顶尖位于第二轴7和测量元件尾顶尖 架35的顶尖孔中，测量元件12的轴与感应臂40固连，感应臂40的一 侧与固连于差动位移传感器支架39上的差动位移传感器9接触，另一 侧与差动测力杆支架45上的差动测力杆46接触，差动测力杆46上套 有差动测力压簧44，第二轴7与第二轴套31之间有钢球B 32和第二轴 隔珠套33，第二角位移传感器读数头28与第二轴套31连接，第二角位 移传感器主尺36与第二轴7连接。 第一轴4通过钢球A 20和第一轴隔珠套21与第一轴套22动配合。 第一角位移传感器读数头17与第一轴套22固连，第一角位移传感器主 尺23与第一轴4固连，被测齿轮1的轴通过弹性夹头螺母41固联于弹 性夹头体42上，弹性夹头体42固连于第一轴4上。
本发明将测量元件和被测齿轮由两套电机分别传动，两套电机联动 的传动比值与测量元件和被测齿轮的传动比值成反比，避免了微小的被 测齿轮带动大惯量角位移传感器和轴系回转的弊病，即微小的被测齿轮 不会扭曲变巧，测量精度高。测量元件与差动传感部件连接，与电机轴 系浮动传动，克服了两联动电机的联动误差，并使被测齿轮的误差能被 正确测量出来，确保测量精度高。能够高效地测量微小轮的单项几何精 度和切向综合误差。
图1为已有的齿轮误差测量原理图。
图2为本发明的原理图。 图3为本发明的结构图。 图4为本发明的差动结构图。 图5为图4的左视图。 图6为图4的A--A剖视图。
具体实施例方式
本发明的任务是按如下方案完成使用双轴主动驱动测量方式，亦 称之为差动式测量方法，其测量原理如图2，其机械结构原理如图3。
测量时，由计算机15发测量指令给电机驱动控制器14，使其按固 定传动比值驱动第一电机5和第二电机6 (如日本松下公司的 MINAS-A4-100W型伺服电机，又如日本三菱公司的HC-KFS型伺服电机)， 该固定传动比值由测量元件12 (如自制测量齿轮，或成都工具研究所制 造的测量蜗杆)与被测齿轮1之间的理论传动比值决定。被测齿轮1、 固定联轴器2 (例如弹性夹头)、第一角位移传感器3的主尺23和第一 轴4 (被测齿轮轴)固定连在一起，由第一电机5带动。第二轴7 (测 量元件轴)、第二角位移传感器8的主尺36和差动位移传感器9 (如日 本三丰公司的519-322#电感测头，又如德国米铱公司的ES04型电涡流 位移传感器)的外壳等三者固定连在一起，由第二电机6带动。感应臂 40与测量元件12固定连接。差动位移传感器9的测头接触在感应臂40
上并实施测量。差动测力机构10施加力于感应臂40上，保证测量元件 12与被测齿轮1单面啮合。
因为被测齿轮1有误差(例如齿廓总偏差或切向综合总偏差)，感 应臂40与差动位移传感器9之间有相对的微小位移，该相对位移量可 由差动位移传感器9检测出来。差动测力机构10保证了在测量过程中 测量元件12与被测齿轮1之间的单面啮合传动。第一角位移传感器3、 第二角位移传感器8和差动位移传感器9等三者的数据信号，通过数据 采集器13传入计算机15，经数据处理后得出被测齿轮1的实际误差值。 完成测量。
这里必须强调如下
1) 被测齿轮系统和测量元件系统分别由两套电机驱动，即双轴主 动驱动。
2) 两套电机间的联动关系是以固定传动比联动，该固定传动比的 值与其驱动的元件(被测齿轮1和测量元件12)的传动比值成反比。这 样就不存在微小的被测齿轮1带动大惯量角位移传感器和轴系回转的弊 病，即微小的被测齿轮才不会扭曲变形，才有可能被准确测量。
3) 若两个电机的联动没有误差、被测齿轮1没有误差，则图2或 图3中的虚线框内的联轴器11完全可以用刚性连接体代替，这仍然能 满足两套电机(第一电机5和第二电机6)各自独立地去驱动被测齿轮 1和测量元件12。但实际测量中，两个电机的联动和被测齿轮l肯定有 误差，故必须使用联轴器ll，因为它具有"浮动"结构。
艮口测量元件12同轴线地安装于第二轴7 (第二轴7与第二角位移 传感器主尺36固连)上，测量元件12可以相对于第二轴7轴向转动。 这就是"浮动"。感应臂40固联于测量元件12上。差动位移传感器9 的外壳通过差动位移传感器支架39装于第二轴7上，并随其同步转动； 差动位移传感器9的测头与感应臂40接触，并能测量出测量元件12相 对于第二轴7的圆周切向位移量，该位移量同时由被测齿轮1的误差和 两驱动电机(5和6)的联动误差引起。差动测力杆支架45固联于第二 轴7上，它通过差动测力压簧44和差动测力杆46施加测力于感应臂40。 该力在平衡差动位移传感器9的测力的同时又用作差动力，以保证测量 元件12与被测齿轮1保持单面啮合的正确测量状态。
4) 与传统测量方法不同的是，这里的计算机接收的是第一角位移 传感器3、第二角位移传感器8和差动位移传感器9共三者的数据，用 于随后计算机的数据处理。
简单地说，为了单面啮合式测量刚性很弱的微小齿轮，必须使用双 轴主动驱动；为了克服并测量出被测齿轮的误差和两驱动电机的联动误 差，必须使用有"浮动"特性的联轴器ll (包括测量相对差动移动量的 差动位移传感器9、保证单面啮合的差动测力机构10和感应臂40)。
本发明差动传感部件的具体结构如下(如图4):
第二轴考(测量元件轴系轴套)31安装于整套测量装置机架上。测 量元件尾顶^架35通过螺钉G 34固联于第二轴套31上。第二轴套31、 第二轴(测量元件轴系)7、钢球B 32和第二轴隔珠套33是测量元件 轴系部件的主要零件，即第二轴7可绕其轴线在第二轴套31内旋转(如 电机驱动)。第二轴7相对于第二轴套31的旋转角度值可以通过第二角 位移传感器8测量出，即第二角位移传感器主尺(如反射式光栅的主尺) 36通过螺钉H 37固联于第二轴7上，第二角位移传感器读数头28通过 螺钉E 27、螺钉F 30和第二角位移读数头传感器支架29等固联于第二 轴套31上，第二角位移传感器读数头28采集其与第二角位移传感器主 尺36之间相对角位移光电信号，输入到后面的处理电路和计算机。测 量元件(如测量齿轮)12与感应臂40通过螺钉K47固联在一起，两者 通过测量元件12自身轴端的顶尖构造定位于第二轴7和测量元件尾顶 尖架35的顶尖孔之间。
被测齿轮1通过弹性夹头螺母41固联于弹性夹头体42上，它们又 通过螺钉D 25固联于第一轴(被测齿轮轴系)4上。第一轴4与钢球A 20、第一轴隔珠套21、第一轴套(被测齿轮轴系轴套)22等是被测齿 轮轴系部件的主要零件。被测齿轮1的旋转角度值可以通过第一角位移 传感器3测量出，即第一角位移传感器主尺(如反射式光栅的主尺)23 通过螺钉C 24固联于第一轴4上，第一角位移传感器读数头17通过 螺钉A 16、螺钉B 19和第一角位移传感器读数头支架18等固联于第 一轴套22上，第一角位移传感器读数头17采集其与第一角位移传感器 主尺23之间相对角位移光电信号，输入到后面的处理电路和计算机。
上面说到测量元件12和感应臂40的固联体，可相对于第二轴套 31旋转，同时也可相对于第二轴7旋转。那么，测量元件12相对于第 二轴套31旋转的角度值就是如下两个相对角度值的叠加测量元件12
相对于第二轴7旋转的角度值、第二轴7相对于第二轴套31旋转的角 度值。其中，后者可由第二角位移传感器8测量出。差动位移传感器(如 轴向电感传感器)9通过螺钉J 43安装在差动位移传感器支架39上， 差动位移传感器支架39通过螺钉I 38固联在第二轴7上。差动位移传 感器9的测头接触在感应臂40测量面上实施测量。故测量元件12相对 于第二轴7旋转的角度值，就反映在差动位移传感器9的测头位移感应 量上，即差动位移传感器9测出了该相对旋转角度值。该角度值信号输 入计算机作数据处理。
在测量状态时必须保证的测量元件12与被测齿轮1的单面啮合接 触，可由差动测力压簧44、差动测力杆支架45、差动测力杆46、螺钉 L48实现。即差动测力杆支架45通过螺钉L48固联在第二轴7上，差 动测力杆46受差动测力压簧44的推力而施加力于感应臂40上。选用 合适弹力的差动测力压簧44。
对于微小齿轮误差的差动式单面啮合测量而言，被测齿轮的误差方 程式为
△ *=cj)i — f(4>7 +小9) 式中△ cj)——被测齿轮齿面误差在齿轮回转角度方向上的反映，是
由齿部各项误差的综合叠加，从中可分离出相应的各 项齿轮误差值。
* 1——被测齿轮回转角度，可由被测齿轮轴系角度传移传感 器得出。
(4>7 +4>9)——测量元件回转角度。
小7 —一测量元件部件轴系的回转角度，可由测量元件部件
轴系角度传感器得出。 4>9 一一测量元件相对于测量元件部件轴系的回转度，可由 差动微位移传感器得出。 f (4)7 + 4)9)——是指(47 + 4)9)的函数。在不考虑测量元件自身误
差情况下，单面啮合测量过程中，当测量元件转过 某一角度(巾7+》9)时，被测齿轮理论上(即无误 差时)相应地应转过f (4)7 +49)角度。 第一电机6和第二电机5的转速比等于测量元件12与被测 齿轮l的传动比。
权利要求
1、微小齿轮误差的差动测量装置，第一轴(4)上固连有第一角位移传感器(3)和被测齿轮(1)，第二轴(7)上固连有第二角位移传感器(8)和联轴器(11)，第一、二角位移传感器通过数据采集器(13)与计算机(15)连接，第二电机(6)与第二轴(7)传动连接，第二电机(6)通过电机驱动控制器(14)与计算机(15)连接，其特征在于第一电机(5)与第一轴(4)传动连接，第一电机(5)通过电机驱动控制器(14)与计算机(15)连接，第二轴(7)和第一轴(4)的转速比值与测量元件(12)和被测齿轮(1)的传动比值成反比，所说的联轴器(11)由与测量元件(12)固连的感应臂(40)、与第二轴(7)连接的差动位移传感器支架(39)上的差动位移传感器(9)和差动测力机构(10)组成，感应臂(40)的一侧与差动位移传感器(9)接触，另一侧与差动测力机构(10)接触，差动位移传感器(9)通过数据采集器(13)与计算机(15)连接，测量元件(12)定位于测量元件尾顶尖架(35)和第二轴(7)之间，并与它们转动配合。
2、 根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于有与第二轴(7) 配合的第二轴套(31)，与第二轴套(31)固连的测量元件尾顶尖架(35)， 与第二轴(7)固连的差动位移传感器支架(39)和差动测力杆支架(45)， 测量元件(12)自身轴端的顶尖定位于第二轴(7)和测量元件尾顶尖 架(35)的顶尖孔中，测量元件(12)的轴与感应臂(40)固连，感应 臂(40)的一侧与固连于差动位移传感器支架(39)上的差动位移传感 器(9)接触，另一侧与差动测力杆支架(45)上的差动测力杆(46) 接触，差动测力杆(46)上套有差动测力压簧(44)，第二轴(7)与第 二轴套(31)之间有钢球B (32)和第二轴隔珠套(33)，第二角位移传 感器读数头(28)与第二轴套(31)连接，第二角位移传感器主尺(36) 与第二轴(7)连接。
3、 根据权利要求l所述的测量装置，其特征在于第一轴(4)通过 钢球A (20)和第一轴隔珠套(21)与第一轴套(22)动配合。第一角 位移传感器读数头(17)与第一轴套(22)固连，第一角位移传感器主 尺(23)与第一轴(4)固连，被测齿轮(1)的轴通过弹性夹头螺母(41) 固联于弹性夹头体(42)上，弹性夹头体(42)固连于第一轴(4)上。
全文摘要
本发明为微小齿轮误差的差动测量装置，与齿轮误差测量装置有关，解决已有装置不能测量微小齿轮的问题。第一轴(4)上固连有第一角位移传感器(3)和被测齿轮(1)，第二轴(7)上固连有第二角位移传感器(8)和联轴器(11)，第一、二角位移传感器通过数据采集器(13)与计算机(15)连接，第一电机(5)与第一轴(4)传动连接，第二电机(6)与第二轴(7)传动连接，两电机通过电机驱动控制器(14)与计算机(15)连接，测量元件(12)定位于测量元件尾顶尖架(35)和第二轴(7)之间，并与它们转动配合，第二轴(7)和第一轴(4)的转速比值与测量元件(12)和被测齿轮(1)的传动比值成反比。
文档编号G01B21/20GK101101201SQ20071004960
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者刚 冯, 谢华锟 申请人:成都工具研究所