一种新型特大型齿轮在位测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及几何量测量领域，特别涉及一种新型特大型齿轮在位测量装置。
【背景技术】
[0002]齿轮是机械传动中最重要的、也是应用最广泛的一种传动型式，具有传动比准确、结构紧凑、传动效率高等优点。齿轮按大小分为微小齿轮、常规齿轮、大齿轮、特大型齿轮。约定俗成，直径大于3000_的齿轮称为特大型齿轮。特大型齿轮主要用于一些关键的要害领域和影响全局的重要行业，如发电、机车、矿山机械、大型工程机械、大型船舶、钻井平台及火箭发射等，其在国民经济和国防事业中起着十分重要的作用，具有不可替代性。
[0003]齿轮的精度对齿轮的噪声和使用寿命有直接而严重的影响，不同的应用领域对齿轮的精度有不同的要求，特别是在精密传动领域中，其对齿轮的精度有很高要求。为实现重大装备的高性能高效率的传动以及高使用寿命，用户对特大型齿轮的精度提出了越来越高的要求。
[0004]随着齿轮的尺寸以及模数的不断增加并达到超常规的程度，对齿轮精密测量技术手段的要求也发生了从量变到质变的飞跃，造成了特大型齿轮精密测量成为了世界性难题，一直没有实现经济有效的测量。
[0005]造成特大齿轮测量困难的主要因素归结如下:
[0006]齿轮尺寸大。如按常规的测量方法，随着齿轮尺寸的增加，测量仪器的结构、体积将相应增大，给仪器制造和装配带来很大困难。
[0007]齿轮的测量基准要求与其设计、制造基准相一致。齿轮的设计基准一般为定位芯轴或内孔，特大型齿轮尺寸较大，用常规测量仪器找定位基准具有一定难度，造成齿轮测量基准和设计、制造基准不统一，使得仪器的测量精度难以保证。
[0008]特大型齿轮测量仪器是在常规齿轮测量仪器的基础上发展而来的，其中齿轮测量中心与大型坐标测量机是常规齿轮测量中心与坐标测量机的放大版本，即测量多大的齿轮就制造相应大小的测量仪器，才测量方法上属于“以大测大”。目前，世界上最大的齿轮测量中心是德国Wenzel公司的WGT4000齿轮测量中心，该仪器可测量4000mm大齿轮，最大承载重量可达30000kg。世界上最大的坐标测量机是德国Leitz公司开发的PMM-G大型三坐标量机，测量范围为7000mmX 4000mmX 3000mm，可测量最大齿轮直径6000mm，模数0.5_100mm。
[0009]但是目前的特大型齿轮的测量装置体积庞大，而且造价高昂，而且目前特大型齿轮测量仪器采用“以大测大”的测量装置方法已经不能有效解决特大型齿轮的精密测量，需要提出新的测试装置和方法实现特大型齿轮的精密测量。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种新型特大型齿轮在位测量装置及方法；克服现有的特大型齿轮测量仪器需要开发长导轨，而且无法测量直径超过6m的特大型齿轮的缺点，提出一种基于点云匹配方法的特大型齿轮测装置及测量方法。
[0011]为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案:
[0012]一种新型特大型齿轮在位测量装置，包括底座、水平移动滑块基座、立柱、Z向滑板以及Y向滑板；其中所述立柱竖直固定安装在所述水平移动滑块基座上，所述水平移动滑块基座可以在底座上水平移动，所述立柱上安装有可以上下滑动的Z向滑板，所述Z向滑板上还安装有可以前后移动的Y向滑板；所述Y向滑板安装有测头装置。
[0013]进一步的，Y向滑板包括:Y向测量臂、Y向测量滑块以及配重装置；其中Y向测量臂的上下方分别具有导轨，所述Y向测量滑块可以延上导轨前后移动；所述配重装置可以延下导轨前后移动。
[0014]进一步的，Y向测量滑块的前端安装有测头装置。
[0015]进一步的，所述测头装置为触发式或者为扫描式。
[0016]进一步的，所述配重装置为配重块。
[0017]进一步的，所述Y向测量滑块和配重装置分别位于所述Y向测量臂的两侧。
[0018]进一步的，所述Y向测量滑块和配重装置分别安装在所述Y向测量臂的上下支撑面上；可以延对应的导轨前后移动。
[0019]进一步的，所述Y向测量滑块和配重装置沿导轨的运动方向相反，这样的运动方式可以保证在Y向测量滑块的前后移动过程中，测量装置的重力平衡，减少装置的倾斜量，进而减少测量误差。
[0020]现有的在位测量装置的Y向滑板，在测量时可以在Z向滑板的基础上前后移动，当测量小型齿轮时，由于Y向滑板前后的移动量也相应比较小，所以不用考虑Y向滑板前后的移动过程中的重心变化，以及由此重心变化所带来的Y向滑板测量臂倾斜所引起的测量误差，但是当对测量的精度要求较高时，测量臂的倾斜所引起的误差却是不可忽视的，而当测量特大型齿轮时，相应的Y向滑板测量臂前后的移动量也相应变得很大，Y向滑板测量臂的最远测量位置和最近测量位置之间的移位量增加，由此过程中的测量臂的重心也会发生变化，引起Y向滑板测量臂倾斜，进而引起的测量误差会变得不可忽略，当测量特大型齿轮时，累积误差更显著，所以为了保证特大型齿轮的测量准确性，本新型特大型齿轮在位测量装置的测量臂采用了重力平衡设计，将Y向测量滑块和配重装置分别设于所述Y向测量臂的两侧；Υ向测量滑块和配重装置沿导轨的运动方向相反，以保证测量过程中的重心平衡，减小了由于重心偏移所导致的测量臂倾斜所引起的测量误差，以及由此形成的累积误差，保证了测量的平稳准确进行。
[0021]基于本新型特大型齿轮在位测量装置的一种本新型特大型齿轮在位测量方法，包括以下步骤:
[0022](I)将本新型特大型齿轮在位测量装置移动至被测齿轮旁，将其调整至适合测量的位置。
[0023](2)手动测量被测齿顶圆柱面，对测量点拟合圆柱，以获得轴线方程；将此轴线方程作为Z轴坐标；实现了被测齿轮轴线的定位；本步骤中选取齿顶圆柱面为测量基准面；是由于特大型齿轮的加工工艺等原因，实际的加工基准为齿顶圆柱面。
[0024]测量齿轮端面，通过对端面测量点的所测数据拟合平面，将所得到的拟合平面与上述拟合圆柱轴线的交点作为测量工件坐标系的坐标原点；
[0025]测量齿面的一点，通过这一点结合上述轴线和拟合平面；根据此点线面关系，构建被测齿轮工件坐标系；这样实现了被测齿轮与测量装置之间的定位。
[0026](3)根据所构建的被测齿轮工件坐标系，分段依次测量被测齿轮的每个齿，即可实现被测齿轮局部齿面的测量。(所谓分段测量，即指被测齿轮整体被分成若干测量段来进行测量，当被测齿轮尺寸很大时，每一段中的每个被测齿也可以被分段测量)。
[0027](4)采用转位测量的方式，当前一段的测量结束以后，将测量装置移动到新的测量位置，重复以上步骤，直到完成所有齿面的测量。
[0028]本新型特大型齿轮在位测量装置一次仅可实现被测特大型齿轮的部分区域测量；一个测量位置仅能采集有限个齿面数据；为拓展本新型特大型齿轮在位测量装置的测量范围，实现全部轮齿的各项误差测量，本实用新型采用转位测量的方式:移动位测量装置(或者转动齿轮)，分段测量被测齿轮；这样可以用较小型的在位测量装置来实现直径超过6m的特大型齿轮的测量。
[0029]进一步的，所述步骤(4)中每两个相邻测量位置的测量数据，具有公共齿面测量点；以便实现数据的匹配和拼接；在相邻两次测量中必须具有公共的测量部分，例如第一次测量位置实现第1、第2、第3号齿的测量，第二次测量位置实