基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法与流程

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法。

背景技术：

机械加工是先进制造技术的基层作业，是先进制造系统中最基本最活跃的环节，其能够在低成本、高生产率的条件下保证产品的高质量。机械加工的过程中的关键技术之一就是机械加工在机测量技术，它能够在完成对工件的加工后直接进行对工件的测量，并实时反馈加工工件的加工质量，在机测量技术不仅能够减少二次装夹带来的装夹误差而且能都节省操作时间，从而提高测量效率。特别是在大批量生产条件下，先进的在机测量技术意义更加重大，是保证质量和提高生产率的重要手段。

但是，现有的在机测量技术只能在完成待测齿轮的所有数据采集之后才能进行拟合计算得到最终的拟合图像。因此，现有的在机检测技术没有既视感，不能及时发现待测齿轮的加工质量问题，而且还要浪费大量时间对齿轮进行测量检测。另外，现有的齿轮测量设备体积较大、测量方式条件有限、成本较高，使得大部分国内机床不能配备在机测量系统，从而使得现有的在机测量技术不能准确性的对测量拟合软件进行评价与优化，最终制约了加工制造的一体化实现进程，导致产品的制造过程变得缓慢。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法。

本发明提供了一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置，设置在用于对齿轮进行标准磨削及修形磨削加工的机床中，对标准磨削及修形磨削加工后的齿轮进行在机测量，从而让操作人员获得齿轮的实时表面形貌状态特征，其特征在于，包括：画面存储部，用于存储参数设置画面、项目设定画面和齿形误差曲线画面；显示输入部，显示参数设置画面让操作人员输入齿轮基本参数，显示项目设定画面让操作人员输入测量所需的测量参数；控制数据测量部，包括接触式的探头和数据获取单元，控制探头对齿轮进行接触式测量，控制数据获取单元获取探头的坐标数据从而获取齿轮的相应数据；齿槽测量控制部，控制探头对齿轮的相邻齿进行测量，从而得到齿槽数据；数据拟合部，对齿槽数据进行处理，得到相邻齿的齿槽中心；代码生成部，根据齿槽中心、输入的齿轮基本参数和测量参数生成用于测量齿轮的g代码；齿轮测量控制部，根据g代码控制探头从齿槽中心处起对齿轮进行检测，得到预定个测量点数据；图形拟合部，对除第一个测量点数据以外的每个测量点数据进行拟合，得到相应的拟合误差曲线图形；图形对比部，将每次拟合得到的拟合误差曲线图形进行重合度对比，实时反映齿轮的表面形貌状态特征，若齿轮的齿面存在缺陷点，则自动获取齿面上有缺陷的缺陷点坐标，画面存储部显示齿形误差曲线画面，并在齿形误差曲线画面中显示拟合误差曲线图形，若齿面存在缺陷点，则自动获取其坐标，让操作人员实时获得齿轮的表面形貌状态特征。

在本发明提供的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置中，还可以具有这样的特征：其中，数据测量部还包括机床主轴和用于标定机床的原点的标准球，探头可旋转地安装在机床主轴上，齿槽测量控制部及齿轮测量控制部控制机床主轴牵引探头移动，从而驱动探头对齿轮进行碰触检测。

在本发明提供的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置中，其特征在于，还包括：数据存储部，用于存储齿轮基本参数、测量参数、齿槽数据、测量点数据、拟合误差曲线图形和缺陷点坐标。

在本发明提供的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置中，还可以具有这样的特征：其中，齿轮基本参数包括齿数、标准模数、法向压力角、齿轮类型、齿轮旋向、螺旋角、变位系数、齿轮宽度、齿顶高系数和齿根高系数。

在本发明提供的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置中，还可以具有这样的特征：其中，测量参数包括测量项目、测量齿面、起测和终测的测量位置、齿形齿距沿齿宽高度和齿向齿距沿齿高展长，测量齿面包括左齿面和右齿面，测量项目包括测量齿面的齿形、齿向和齿距。

本发明还进一步提供了一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，齿槽测量控制部控制探头对齿轮的相邻齿进行碰触检测，控制数据测量部控制数据获取单元获取探头的齿槽数据；步骤二，数据拟合部对步骤一中的齿槽数据进行处理，得到齿轮的齿槽中心；步骤三，显示输入部显示参数设置画面让操作人员输入齿轮基本参数和显示项目设定画面让操作人员输入测量所需的测量参数；步骤四，代码生成部，根据齿槽中心、输入的齿轮基本参数和测量参数生成用于测量齿轮的g代码；步骤五，齿形测量控制部通过g代码控制探头从齿槽中心起对齿轮进行测量，得到预定个测量点数据；步骤六，图形拟合部对除第一个测量点数据以外的测量点数据进行拟合，得到拟合误差曲线图形；步骤七，图形对比部将每次拟合得到的拟合误差曲线图形进行重合度对比，若齿轮的齿面存在缺陷点，则自动获得齿面上有缺陷的缺陷点坐标，画面存储部显示齿形误差曲线画面，并在齿形误差曲线画面中实时显示拟合误差曲线图形以及缺陷点坐标，让操作人员实时获得齿轮的表面形貌状态特征。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法，由于待测齿轮是在机床上进行修整加工后未拆卸的齿轮，因此无需对待测齿轮进行二次装夹，从而避免了进行测量而带来的装夹误差与时间上的浪费。因为在测量过程中齿轮的相应数据和拟合误差曲线图形能动态实时地显示在齿形误差曲线画面上，方便操作人员能够实时观测到数据和相应的拟合图形。因为图形对比部能够对前后两次的拟合误差曲线图形进行重合度对比，使得操作人员能发现不在拟合图形上的点，从而发现齿面有缺陷的缺陷点坐标。因此，该基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法的测量条件简单、测量过程自动化和智能化，且能够通过动态显示，使得操作人员能及时发现待测齿轮的齿面精度变化，从而缩短齿轮检测的时间，提高齿轮加工效率及缩短产品加工周期。

附图说明

图1是本发明的实施例中基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置的框图；

图2是本发明的实施例中磨齿机床的结构示意图；

图3是本发明的实施例中画面存储部的框图；

图4是本发明的实施例中存储参数设置画面示意图；

图5是本发明的实施例中项目设定画面示意图；

图6是本发明的实施例中探头处于停机状态下的位置示意图；

图7是本发明的实施例中探头处于工作状态下的位置示意图；

图8是本发明的实施例中基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置对应的方法流程图；

图9是本发明的实施例中三个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图；

图10是本发明的实施例中四个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图；

图11是本发明的实施例中五个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图；

图12是本发明的实施例中七个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图；

图13是本发明的实施例中八个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明的实施例中基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置的框图。

如图1所示，一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置100设置在用于对齿轮1进行修形加工的机床2中，对修形加工后的齿轮1进行在机测量，从而让操作人员获得齿轮1的表面形貌状态特征，包括：画面存储部3、显示输入部4、控制数据测量部5、齿槽测量控制部6、数据拟合部7、代码生成部8、齿轮测量控制部9、图形拟合部10、图形对比部11、数据存储部12和控制部13，其中，控制部13用于控制基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置100的各个组成部分进行工作。

在本实施例中，机床2为成形磨齿机的机床。

图2是本发明的实施例中磨齿机床的结构示意图。

如图2所示，本实施例采用的是磨齿机床2，机床2包括底座21、立柱22、固定盘23、砂轮24、砂轮主轴电机25、金刚轮26、工件主轴电机27、第一导轨28a、第二导轨28b、第三导轨28c以及用于连接包括相关测量方法的软件数据接口(图中未示出)。

图3是本发明的实施例中画面存储部的框图。

如图3所示，画面存储部3用于存储参数设置画面31、项目设定画面32和齿形误差曲线画面33。

图4是本发明的实施例中存储参数设置画面示意图，图5是本发明的实施例中项目设定画面示意图。

如图4和图5所示，显示输入部4显示参数设置画面31让操作人员输入齿轮基本参数，显示项目设定画面32让操作人员输入测量所需的测量参数。

如图4所示，齿轮基本参数包括齿数、标准模数、法向压力角、齿轮类型、齿轮旋向、螺旋角、变位系数、齿轮宽度、齿顶高系数和齿根高系数。

如图5所示，测量参数包括测量项目、测量齿面、起测和终测的测量位置、齿形齿距沿齿宽高度和齿向齿距沿齿高展长，测量齿面包括左齿面和右齿面，测量项目包括测量齿面的齿形、齿向和齿距。

图6是本发明的实施例中探头处于停机状态下的位置示意图，图7是本发明的实施例中探头处于工作状态下的位置示意图。

如图2、图6和图7所示，控制数据测量部5包括接触式的探头51、数据获取单元(图中未示出)、标准球52和两个顶针53，用于控制探头51对齿轮1进行接触式测量，控制数据获取单元获取探头51的坐标数据从而获取齿轮1的相应数据。

探头51为接触式探头51，设置在立柱22上。

如图6所示，当探头处于停机状态下时，探头51的延伸方向与固定盘23靠近探头51的侧面相平行。

如图7所示，当探头处于工作状态下时，探头51的延伸方向与固定盘23上靠近探头51的侧面相处置，用于对齿轮1进行接触式测量。

数据获取单元与探头51连接，用于获取探头51的坐标数据从而获取齿轮1的相应数据。

如图7所示，标准球52垂直地设置在靠近探头51的一侧，用于标定机床2的原点。

如图7所示，两个顶针53分别设置在标准球52的两端，用于固定标准球52。

齿槽测量控制部6用于控制探头51对齿轮1的相邻齿进行测量，从而得到齿槽数据。

数据拟合部7对齿槽数据进行处理，得到相邻齿的齿槽中心。

代码生成部8根据齿槽中心、输入的齿轮基本参数和测量参数生成用于测量齿轮的g代码。

齿轮测量控制部9根据g代码控制探头51从齿槽中心处起对齿轮1进行检测，得到预定个测量点数据。

图形拟合部10对除第一个测量点数据以外的每个测量点数据进行拟合，得到相应的拟合误差曲线图形。

图形对比部11将每次拟合得到的拟合误差曲线图形进行重合度对比，实时反映所述齿轮的表面形貌状态特征，若所述齿轮的齿面存在缺陷点，则自动获取所述齿面上有缺陷的缺陷点坐标，画面存储部3显示齿形误差曲线画面33，实时反映齿轮的表面形貌状态特征，并在齿形误差曲线画面33中显示拟合误差曲线图形，若齿轮1的齿面存在缺陷点，则自动获取齿面上有缺陷的缺陷点坐标，让操作人员获得齿轮的表面形貌状态特征。

数据存储部12用于存储齿轮基本参数、测量参数、齿槽数据、测量点数据、拟合误差曲线图形和缺陷点坐标。

图8是本发明的实施例中基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置对应的方法流程图。

如图8所示，基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置100的工作过程如下。

步骤一，齿槽测量控制部6控制探头51对齿轮1的相邻齿进行碰触检测，控制数据测量部5控制数据获取单元获取探头51的齿槽数据。

步骤二，数据拟合部7对步骤一中的齿槽数据进行处理，得到齿轮的齿槽中心。

如图4所示，参数设置画面31显示出拟合出的齿形及齿槽中心。

步骤三，显示输入部4显示参数设置画面31让操作人员输入齿轮基本参数(如图4所示)和显示项目设定画面32让操作人员输入测量所需的测量参数(如图5所示)。

如图5所示，操作人员通过显示输入部输入的测量项目为齿形，测量齿面为左齿面和右齿面，测量位置设置中齿形起测为94.6和齿形终测为110，齿形齿距沿齿宽高度为齿宽中部，齿向齿距沿齿高展长为分度圆。

步骤四，代码生成部8根据齿槽中心、输入的齿轮基本参数和测量参数生成用于测量齿轮的g代码。

步骤五，齿形测量控制部9通过g代码控制探头51从齿槽中心起对齿轮1进行测量，得到设定个测量点数据。

在本实施例中，探头51要对齿轮1的其中一个齿数上的八个点进行测量。

步骤六，图形拟合部10对除第一个测量点数据以外的测量点数据进行拟合，得到拟合误差曲线图形。

图9是本发明的实施例中三个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图，图10是本发明的实施例中四个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图，图11是本发明的实施例中五个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图，图12是本发明的实施例中七个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图，图13是本发明的实施例中八个测量点数据的拟合误差曲线图形示意图。

在本实施例中，图形拟合部10分别对测得的四、五、六、七和八个测量点数据进行拟合，分别测得第四、五、六、七和八个测量点后拟合得到的拟合误差曲线图形，如图9～图13所示。

步骤七，图形对比部11将每次拟合得到的拟合误差曲线图形进行重合度对比，得到齿面上有缺陷的缺陷点坐标，画面存储部3显示齿形误差曲线画面，并在齿形误差曲线画面33中实时显示拟合曲线图形以及缺陷点坐标，让操作人员实时获得齿轮1的表面形貌状态特征。

如图13所示，图形对比部11将每次拟合得到的拟合误差曲线图形进行重合度对比，得到齿面上有缺陷的缺陷点坐标。

数据存储部12将上述得到的齿轮基本参数、测量参数、齿槽数据、测量点数据、拟合误差曲线图形和缺陷点坐标进行存储。

当齿轮51完成测量后，操作人员根据齿轮51的相应测量数据对齿轮51的加工精度进行评价，并在现有安装位置上给出齿轮51的修改方案，可直接对齿轮51进行修整加工，大大提高了齿轮的加工精度。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法，由于待测齿轮是在机床上进行修整加工后未拆卸的齿轮，因此无需对待测齿轮进行二次装夹，从而避免了进行测量而带来的装夹误差与时间上的浪费。因为在测量过程中齿轮的相应数据和拟合误差曲线图形能动态实时地显示在齿形误差曲线画面上，方便操作人员能够实时观测到数据和相应的拟合图形。因为图形对比部能够对前后两次的拟合误差曲线图形进行重合度对比，使得操作人员能发现不在拟合图形上的点，从而发现齿面有缺陷的缺陷点坐标。

本实施例所用探头为接触式探头，使得基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法能够在油液等污染的机床中正常工作。

本实施例中基于磨齿机在机测量的齿轮精度可视化方法可以根据齿轮测量结果对齿轮加工精度进行评价，生成齿轮修改方案，在现有装夹情况下直接进行齿轮的再次加工。

在本实施例中，项目设定中，测量项目包括齿形、齿向和齿面，测量齿面包括左齿面和右齿面，使得齿形测量或齿向测量能够分别进行，从而使得渐开线直齿轮和渐开线斜齿轮(左旋、右旋)能够被测量，进而大大集成了齿轮的测量过程，使测量齿轮的功能具有多样性。

齿轮的测量数据可以存储在存储部中，便于操作人员今后对测量数据的随时调取，减少了操作人员的数据采集时间，从而方便今后操作人员对齿轮进行分析研究。

因此，该基于磨齿机在机测量的齿轮精度实时可视化装置和方法的测量过程简单、测量精度高、测量效率高、集成度高、测量过程自动化和智能化，且能够通过动态显示，使得操作人员能及时发现待测齿轮表面精度变化，从而缩短齿轮检测的时间，提高齿轮加工效率及缩短产品加工周期。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

在本实施例中，项目设定中，操作人员选择的测量项目为齿形，测量齿面为左齿面和右齿面，但是在本发明中，测量项目中的齿形、齿向和齿面中的一个或多个可以与测量齿面中的左齿面和右齿面中的一个或多个组合。