一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法与流程

本发明涉及数控机械，具体为一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法。

背景技术：

1、随着数控技术的不断发展，提高数控机床加工精度以及加工效率，成为了数控机床在使用上的关键问题。

2、目前，机床测量技术可以分为传统检测和在线测量两种方法。一般而言，传统的机床测量技术过分依赖于操作工的熟练程度，而且需等待相应数控机床完成加工后才能对工件进行离线脱机测量与检测，需消耗大量时间，同时也无法保证工件精度。将在线测量方法融于数控加工过程中，可以有效解决该问题。

3、为提高工件的加工精度，在对工件进行测量前必须进行校正端跳和径跳。目前，校正的方法有人工校正和自动定心工装方法。但是这两种方法都各有缺点，其中人工校正效率低；而自动定心工装对齿轮规格存在要求，且成本较高。鉴于此，我们提出了一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法，以避免圆柱齿轮在加工过程中因检测需要反复拆装导致的误差影响，可以确保和提高圆柱齿轮制造精度。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法，包括如下步骤：

3、步骤一：测量圆柱齿轮的端面点，在端面上随机测量八个点；测量三个不同径向高度上的轴向点，在每个径向高度所对应的圆周上随机测量八个点；

4、步骤二：采用最小二乘法拟合平面，获得圆柱齿轮端面方程；

5、步骤三：采用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群优化算法拟合圆柱面，获得圆柱轴线方程及其半径；

6、步骤四：联立步骤二和步骤三求得的齿轮端面方程以及圆柱轴线方程，得两者之间的交点，由此可以获得测量坐标系。

7、所述步骤一中，获得圆柱齿轮端面点及轴向点的具体方法如下：

8、采用基于x,z,c三轴的径向极坐标法进行测量，通过设置径向高度、测量点数，可以获得端面点，即(ρd1，θd1，zd1)，(ρd2，θd2，zd2)……，(ρdi，θdi，zdi)，(i＝1,2,.....8)；

9、通过设置测量起始圆、测量终止圆和测量点数，可以令测量探头按径向等距策略自动规划齿轮测量采点路径，即可获得轴向点，即(ρz1，θz1，zz1)，(ρz2，θz2，zz2)……，(ρzi，θzi，zzi)，(i＝1,2,.....24)；

10、所述步骤二中，首先将测得点坐标由极坐标的形式转换到直角坐标形式下，可以得到端面点坐标为(xd1，yd1，zd1)，(xd2，yd2，zd2)……，(xdi，ydi，zdi)；轴向点坐标为(xz1，yz1，zz1)，(xz2，yz2，zz2)……，(xzi，yzi，zzi)；

11、采用最小二乘法直接对端面点坐标进行平面拟合，可获得平面π的方程为z＝-a0x-a1y-a2(式中)；圆柱齿轮上端面法向量

12、设上端面法向量方向余弦为(cosα,cosβ,cosγ)；令平面∏沿法向量方向偏移r(测球半径)的距离，可得圆柱齿轮上端面方程为z-rcosγ＝-a0(x-rcosα)-a1(y-rcosβ)-a2；

13、所述步骤三中，采用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群算法拟合圆柱，求解圆柱轴线方程及其半径r；根据测得点坐标的直角坐标形式，及步骤二中所获得的圆柱齿轮上端面法向量根据轴向点到圆柱轴线距离相等这个条件，设点到轴线距离为d1,d2,......,di；轴线方程上一点为a(x0,y0,z0)；轴向测得点坐标为mzi(xzi,yzi,zzi)，构建相关方程如下；

14、

15、可得目标方程如下：

16、f(x0,y0,z0)＝|1/(i-1)f1(x0,y0,z0)+1/(i-1)f2(x0,y0,z0)+......+1/(i-1)fi-1(x0,y0,z0)|

17、以min(f(x0,y0,z0))为目标，轴线上一点的坐标a(x0,y0,z0)为参数；构建其算法模型，经过动态惯性权重的微粒群优化算法求解，确定轴线上一点a的坐标(x0,y0,z0)和圆柱半径r；

18、可得圆柱轴线方程为：

19、所述步骤四中，根据步骤二和步骤三所求得的齿轮端面方程以及圆柱轴线方程进行联立，可以求解得到二者之间的交点，记为q(xq,yq,zq)，由此可以获得测量坐标系。

20、由上述发明技术方案可以看出，该方法不仅能够实现圆柱齿轮加工过程中进行免拆装的参数测量；而且可以有效避免圆柱齿轮因无法避免的参数测量，进行反复装夹，致使圆柱齿轮成品精度降低；且有效的提升了测量过程中的效率。

技术特征：

1.一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正测量坐标系确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及数控技术领域，具体为一种基于极坐标机床的圆柱齿轮免校正在线测量坐标系确定方法,基于X,Z,C三轴的极坐标机床的加工原理，实现了圆柱齿轮免校正，自动检测偏心偏摆，并在状态下，进行在线测量；选取圆柱齿轮上端面测的点和轴向测的点；采用最小二乘法拟合圆柱齿轮上端面；利用随机扰动更新粒子群的位置、动态惯性权重的微粒群优化算法计算由轴向测的点所在圆柱的轴线方程及其半径；联立圆柱轴线方程和圆柱齿轮上端面方程，计算得到两者之间的交点，由此可以获得测量坐标系；本发明有效避免圆柱齿轮因校正，进行反复装夹，无法避免的校正误差导致圆柱齿轮测量精度降低；有效提升了圆柱齿轮尤其是大直径圆柱齿轮在线测量的效率与精度。

技术研发人员：孙小敏,沈敏,马晓辉,高晗
受保护的技术使用者：南京工大数控科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19