专利名称：检验齿轮径向振摆误差的检验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮检验装置，用于检验按权利要求1前序部分所述类型的径向振摆误差(同心度误差、转动误差)。
背景技术：
齿轮检验装置广泛用于齿轮自动生产线上，以便例如在同一工件上进行下道工序之前先检验此前铣削的啮合齿。由此可以避免具有较大误差的齿轮再进行不必要的继续加工或者避免它妨碍下道工序，避免它造成工具磨损加重或者完全毁坏工具。根据检验可以及时发现这种齿轮并从生产中剔除。
但是这种齿轮检验装置也用于其它目的。特别是对于测量或者检验借助于常用的测量系统不能测量的(例如直径在2米以上)大齿轮来说，存在着对于既简单却又能精确测量方案的需求。
已经公知的有一系列自动操作的检验装置可以用于测量齿轮径向振摆。在测量径向振摆时，主要是测定也称为径向振摆偏差的径向振摆误差。有关的细节例如可参阅德国工业标准DIN 3960。依据上述的标准，啮合齿的径向振摆偏差Fr是一种依次进入所有齿间隙内的在V圆周附近接触齿面的测量件(球体或者圆柱体或者测量楔)的径向位置差异，其中，齿轮可转动进入测量件的引导轴中。利用Fr可说明齿轮周长上出现的测量值之间的最大差异。这种径向振摆偏差基本上是由啮合齿在与齿轮轴垂直的测量平面上的偏心度和齿间隙宽度因左右齿面齿距偏差的不均匀性造成的。V圆周在上述标准中也有定义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种既简单又能精确测定啮合齿径向振摆偏差的装置。
该目的通过权利要求1所述的装置得以实现。
本发明装置的具有优点的结构其细化完善的内容构成为权利要求2-10的主题。
通过本发明取得的齿轮检验装置在结构和安装方面的简易性和节省成本是显而易见的。
下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中图1示意示出本发明第一种装置的侧视图；图2示意示出本发明第一种装置的俯视图；图3示意示出齿轮的几个齿连同测量卡规的俯视图；图4示意示出本发明第二种装置的俯视图；图5示意示出本发明具有齿距测量用测量卡规的第三种装置的俯视图；图6示意示出本发明的程序框图。
具体实施例方式
本说明书中所使用的概念，都是在相关出版物和专利中也使用的。但需要说明的是，这些概念的使用仅是为了帮助更好地理解。本发明的构想和权利要求的保护范围在实施中不应受到具体选用的概念的限制。本发明可以毫无问题地转换到其他概念体系和/或专业领域。在其他专业领域也可以恰当地使用这些概念。
在图1示出的本发明一种具有优点的实施方式中，齿轮检验装置30的底架1承载着一个位置固定的主轴2，所要检验的齿轮3被夹紧在主轴2上面并可环绕轴4转动。主轴2用作支座以便可转动地支承所要测量的齿轮3。电动机5带动主轴2，主轴2的角度位置例如由自动同步发送机角度发送器6测定。此外，处于底架1上的还有一个人工智能的动态摆动滑座7，该滑座7借助导向装置8在挡块9和10之间的线性引导，很容易在双箭头11(与Y轴平行的)方向上移动。人工智能的动态摆动滑座7下面称为径向滑座7，因为它是相对于齿轮3作径向移动。径向滑座7可以用线性电动机12带动，后者包括有一个在底架1上纵向延伸的定子16和一个在径向滑座7下面的短转子17。此外，属于线性电动机12的还有一个行程测量系统，它包括一个玻璃刻度尺18和一个指示头(探针头)19。此外，为了操纵控制径向滑座7还设置有一个图中未示出的CNC(计算机数字控制的)控制装置。作为典型的CNC控制装置的可能细节可参阅图6。在径向滑座7上设置有一个带有球体22的卡规(量规)21。卡规21连同球体22在所示的实施例中既可与Y轴平行地移动(也就是说从齿轮3方面来看是径向)，如双箭头20所示，也可与Z轴平行地移动(Z轴与附图平面垂直)。为实现平行于Z轴的可移动性，如图1示意示出的那样，卡规21连同球体22例如可借助于悬挂装置23与径向滑座7连接。悬挂装置23最好用作为滑座，并因此下面称它为切向滑座(切线方向上移动的滑座)23，因为此切向滑座23可以在齿轮3的切线方向上运动。
该实施方式的其他细节可以参阅图2。图2示意示出装置30的俯视图。从图2可以看出，卡规21的球体22进入所测量齿轮3的两个齿之间的齿间隙内。为此目的，卡规21通过线性电动机12带动这样径向地(与Y轴平行)向齿间隙内进给，直至球体22接触到齿间隙的左右齿面时止。在该测量位置上由线性电动机12产生一种预先规定的压紧力(称为测量用压力)。
在该优选的实施方式中，齿轮3由电动机6带动在测量期间连续环绕轴4转动，如箭头24所示。卡规21连同球体22也被这种转动所带动，而且既在负Z方向(切线方向)上，也在负Y方向(径向上)进行移动，这是因为球体22被从齿间隙中向后“挤压”出去。一旦球体22从向后的被挤压运动开始折回(换向)-该位置称为最大偏移(偏移)位置-至少立即就可得到测量值Fr。Fr等于最大偏移。也还可以求得其他测量值，例如测量值Fz来作为测量值Fr的补充，一旦球体22要从偏移位置折回去时，那么卡规21连同球体22就被自动拉回，方法是径向滑座7受线性传动装置12带动迅速在负Y方向上移动。通过这种措施这就避免了测量球体22不必要地沿齿轮3的齿面滑动并由此受到磨损。因为依据本发明上述的实施方式求得这一折回位置，这就使得主动地自动拉回卡规21有了可能，所以径向滑座7也称为人工智能径向滑座7。
在另一实施方式中，不是径向滑座7主动地自动拉回去，而是球体22沿齿面滑动到，直至它能被例如弹簧的力自动拉回时止。然而这种实施方式的缺点是球体22受到磨损。
然后球体22通过重新的进给移动又置入下一个齿间隙中，并由线性电动机12在测量位置上重新产生预先规定的压紧力(称为测量用压力)。这种过程最好反复进行，直至所有齿间隙均被检测完时止。
如所述那样，借助于一个行程或者位置传感器至少可测定测量值Fr。在所示出的实施例中，测量值Fr是借助玻璃刻度尺18和指示头19测定的。如在图1中可看到的那样，玻璃刻度尺18具有可通过指示头19测定的刻度。
如所述那样，最好为齿轮3的所有齿间隙测定和储存测量值Fr。在z个齿的情况下因此就产生z个不同的测量值Frz。从这些测量值的分布中可以得出齿轮3的径向振摆误差或者径向振摆偏差的有关情况。最好使用具有相应软件的计算机进行储存和计值分析。计算机最好前置一个电路，用于处理测量信号并传送给计算机。这种电路的实施例可以参阅图6。软件最好这样设计，使其能控制或者起动径向振摆测量的全部过程(测定测量值和控制传动装置5和/或者12)。
在另一优选的实施例中，为测量值Fr附加测定各个齿间隙的位置。这一点可以利用角度发送器6进行。最好这样控制电动机5，使得齿轮3的转动大致多于一整圈，以便能够检测到所有的齿间隙。球体22被置入到每个齿间隙内并测定球体22移动折回时的测量值Fr。如果将这些测量值与来自角发送器6的角度位置数据相联系，那么就可以计算出齿轮3所有各齿的径向振摆偏差。然后例如可以将各个测量值Fr与各个齿间隙一一对号入座。例如，如果比如说某个测量值超出了预先规定的公差(径向振摆公差)范围，那么可以通过对号入座分配来找出相应的那个齿间隙。对于以后的后续处理工作或者以后的更精确的测量工作都很有帮助。
在上述的实施例中，得到的测量值Fr，没有与各个齿间隙对号入座。在这种情况下，那就只能说明是否存在径向振摆误差和径向振摆误差例如是否处于预先规定的公差范围之外。在这种情况下，例如可以将“有误差的”齿轮剔除掉。
在如图1和2所示的优选实施方式中，切向滑座23借助于滚珠轴承31这样支承，使得它可以在Z方向上作直线运动。
在另一种实施方式中，滑座7具有精确支承的旋转中心，此旋转中心作为悬挂装置使用并使切向滑座23成为不必要的。卡规21直接悬挂在该旋转中心上并最好与一个弹簧耦合连接，该弹簧以与弹簧25相似的方式施加复位力。此弹簧例如可以直接作用于卡规21。在此实施例中，卡规21连同球体22在作平行于Y轴的运动之外还要作环绕该旋转中心的回转运动。
装置40的一种优选实施方式在切向滑座23或者径向滑座上具有能够使装置40与每次所要测量齿轮3的模数(模量)m相适配的措施。图4示出了用于模数调整的典型装置32、33。在所示的实施例中，径向滑座7上具有杠杆臂32，它可环绕轴支座33进行调整。例如，如果在松开轴支座33区域内的螺丝后顺时针方向调整杠杆臂32，切向滑座23的运动就受到限制，这就可以测量更小模数m的齿轮3。为了能够测量更大模数m的齿轮，将杠杆臂32按逆时针方向调整，这里需要说明的是，图4所示是最大模数调整的情况。
为了能够将卡规21连同球体22置入下一个齿间隙内，也可以设置一个带动卡规21在Z方向上(也就是切线方向上)运动的传动装置。这种附加的传动装置(例如它可以包括一个线性电动机)是任选的。在图1和2以及图4所示的较为简单的实施方式中，切向滑座23是借助于弹簧力(返回)转移到起始位置的。图2和图4示出了相应的拉簧(拉力弹簧)25。弹簧25当悬挂装置23在负Z方向上移动时被拉伸。只要球体22的偏移折回，滑座23连同卡规21立刻就返回到图2和4中虚线所示的起始位置。这种返回与正Z轴平行进行。为使返回动作停止最好设置一挡块26，如图2所示。也可以选用可调整的杠杆臂32作为挡块使用，如图4所示。不言而喻，为了使悬挂装置23能在切线方向上运动，有各种各样的弹簧设置和弹性元件可以使用。
本发明的检验装置30或者40的底架1最好承载有线性电动机12的稳态的纵向延伸部件16，而动态摆动滑座7最好承载有可移动的短部件17(也称为转子)。这种设置优点较多，因为动态摆动滑座7由于其惯性较小而易于移动，而且它无需通过电缆输送能量。此外，稳态的部件16的线圈内产生的热量也很容易从底架1排出。
图6示意示出本发明的典型电路60的方框图。该电路在所示实施例中基本上满足两个功能。一方面，它包括有用于操纵控制线性电动机12的控制装置72，另一方面它又包括有用于处理行程或者位置发送器18、19测量值的各种元件。径向滑座7在所示的实施例中包括一个纵向延伸的定子16和短转子17(与图1和2中类似)。滑座7的径向移动利用玻璃刻度尺18和传感器19量取并输送到处理电路。在所示的实施例中，由元件18和19组成的行程或者位置发送器是一种提供正弦和余弦信号的增量式发送器。这些正弦和余弦信号被输送到信号预选器信号转接设备69，它(69)将信号一方面提供给第一内插补器/计数器70，另一方面提供给第二内插补器/计数器68。第一内插补器/计数器70典型地具有更大的采样率(例如1024)，以实现将模拟信号转换成数字信号。这些数字信号由第一内插补器/计数器70通过计算机总线71传输到计算机。第二内插补器/计数器68典型地具有更小的采样率(例如50)，以实现将模拟信号转换成数字控制信号。
这些数字控制信号由控制装置72处理，如已经介绍的那样，以便将径向滑座7拉回。在所示的实施例中，控制装置72具有例如测定滑座7实际位置用的位置解码器67。图中未示出的计算机可以通过总线71和通信接口以及运动形态(方式)控制器64利用相应的软件和硬件为滑座7预先规定所要求的运动形态(方式)。加法执行元件66把作为所要求的运动形态方式而预先规定的滑座位置与实际位置相叠加。在所示的实施例中，接下来是滤波器63和数字-模拟转换器62。处于数字-模拟转换器62的输出端上的模拟信号，或者直接地或者通过相应的瞬时(力矩、动量)调节器61的继续处理后被用来操纵控制线性电动机12。可以将具有相应软件的计算机连同元件62-66共同视为CNC控制装置的一个组成部分。
线性电动机12的(CNC)控制装置最好这样设置，更使得线性电动机12能够施加预先规定的压紧测量(用)压力。
线性电动机12使径向滑座7和卡规21的置位使用。借助CNC控制装置可以为所要检验的齿轮3进行最佳测量(用)压力的调整。此外，根据本发明各具体实施方式
的不同，线性电动机12上具有的线性测量系统另外还可以用于测量径向振摆偏差，然后将测量值提供给CNC控制装置或另外的计算机储存和计值分析。但正如已经提到过的那样，也可以使用独立于线性电动机12之外的另一种位置或者行程发送器。
在优选的实施方式中，球体22的直径D这样来选择，即，如图3所示，要使得球体22能精确地将球体中心点M处于齿轮3的V圆周27上。对此的细节可参阅校开头所述的标准DIN 3960。
在另一实施方式中，齿轮3由电动机6带动步进式环绕轴4转动。对转动这样进行控制，使得在卡规21连同球体22进入和返回时，齿轮3每次都短暂停止转动。而在测量自身进行期间，齿轮3如箭头24所示那样连续转动。但最好使用在齿轮的全部径向振摆测量期间齿轮3连续转动这种实施方式。
正如标准DIN 3960提出的那样，代替球21球体22页可携带锥体或楔。
依据本发明可以非常精确地测量径向振摆偏差。
在一优选的实施方式中，将上述的装置30与用于齿距测量的测量装置组合在一起。在这种情况下，除设置有带有球体22的卡规21之外还可再多设置两个其它的卡规，它们用于测定齿距p(从一个右齿面到下一个右齿面的距离)。通过这两个卡规可以测定这两个齿面之间距离的变化情况。从这两个卡规测定的测量值中可以得出所谓的齿距曲线图。从齿距误差中几乎不可能计算出径向振摆偏差，这是因为即使是非常小的齿距误差也会造成很大的径向振摆偏差。因此人们可以不依赖于径向振摆偏差而单独地测定齿距误差这是最好不过的。
图5示出带有用于齿距测量之测量装置的装置50。用于齿距测量之测量装置至少有一部分设置在第一滑座7上，此外，用于齿距测量之测量装置最好包括两个卡规41。如果在两个卡规41使用适当，最好将带有球体22的卡规21移动到一侧，翻开(掀开)或者取下。两个卡规41在测量齿距时与所测量齿轮3(图5中未示出)的两个右齿面或者两个左齿面同时接触。每个卡规都具有一个自己的行程发送器42，它(42)在所示的实施例中都包括一个玻璃刻度尺43和一个传感器44。借助于行程发送器42可以测定两个卡规的相对移动并将相对移动的情况传输到计值分析装置。为对两个行程发送器42的信号进行处理，可以使用类似于图6所示电路配置的电路。
依据本发明，可以将电感式、电容式、光学或者其他种类的行程或者角度测量系统用于记录在依据本发明的检验过程中可能出现的运动情况。
为使滑座7运动最好使用电控的线性电动机。在另一实施方式中，例如像DE 196 41 720 A1所介绍的那样，使用了电控线性电动机与电磁直接传动装置的组合方式。因为电磁直接传动装置仅产生非常小的移动，所以借助于电控线性电动机进行粗进给。然后用电磁直接传动装置进行精微进给。
最好使用增量式工作的系统作为行程或者位置传感器，这种系统扫描2个轨迹，除了提供正弦信号外也还提供余弦信号。由此可以提高精确度。
本发明的装置特别适用于近似手工测量齿轮的工作。
权利要求
1.检验装置(30；40；50)带有，①可转动支承所测量齿轮(3)的支座(2)、②转动所测量齿轮(3)用的第一传动装置(5)、③第一滑座(7)，(它受第二传动装置(12)的作用可相对于支承在支座(2)上的齿轮(3)作径向移动)，其特征在于，-第一滑座(7)具有悬挂装置(23)，后者将带有测量头(22)的卡规(21)与第一滑座(7)相连接，其中，悬挂装置(23)这样设置，即它要能够使得带有测量头(22)的卡规(21)以在一个方向上移动，也就是在支承在支座(2)上的齿轮(3)的切线方向上至少可移动一段距离，-设置有一操纵控制装置(60)，用于将第一滑座(7)连同悬挂装置(23)和带有测量头(22)的卡规(21)径向进给到所测量齿轮(3)的齿间隙内，以便测量头(22)与齿间隙的两个齿面产生接触，-设置有用于测定至少一个测量值(Fr)的测量装置(18、19；60)，测量装置要能说明测量头(22)在所测量的齿轮(3)受第一传动装置(5)作用而转动期间它在齿间隙内的移动情况，同时测量装置要指向所测量齿轮(3)的径向向外的方向。
2.按权利要求1所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，控制装置(60)这样设置，即要使测量头(22)能依次在齿轮(3)的每个齿间隙内进入和移出，同时，为每个齿间隙测定一个相应的测量值(Fr)。
3.按权利要求1或2所述检验的装置(30；40；50)，其特征在于，悬挂装置(23)设置为第二滑座，它借助于一个线性导向装置支承在第一滑座(7)上。
4.按权利要求1或2所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，带有测量头(22)的卡规(21)有一长条的形状，其纵轴这样走向，使得测量头(22)在第一滑座(7)的线性移动作用下可径向进入齿间隙内。
5.按权利要求4所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，测量头(22)可为球体、锥体或者楔。
6.按权利要求1或2所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，操纵控制装置(60)这样设置，只要测量头(22)在齿间隙内的运动出现换向(折回)，它就应能立即自动将第一滑座(7)连同卡规(21)和测量头(22)从齿间隙中拉回。
7.按权利要求1或2所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，测量装置(18、19、60)包括有一个设置在第一滑座(7)区域内的行程或者位置传感器，该传感器发出测量值作为行程信息说明测量头(22)在齿间隙内移动的情况。
8.按权利要求1或2所述的检验装置(30；40；50)，其特征在于，为悬挂装置(23)和/或卡规(21)设置有挡块(26；32、33)最好是可调整的，其中，挡块(26；32、33)用来限制悬挂装置(23)和/或卡规(21)在切线方向上的运动。
9.按前述权利要求中任一项所述的检验装置(50)，其特征在于，设置有用于齿距测量的测量装置，该装置部分设置在第一滑座(7)上，此外，该用于齿距测量的装置最好包括两个卡规(41)，它们可以同时与所测量齿轮(3)的两个右齿面或两个左齿面产生接触。
10.按权利要求9所述的检验装置(50)，其特征在于，用于齿距测量的测量装置包括有两个发送器(42)，以便能够测定两个卡规(41)的偏移(偏转)。
全文摘要
本发明涉及的检验装置(30)带有，可转动支承所要测量齿轮(3)的支座(2)、转动所测量齿轮(3)用的第一传动装置(5)，第一滑座(7)它受第二传动装置(12)的作用可相对于支承在支座(2)上的齿轮(3)作径向移动。第一滑座(7)具有一悬挂装置(23)它支承着带有测量头(22)的卡规(21)，其中，悬挂装置(23)要这样支承在第一滑座(7)上，即，它要能够在支承于支座(2)上的齿轮(3)的切线方向上来回移动。设置的一种操纵控制装置用于将第一滑座(7)连同悬挂装置(23)和带有测量头(22)的卡规(21)径向进给到所测量齿轮(3)的齿间隙(齿槽)内，以便测量头(22)与齿间隙的两个齿面产生接触。此外，还设置有采集测量值(F
文档编号G01M13/02GK1693868SQ200510071609
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月25日 优先权日2004年5月7日
发明者P·高尔德, A·纽辛格 申请人:科林基恩伯格股份有限公司