一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪的制作方法

本发明涉及测量设备技术领域，尤其涉及一种小模数齿轮M值测量仪器。

背景技术：

齿厚是齿轮设计和制造的重要参数，不符合设计要求的齿厚在装配中可能产生咬齿等一系列配合问题。在齿轮传动中，为保证齿轮副的侧隙，就必须在加工中控制齿轮的齿厚。因此齿厚的测量至关重要。目前，渐开线圆柱齿轮齿厚有公法线长度、分度圆弦齿厚、固定弦齿厚、圆棒(球)跨距M值的测量等四种方法。公法线长度大多应用于中小齿轮的测量，弦齿高和弦齿厚主要应用于大型齿轮的测量，由于跨棒距值(M值)不受齿轮顶径制造误差影响,不受齿宽影响,成为表征小模数齿轮及内齿轮齿厚重要的中间量。

传统测量齿轮M值的的检具有千分尺或各种测微仪、测长仪等计量器具，更高精度的可以用电动传感器及齿轮测齿仪。如图1和图2所示，将直径相同的两根圆棒自由地放在齿轮的相对两个齿槽内，该测量方式以“直径”的方式测出齿轮M值，对于奇数齿，两圆棒应放在中心距为最大弦长的两个齿槽内，用千分尺或各种测微仪、测长仪等计量器具测出两圆棒外侧最远点的M值尺寸，测得值与公称M值之差即为M值的偏差将代入以下公式，即可求出分度圆弦齿厚偏差

当齿数为偶数时，

当齿数为奇数时，

其中invαx＝invαf+dp/mzcosαf-π/2z+2ξtanαf/z；

式中，αf是分度圆压力角；αx是圆棒中心所在圆压力角；z是被测齿轮齿数；dp是圆棒直径，dp＝(1.68～1.732)m；ξ是变位系数；m是被测齿轮模数。

当αf＝20°时，invαx＝0.014904+1.0642dp/mz-π/2z+0.728ξ/z。

齿轮测齿仪测量M值。径向综合啮合检测测量齿厚是以检测半径的形式求出M值。已知被测齿轮的检测半径，通过中心距的变化量求出被测齿轮的检测半径，进而得到被测齿轮的M值。该测量方法一种模数的测量齿轮只能对应相同模数的被测齿轮，适合单一模数齿轮的大批量检测。

综上，千分尺或各种测微仪、测长仪及电动传感器等计量器具，都需要手动调节齿轮位置来测量M值，不能自动实现分度，该方式的测量精度不仅受操作者的影响，而且存在效率低的缺点，不能满足大批量生产条件下齿轮的高精度快速检测需求。而齿轮测量仪测量，虽然可以提高测量效率，但通用性差。

另外，以上方式虽然符合“M値”的误差定义，但是由于直径测量(MDK)方式测量的数据与齿轮回转直径无关，反应的齿轮齿厚情况，与齿轮制造及使用均是以齿轮回转中心作为参考基准进行评价齿轮精度，所以传统齿轮“M値”的MDK测量方式只能作为应用量具进行齿轮粗略测量的手段，而国外新的齿轮图纸上对齿轮“M値”的标注测量方法均是以齿轮回转中心为基准的MRK测量方式的要求，而MRK专用测量仪器还处于空白阶段。

技术实现要素：

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪。区别于千分尺等量具以“直径”的方式求出齿轮M值、齿轮测量仪以测量齿轮和被测齿轮中心距变化量求出M值的方式。本发明建立了测头与被测齿轮回转中心的坐标关系，提出以“半径”的形式求出被测齿轮M值，逐个测量齿轮每个齿的齿厚，将被测量齿轮切向力方向产生的误差补偿到径向力方向上，准确地反映了被测齿轮的齿厚变化，解决了传统方式在大批量生产条件下测量精度和工作效率低的问题，同时仪器中工装轴系只需要使用普通的交流伺服电机就可以精确的实现分度功能，降低了成本。

本发明的技术方案：

一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪，包括工装轴系、测量机构、轨道机构和底座，所述测量机构安装在所述轨道机构上，轨道机构安装在所述底座上，工装轴系安装在所述底座上，由电机带动所述工装轴系做旋转运动，工装轴系上端设置待测齿轮；

所述测量机构包括X方向平行片簧机构和Y方向平行片簧机构机构；其中，X方向平行片簧机构包括两个Y方向簧片夹板、X方向平动板及X方向固定板；所述两个Y方向簧片夹板平行设置，其前端通过簧片连接X方向平动板，其后端通过簧片连接X方向固定板；X方向平动板上设置X向光栅尺，X方向光栅传感器通过X方向光栅传感器支座安装在X方向固定板上；

Y方向平行片簧机构包括两个X方向簧片夹板、及Y方向固定板；所述两个X方向簧片夹板平行设置，其下端通过簧片连接Y方向平动板，其上端通过簧片连接Y方向固定板；Y向光栅尺通过Y方向光栅尺支架安装在Y方向平动板上，Y方向光栅传感器通过Y方向光栅传感器支座安装在底座上；

测头安装在所述X方向平动板上，连接板连接所述X方向固定板和所述Y方向平动板。

进一步地，所述轨道机构包括滑板、丝杆副，测量机构安装在滑板上，滑轨固定安装在所述底座上，滑板与滑轨配合沿Y方向运动；丝杆副的第一滑块与滑板固定连接，丝杆副的第二滑块与底座固定连接，丝杆副的丝杆穿过第一滑块和第二滑块，且丝杆的外端连接有手柄，丝杆副带动所述滑板沿滑轨Y方向运动。

进一步地，所述轨道机构还包括锁紧机构，锁紧机构包括锁紧螺栓、弹簧和锁紧螺母，所述底座上开设有Y向长孔，所述滑板上开设有锁紧孔，锁紧孔位于Y向长孔的上方，锁紧螺栓上端穿过Y向长孔及锁紧孔与锁紧螺母配合，锁紧螺栓的螺栓头与底座间设置有弹簧。

进一步地，所述测量机构还包括X轴的机械置零机构，X轴的机械置零机构包括杠杆、限位支架、支架、连接轴及销轴，支架安装在所述X方向平动板上，限位支架安装在所述X方向固定板上，杠杆以销轴为支点并与连接轴连接，所述杠杆前端通过弹簧I与限位支架连接，其后端通过弹簧II与Y方向簧片夹板连接，当X方向平行片簧机构在-X方向有变形量时，在弹簧I的作用下X方向平行片簧机构向+X方向运动，当X方向平行片簧机构在+X方向有变形量时，在弹簧II的作用下X方向平行片簧机构向+X方向运动，实现了X方向平行片簧机构X轴的机械置零。

进一步地，所述测量机构还包括Y轴的机械置零机构，Y轴的机械置零机构包括圆触点、转接板和平触点；圆触点安装在转接板上，平触点安装在Y方向平动板上，圆触点与平触点相对应，实现了双片簧精密测量机构Y轴的机械置零。

进一步地，所述一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪还包括退齿机构，退齿机构包括硬挡、偏心轴和舵机；硬挡安装在X方向平行片簧机构的侧面，偏心轴安装在舵机上方，所述舵机固定安装在滑板上，舵机带动偏心轴做回转运动，所述偏心轴与所述硬挡表面接触实现退齿功能。

进一步地，所述一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪还包括控制系统，所述控制系统包括电机驱动器、舵机驱动器、接口电路、数据采集卡和计算机；所述电机驱动器与电机连接，用于驱动电机；舵机驱动器与舵机连接，用于驱动舵机；电机驱动器及舵机驱动器分别采用接口电路与计算机建立连接，数据采集卡的输入端连接X方向光栅传感器和Y方向光栅传感器，数据采集卡的输出端连接计算机。

本发明的有益效果为：

1)使用普通交流伺服电机就可以实现分度功能，不需要精密圆光栅，降低了成本。

2)完全自动分齿，测量速度快。

3)造价低，使用、维修方便，适合目前国内齿轮批量生产的工作条件，满足快速齿轮综合检验的要求，可全面控制齿轮质量，有效提高生产效率。

4)符合齿轮量仪发展的趋势，是在保持了传统测量优点基础上的创新，通用性强。

5)结构简单、工作效率高、方便可靠等优点。

6)也能应用于其它模数齿轮的测量，能保证测量精度，通用性强，具有发展前景。

7)降低了齿轮测量成本，提升了齿轮制造精度，满足工业生产需求。

附图说明

图1为现有技术中测量齿轮偶数齿M的示意图；

图2为现有技术中测量齿轮奇数齿M的示意图；

图3为一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪中测量机构的主视图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明的测头误差补偿原理图；

图6为一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪的主剖视图；

图7为图6的俯视图；

图8为图6的右视图；

图9为一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪的轴测图；

图10为一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪的控制框图；

图11为X轴的机械置零机构-X方向机械置零图；

图12为X轴的机械置零结构+X方向机械置零图。

图中：1-被测齿轮；2-测头；3-簧片；4-固定夹板；5-X方向光栅尺支架；6-X方向光栅传感器；7-X方向光栅传感器；8-固定螺钉；9-X方向簧片夹板；10-圆触点；11-平面触点；12-Y方向固定板；13-转接板；14-Y方向滑板；15-Y方向平动板；16-Y方向光栅尺支架；17-Y方向光栅传感器；18-连接板；19-X方向固定板；20-Y方向簧片夹板；21-X方向平动板；22-工装轴系；23-支架；24-连接轴；25-杠杆；26-限位支架；27-滑板；28-销轴；29-X方向平行片簧机构；30-Y方向平行片簧机构；31-锁紧机构；32-丝杆副；33-手柄；34-硬挡；35-滑轨；36-偏心轴；37-舵机；38-弹簧I；39-弹簧II；

100-测量机构；200-轨道机构；300-底座。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行详细说明。

结合图3至图12所示，本实施例公开的一种全自动分齿控制齿轮M值测量仪，包括工装轴系22、测量机构100、轨道机构200和底座300，测量机构100安装在轨道机构200上，轨道机构200安装在底座300上，工装轴系22安装在底座300上，由电机带动工装轴系22做旋转运动，工装轴系22上端设置待测齿轮1。

具体地，测量机构100包括X方向平行片簧机构29和Y方向平行片簧机构机构30；其中，X方向平行片簧机构29包括两个Y方向簧片夹板20、X方向平动板21及X方向固定板19；两个Y方向簧片夹板20平行设置，其前端通过簧片3连接X方向平动板21，其后端通过簧片3连接X方向固定板19，构成一个平行四边形机构，X方向平动板21可以实现X方向的平动；X方向平动板21上设置X向光栅尺，X方向光栅传感器6通过X方向光栅传感器支座7安装在X方向固定板19上，由此机构可以得到X方向平动板21在X方向上的位移。

Y方向平行片簧机构30包括两个X方向簧片夹板9、及Y方向固定板12；两个X方向簧片夹板9平行设置，其下端通过簧片3连接Y方向平动板15，其上端通过簧片3连接Y方向固定板12，构成另一个平行四边形机构，Y方向平动板15可以实现Y方向的平动；Y向光栅尺通过Y方向光栅尺支架16安装在Y方向平动板15上，Y方向光栅传感器17通过Y方向光栅传感器支座安装在底座300上，由此机构可以得到Y方向平动板15在Y方向上的位移；

测头2安装在X方向平动板21上，连接板18连接X方向固定板19和Y方向平动板15，测头2与X方向平行片簧机构29，在连接板18的带动下，整体与Y方向平动板15在Y方向上平动。

具体地，轨道机构200包括滑板27、丝杆副32，测量机构100安装在滑板27上，滑轨34固定安装在底座300上，滑板27与滑轨34配合沿Y方向运动；丝杆副32的第一滑块与滑板27固定连接，丝杆副32的第二滑块与底座300固定连接，丝杆副32的丝杆穿过第一滑块和第二滑块，且丝杆的外端连接有手柄33，丝杆副32带动滑板27沿滑轨34沿Y方向运动。

具体地，轨道机构200还包括锁紧机构31，锁紧机构31包括锁紧螺栓、弹簧和锁紧螺母，底座300上开设有Y向长孔，所述滑板27上开设有锁紧孔，锁紧孔位于Y向长孔的上方，锁紧螺栓上端穿过Y向长孔及锁紧孔与锁紧螺母配合，锁紧螺栓的螺栓头与底座间设置有弹簧。

具体地，测量机构100还包括X轴的机械置零机构，X轴的机械置零机构包括杠杆25、限位支架26、支架23、连接轴24及销轴28，支架23安装在X方向平动板21上，限位支架26安装在所述X方向固定板19上，杠杆25以销轴28为支点并与连接轴24连接，杠杆25前端通过弹簧I 38与限位支架26连接，其后端通过弹簧II 39与Y方向簧片夹板20连接，当X方向平行片簧机构29在-X方向有变形量时，在弹簧I 38的作用下X方向平行片簧机构29向+X方向运动，当X方向平行片簧机构29在+X方向有变形量时，在弹簧II 39的作用下X方向平行片簧机构向+X方向运动，实现了X方向平行片簧机构29在X轴的机械置零。

具体地，测量机构100还包括Y轴的机械置零机构，Y轴的机械置零机构包括圆触点10、转接板13和平触点11；圆触点10安装在转接板13上，平触点11安装在Y方向平动板15上，圆触点10与平触点11相对应，实现了双片簧精密测量机构Y轴的机械置零。

具体地，本发明还包括退齿机构，退齿机构包括硬挡35、偏心轴36和舵机37；硬挡35安装在X方向平行片簧机构29的侧面，偏心轴36安装在舵机37上方，舵机37固定安装在滑板上，舵机37带动偏心轴36做回转运动，偏心轴36与硬挡35表面接触实现退齿功能。

具体地，本发明还包括控制系统，控制系统包括电机驱动器、舵机驱动器、接口电路、光栅传感器、数据采集卡和计算机，所述电机驱动器、所述舵机驱动器、所述光栅传感器、所述数据采集卡，工作原理皆为本领域工作人员的公知常识，且本装置中所述电机驱动器选用雷塞品牌型号为DM320C的电机驱动器，所述舵机驱动器选用品牌为乐幻索尔型号为LSC-16-V1.1的舵机驱动器，所述光栅传感器选用雷尼绍品牌型号为RCH24H30DA的光栅传感器，所述数据采集卡选用雷塞品牌型号为DMC2210的数据采集卡。

电机驱动器与电机连接，用于驱动电机；舵机驱动器与舵机连接，用于驱动舵机；电机驱动器及舵机驱动器直接与计算机建立连接，数据采集卡的输入端连接X方向光栅传感器6和Y方向光栅传感器17，数据采集卡的输出端连接计算机。

计算机按照以下原理计算：如图3所示，已知测球的半径为r，标定的跨棒距M标＝2(R标+r)、则理论跨棒距M＝2(R+r)、M测＝2(R测+r)，R测＝(R标+r+Δy)，X轴误差值Δx、Y轴误差值Δy，X轴偏移数据转到Y轴补偿值a，则ΔM＝2a。

由图3可以得出

R＝R标+△y+a

a＝R-R标-△y

(△x)²＝R²-(R标+△y)²

人工上料被测齿轮后，通过手柄33摇动丝杆副32使滑板27沿滑轨35运动，当双片簧精密测量机构中的测头2移动至标定位置后，滑板27停止运动，通过锁紧机构31固定。

使用一个标准齿轮标定测头的零点位置，即双片簧机构处于机械零点对应的测头位置。如图9所示，被测齿轮安装在工装轴系22，工装轴系22由电机驱动做回转运动。X方向光栅传感器6读取测头径向X的位移，Y方向光栅传感器17读取测头轴向Y的位移。滑板27带动测量机构100沿Y轴方向运动，当运动到测头标定的M/2值处时，计算机根据X方向光栅传感器6和Y方向光栅传感器17读取的数据，即可计算出测头2在该齿槽中的平均跨棒距M值。测量完成测头2在第一个齿槽的平均跨棒距，电机驱动被测齿轮1旋转一个齿距角，测量测头2在第二个齿槽中的平均跨棒距值，以上依次类推，直至测量完成测头2在每个齿槽中的跨棒距值。

计算机接收到一齿测量结束的信号后，通过舵机37带动偏心轴36旋转实现测头退齿动作。

电机带动被测齿轮旋转(360°/齿轮齿数)角度，舵机37带动偏心轴36旋转使测头2处于Y轴的机械零点，杠杆25、限位支架26、支架23、连接轴24、销轴28在弹簧力的作用下使测头2处于X轴的机械零点。

测量机构100开始测量下一齿M值，以此类推，直至测量完成被测齿轮每个齿的M值。

以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。