一种自动测量齿轮尺寸的方法与流程

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种自动测量齿轮尺寸的方法。

背景技术：

齿轮传动是机械传动中最主要的传动形式之一，它在现代机械中应用极为广泛，而齿轮尺寸的精度将会很大程度的影响齿轮传动过程中齿轮的寿命、机器运行平稳度、噪声等。影响齿轮传动精度的主要原因有加工精度、安装精度等，对于齿轮尺寸精度的检测一直是人们关心的问题。

目前对于齿轮尺寸检测所采用的方法为单齿啮合仪、双齿啮合仪、齿圈跳动仪、数字图像相关法、三坐标测量机、激光测量等方法，但需要购买大量测量设备，且测量设备都较为昂贵。尤其单齿啮合仪、双齿啮合仪、齿圈跳动仪仅对齿轮某一参数进行测量，并不能测量齿轮的所有参数。对于利用数字图像相关技术对齿轮尺寸测量也有一定局限性。由于数字图像相关法测量时仅能提取某一平面图像信息，且仅能测量工件空间尺寸较为简单或单一的工件，对于复杂空间结构齿轮例如斜齿轮等工件具有＝有一定局限性。

因此，针对以上不足，需要提供一种自动测量齿轮尺寸的方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供了一种自动测量齿轮尺寸的方法，解决大批量齿轮尺寸自动检测、降低企业购买大量昂贵测量仪器及降低人员成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自动测量齿轮尺寸的方法，其改进之处在于：所述方法包括如下步骤：

(1)在三坐标测量机前摆放被测齿轮；

(2)所述三坐标测量机对测头进行标定；

(3)对所述测头进行配置，包括单测头模式和多测头模式；

(4)设定所述被测齿轮的理论参数；

(5)所述三坐标测量机对所述被测齿轮进行测量，输出实际参数值；

(6)所述三坐标测量机将所述理论参数与所述实际参数进行比对，得出所述被测齿轮的误差分数。

其中：步骤(1)摆放被测齿轮时，将其平放在所述三坐标测量机的机床上，且设定所述被测齿轮的第一齿到齿轮中心的连线，与所述机床的正前方轴线平行；

若所述被测齿轮为齿轮轴，则设定被测齿轮轴直立，即所述齿轮轴向与所述三坐标测量机设定的z轴一致。

其中：步骤(3)对所述测头进行配置时，所述三坐标测量机根据所述被测齿轮的类型进行配置，包括：

当所述被测齿轮为内齿时，进行的单测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；

当所述被测齿轮为内齿时，进行的多测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；内齿轮齿顶直径大于等于2倍所述测头长度时，校正角度a＝90°、角度b＝-180°～+180°的所有角度；和所述内齿轮齿顶直径小于2倍所述测头长度时，安装星型测头的一个测针，构成l形测针后，校正角度a＝0°，角度b＝-180°～+180°的所有角度；

当所述被测齿轮为外齿直齿轮时，进行的单测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；

当所述被测齿轮为外齿直齿轮或者外齿斜齿轮时，进行的多测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；和校正角度a＝90°、角度b＝-180°～+180°的所有角度。

其中：步骤(4)设定所述被测齿轮的理论参数包括：

在齿轮的轴或中心孔采点数、齿轮总齿数、法向模量、变位系数、压力角、螺旋角、渐开线待测点数、在齿向上测量的点数、齿宽、完全测量齿数和沿z轴方向在基准平面采点数。

其中：步骤(5)所述三坐标测量机对所述被测齿轮进行测量的步骤包括：

1)在被测齿轮的第一齿中间测量一点，所述三坐标测量机根据所述被测齿轮的类型进行判断，若为所述外齿，则把所述测头移动到+y轴坐标上、且和0距离最短的齿外，在对应齿顶的中间测量一点；若为所述内齿，则把所述测头移动到+y轴坐标上、且和0距离最短的齿槽里，在所述齿槽的中间测量一点；若为斜齿，则把所述测头移动到被测齿的高度中间，使z轴z＝0；根据上述所述被测齿轮的类型，在所述齿顶或所述齿槽的中间测量一点；

2)在所述被测齿轮的左渐开线齿根圆处测量一点；

3)在所述被测齿轮的左渐开线齿顶圆处测量一点。

其中：当所述被测齿轮为外齿，进行单测头模式配置时，所述被测齿轮厚度需小于测针有效工作长度，且为直齿；

当所述被测齿轮为内齿，进行单测头模式配置时，所述被测齿轮厚度需小于测针有效工作长度，且为直齿。

其中：设定所述被测齿轮的理论参数时：

螺旋角设定右旋为正；

渐开线待测点数设定大于4个；

在齿向上测量的点数大于4。

其中：步骤3)在测量所述左渐开线齿根圆处的一点时：

若被测齿轮是外齿，则先测量齿根圆，后测量齿顶圆；

若被测齿轮是内齿，则先测量齿顶圆，后测量齿根圆。

实施本发明的，具有以下有益效果：

本发明主要利用三坐标测量机与自主开发的齿轮测量程序对大批量齿轮尺寸数据进行自动采集，并对测量机采集的齿轮测量参数进行分析，以得到齿轮综合齿形误差、齿形误差、周节误差、圆跳动、平均齿厚误差、最大齿厚误差、最小齿厚误差。

本发明可以支持慢速的单点模式，也支持高速的扫描模式和五轴测头模式,因此效率得以提高，并且它预存所有测量信息，可以快速定位和自动找正，提高了测量效率。

本发明克服了三坐标测量机仅能测量小批量、单个工件及齿轮尺寸测量必须购买大量测试仪器的问题，即提高了大批量齿轮尺寸检测问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的流程图；

图2是本发明实施例提供的给出参数后，渐开线综合误差图和齿向综合误差图；

图3是本发明实施例提供的给出参数后，周节误差图和周节累积误差图；

图4是本发明实施例提供的对外齿第一齿进行测量时取点的示意图；

图5是本发明实施例提供的角度a＝0°、角度b＝0°时测头位置的示意图；

图6是本发明实施例提供的角度a＝90°、角度b＝0o时测头位置的示意图；

图中，ff为综合齿形误差，ff为齿形误差，f为综合齿向误差，fβf为齿向误差，fp为周节累积误差，fp为周节误差，fr为圆跳动，aes为平均齿厚误差，ues为最大齿厚误差，les为最小齿厚误差。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提出一种自动测量齿轮尺寸的方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤：

(1)在三坐标测量机前摆放被测齿轮；摆放被测齿轮时，将其平放在所述三坐标测量机的机床上，且设定所述被测齿轮的第一齿到齿轮中心的连线，与所述机床的正前方轴线平行；若所述被测齿轮为齿轮轴，则设定被测齿轮轴直立，即所述齿轮轴向与所述三坐标测量机设定的z轴一致。本实施例的第一齿是通过用户自行且任意设定的，为了与测头角度匹配，本实施例设第一齿是与+y轴距离最短的齿。

(2)所述三坐标测量机对测头进行标定；

(3)对所述测头进行配置，包括单测头模式和多测头模式；在所述三坐标测量机确定所述被测齿轮的类型后，配置如下：

当所述被测齿轮为内齿时，进行的单测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°，如图5所示；

当所述被测齿轮为内齿时，进行的多测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°(垂直向下的测头)；内齿轮齿顶直径大于等于2倍所述测头长度时，校正角度a＝90°、角度b＝-180°～+180°的所有角度；和所述内齿轮齿顶直径小于2倍所述测头长度时，安装星型测头的一个测针，构成l形测针后，校正角度a＝0°，角度b＝-180°～+180°的所有角度；当校正角度a＝90°、角度b＝-180°～+180°的所有角度。若角度a＝90°、角度b＝0°的示意图如图6所示。

当所述被测齿轮为外齿直齿轮时，进行的单测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；

当所述被测齿轮为外齿直齿轮或者外齿斜齿轮时(包括齿轮孔和齿轮轴产品)，进行的多测头模式配置为：校正角度a＝0°、角度b＝0°；和校正角度a＝90°、角度b＝-180°～+180°的所有角度。

本实施例需要注意的是，当所述被测齿轮为内齿，进行单测头模式配置时，所述被测齿轮厚度需小于测针有效工作长度，且为直齿。当所述被测齿轮为外齿，进行单测头模式配置时，所述被测齿轮厚度需小于测针有效工作长度，且为直齿。

(4)设定所述被测齿轮的理论参数，包括：在齿轮的轴或中心孔采点数、齿轮总齿数、法向模量、变位系数、压力角、螺旋角、渐开线待测点数、在齿向上测量的点数、齿宽、完全测量齿数和沿z轴方向在基准平面采点数。具体的，本实施例在设定所述被测齿轮的理论参数时：

螺旋角设定右旋为正；

渐开线待测点数设定大于4个；

在齿向上测量的点数大于4。

(5)所述三坐标测量机对所述被测齿轮进行测量，输出实际参数值；进行测量的步骤包括：

1)在被测齿轮的第一齿中间测量一点，所述三坐标测量机根据所述被测齿轮的类型进行判断，若为所述外齿，则把所述测头移动到+y轴坐标上、且和0距离最短的齿(定义为第一齿)外，在该齿的齿顶部的中间测量一点，如图4中黑点所示；若为所述内齿，则把所述测头移动到+y轴坐标上、且和0距离最短的齿槽里，在所述齿槽的中间测量一点；若为斜齿，则把所述测头移动到被测齿的高度中间，使z轴z＝0；根据上述所述被测齿轮的类型，在所述齿顶或所述齿槽的中部，沿着+y方向测量一点；

2)在所述被测齿轮的左渐开线齿根圆处测量一点；

3)在所述被测齿轮的左渐开线齿顶圆处测量一点，其中，若被测齿轮是外齿，则先测量齿根圆，后测量齿顶圆；若被测齿轮是内齿，则先测量齿顶圆，后测量齿根圆。

(6)所述三坐标测量机将所述理论参数与所述实际参数进行比对，得出所述被测齿轮的误差分数。

本实施例以如下参数为例进行说明。参数设定为：模数为2.5，齿厚为3.927，周节为7.854，齿数为30，分度圆直径为75.000，顶圆直径为80.000，基圆直径为70.000，变位系数为0.000，压力角为2.500，螺旋角为0.000，测头直径为1.957。在按图纸输入被测齿轮的公差要求(单位为μm)后，同等时刻下，经过本实施例的方法，自动测量编号第1，8，16，23这4个完整测量齿的左右两侧的渐开线误差(渐开线综合误差图)和齿向误差(齿向综合误差图)如图2所示。渐开线误差表中主要检测的是渐开线(内齿和外齿，直齿和螺旋齿都包括)加工的精度。齿向误差表中主要检测的是直线(直齿)或者螺旋线误差(螺旋齿)。经对比，图2中输出内容与专业齿轮检测中心的输出报告类似，具有可比性。

在上述参数设定同值，且给定被测齿轮的公差要求后，得到的齿轮的齿厚误差图形、分度圆上的径向跳动和左右两侧的周节误差(也叫齿距误差)、周节累积误差(也叫齿距累积误差)如图3所示。其测试结果与齿轮标准的定义和工业规范的图形报告具有可比性。

经过图2和图3的示意图可以看出，仅通过三坐标测量机和本发明的方法，即可测出齿轮尺寸，替代了原有的需要单独测量的昂贵设备，在同等效果下节省了成本和人力，且节约了时间。

综上所述，现有的三坐标测量齿轮，通常是配备转台，采用范成法测量，它作为专用的三坐标齿轮测量中心来使用，因此很难再用于其他零件的测量；本实施例的特点在于，无需增加配置，也实现了渐开线运动的控制和测量，所以本方法既可以实现普通零件的测量，也可以实现齿轮的测量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。