專利名稱：一種齒輪測量中心零點標定的測量方法及測量用附件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及四坐標測量機技術領域，具體涉及一種齒輪測量中心零點標定的測量 方法及測量用附件。
背景技術：
齒輪測量中心是信息技術、計算機技術和數(shù)控技術在齒輪測量儀器上集成應用的 結晶，是坐標式齒輪測量儀器發(fā)展中的一個里程碑。主要用于齒輪單項幾何精度的檢測， 也可用于齒輪整體誤差的測量。它具有測量范圍廣、精度高、效率高等特點。齒輪測量中心實質(zhì)上是含有一個回轉(zhuǎn)角坐標的四坐標測量機——圓柱坐標測量 機。使用時，工件安裝在固定在回轉(zhuǎn)中心軸線上的兩個頂尖之間，記錄工件表面一系列點的 絕對坐標值(即相對于回轉(zhuǎn)中心的各軸位置示值)，通過一定算法計算得到工件的誤差。齒 輪測量中心的絕對零點即為回轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心。但是每次系統(tǒng)斷電前各軸所處的位置是隨 機的，當系統(tǒng)上電后，各軸坐標示值自動清零，所以各軸示值均是在當前相對零點下的坐標 值，而不是以回轉(zhuǎn)中心為零點的坐標系下的坐標值，這樣就要求在工件測量前必須標定齒 輪測量中心的零點坐標。為了標定齒輪測量中心的零點坐標，目前經(jīng)常使用的有兩種方法
一、標準芯棒標定法將一標準芯棒裝夾在回轉(zhuǎn)中心的頂尖上，通過測頭接觸測量芯棒 上多點位置，通過最小二乘圓擬合方法可計算出芯棒的圓心亦即回轉(zhuǎn)中心的位置值。受到由于測量誤差的影響，任一點的位置誤差都將引起計算圓心與實際圓心的偏 差，因此在采用最小二乘圓擬合方法時，在圓周上測量的點數(shù)越多，所測量點分布的位置越 廣，則其擬合的結果精度越高，最佳方案的是圓周內(nèi)均布的多點測量。反之測量誤差越大。 由于受到測頭安裝位置的影響(假設不受R軸行程的影響)測頭也最多能接觸到半個圓周， 因此在坐標系建立時，一般要求測頭的行程必須能夠通過回轉(zhuǎn)中心位置，所測量到的六點 應盡可能的均布半圓。標準芯棒標定方法存在的缺點是一般要求測頭的行程必須能夠通過回轉(zhuǎn)中心位 置才能進行零點的正確建立。測量尺寸較大的工件時，由于實際測量過程中往往要求測頭 處于工件靠近外徑的地方進行測量，所以必須保證測量的行程比較大(從R=O到R>工件外 徑)。但由于受到機械尺寸行程限制，往往無法實現(xiàn)大工件的測量。二、固定球/塊規(guī)標定法將一個標準球/塊規(guī)固定安裝在齒輪測量中心的非回轉(zhuǎn) 軸臺上的某一固定位置上(即該位置不能在回轉(zhuǎn)軸臺上)，事先通過塊規(guī)等儀器檢測得到該 標準球球心/塊規(guī)與回轉(zhuǎn)中心的相對位置值，并將此作為齒輪測量中心的固定機械屬性。 工件測量前，通過測頭接觸測量標準球/塊規(guī)，可以計算得到標準球/塊規(guī)的相對于測頭的 位置，從而可以得到測頭相對于回轉(zhuǎn)中心的相對位置。該方法不要求測頭行程必須達到回 轉(zhuǎn)中心位置，因此可以實現(xiàn)大工件的測量。固定球/塊規(guī)標定法存在的缺點是由于受到機械尺寸行程限制，為了避免干涉 固定球/塊規(guī)往往必須將標準球/塊規(guī)放置于離回轉(zhuǎn)中心較遠位置，這樣雖然可以進行大
3尺寸工件的測量，但在此位置無法對小尺寸工件進行測量。如果要滿足測量小尺寸工件的 要求，必須將標準球/塊規(guī)放置在離回轉(zhuǎn)中心較近位置，但在測量大尺寸工件時標準球/塊 規(guī)與工件又容易產(chǎn)生干涉問題。為了實現(xiàn)不同工件的測量，操作人員在必要時需要改變標 準球/塊規(guī)的位置，而標準球/塊規(guī)與回轉(zhuǎn)中心相對位置的標定需要靠塊規(guī)等標準設備來 檢測，控制過程復雜。因此本方法存在著因測量行程引起的齒輪測量中心零點標定不方便， 從而不能同時滿足大、小尺寸工件測量要求的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種齒輪測量中心零點標定的測量方法及測量用附件，以克服現(xiàn)有 技術存在的因測量行程引起的齒輪測量中心零點標定不方便的問題。為了克服現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的解決方案是
一種齒輪測量中心零點標定的測量方法，是將標準球設置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意 一個測頭可接觸到的測量位置，先得到球心的絕對坐標(Tl，Rl，ql)，然后通過轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸 使回轉(zhuǎn)軸臺轉(zhuǎn)動，使標準球旋轉(zhuǎn)到另一角度，得到球心的另一個絕對坐標(T2，R2，q2)，然后 推算出回轉(zhuǎn)中心的位置(TO，R0)
上述方法的具體步驟是
第一步將標準球放置在齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的合適位置，保證測頭在 行程范圍內(nèi)能夠接觸上標準球；
第二步根據(jù)測頭的測力方向，手動移動測頭使之處于與標準球測力方向一致的正前
方；
第三步在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭與標準球接觸，并測量得到與標準球與測 頭接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點，并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的各 軸坐標值(Tl，Rl，ql)；
第四步手動操作使齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一定角度，并將測頭移動到與標準球 測力方向一致的正前方；
第五步在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭與標準球接觸，并測量得到標準球與測頭 接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點后測頭退出，并獲取當前的坐標值(T3，R3，q2), 并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的各軸坐標值(T2，R2，q2)；
第六步計算機根據(jù)測量得到的兩個球心的坐標值計算得到回轉(zhuǎn)中心坐標(T0，R0)， 測頭相對于回轉(zhuǎn)軸軸心位置的相對坐標值(T3-T0，R3-R0)，該值即為當前齒輪測量中心各 軸的實際坐標值，設置齒輪測量中心各軸坐標示值(T3-T0，R3-R0)； 第七步零點設置完畢，取下標準球。一種上述測量用的附件，包括磁力底座、與磁力底座可升降固定配合的支撐桿，支 撐桿上端設置有安裝凹槽。上述支撐桿的下端可旋轉(zhuǎn)地設置于磁力底座內(nèi)。通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)支撐桿的升降。
上述支撐桿的下端通過磁力底座側壁穿設的鎖緊螺釘與磁力底座相對固定。調(diào)節(jié) 支撐桿下端在磁力底座的長度并通過鎖緊螺釘固定可實現(xiàn)支撐桿的升降。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
1、方法簡便，適用范圍廣本發(fā)明給出的方法中，將原先固定設置于非回轉(zhuǎn)軸軸臺上的 標準球改變?yōu)樵O置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意位置，以活動球的兩點定零點來代替固定球 的一點定零點，使測量原理發(fā)生了根本的變化，采用本發(fā)明的方法可以方便的對齒輪測量 中心零點進行標定，并且可兼顧大、小尺寸工件的測量的問題。2、提供的附件結構簡單，易操作要將標準球設置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意位 置有很多實現(xiàn)方式，本發(fā)明提供的附件結構簡單，適用于不同大小尺寸的標準球，同時標定 結束后即可取下旋轉(zhuǎn)球。無需增大齒輪測量中心的各軸行程，且無需事先靠塊規(guī)等標準設 備來檢定標準球與回轉(zhuǎn)中心的相對位置。成本低本發(fā)明方法和提供的附件，測量精度高，測量范圍大且不會與工件產(chǎn)生干 涉，對操作人員的要求降低，使用成本低。
圖1是公知的齒輪測量中心的結構示意圖； 圖2是公知的標準芯棒標定法的示意圖3是公知的固定標準球/塊規(guī)標定法的示意圖； 圖4是本發(fā)明方法的結構原理圖； 圖5和圖6是本發(fā)明附件的結構示意圖； 圖7是實施例1的結構示意圖； 圖8是實施例3的結構示意圖。附圖標記如下
1-工作平臺，2-導軌組件，3-軸向?qū)к壔埽?-回轉(zhuǎn)軸臺，5-測頭，6-回轉(zhuǎn)中心，7-標 準芯棒，8-標準球，9-支撐桿，10-磁力底座，11-鎖緊螺釘。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。參見圖1 公知的齒輪測量中心具有工作平臺1、導軌組件2、軸向?qū)к壔?、主軸 等，測頭5安裝在可移動的軸向?qū)к壔?上，可沿R，Τ, Z三個直線軸運動，各軸位移坐標 由光柵尺檢測。工作平臺1的中心線上設置主軸，主軸為立式旋轉(zhuǎn)主軸，在主軸上設置有回 轉(zhuǎn)軸臺4，在回轉(zhuǎn)軸臺4上同軸安裝下頂尖，主軸旁邊安置一夾持工件的上頂尖支架，主軸 的回轉(zhuǎn)角度由圓光柵檢測。主軸的回轉(zhuǎn)中心為齒輪測量中心T軸和R軸的絕對零點。參見圖2 公知的標準芯棒標定法中，標準芯棒7設置于回轉(zhuǎn)軸臺的頂尖上，測量 時要求測頭5的行程必須能夠通過回轉(zhuǎn)中心6的位置，所測量到的六點應盡可能的均布半 圓。參見圖3 公知的固定標準球/塊規(guī)標定法中標準球8固定安裝在回轉(zhuǎn)軸臺4以 外的某一位置上，通過測頭5接觸測量標準球8，可以計算得到標準球8相對于測頭的位置， 從而可以得到測頭5相對于回轉(zhuǎn)中心6的相對位置。
參見圖4 一種齒輪測量中心零點標定的測量方法，是將標準球8設置于回轉(zhuǎn)軸臺 上部空間的任意一個測量位置，先得到球心的絕對坐標(Tl，Rl，ql)，然后通過轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸 使回轉(zhuǎn)軸臺4轉(zhuǎn)動，使標準球8旋轉(zhuǎn)到另一角度，得到球心的另一個絕對坐標(T2，R2，q2), 然后推算出回轉(zhuǎn)中心6的位置(TO，R0)
參見圖5和圖6，一種齒輪測量中心零點標定的附件，該裝置包括磁力底座10、與磁力 底座10可升降固定配合的支撐桿9，支撐桿9上端設置有安裝凹槽。所說的支撐桿9的下 端通過磁力底座10側壁穿設的鎖緊螺釘11與磁力底座1相對固定。使用時，松開鎖緊螺釘11，使支撐桿9升降來調(diào)節(jié)標準球8需要的高度，到位后緊 固鎖緊螺釘11，將標準球8設置于安裝凹槽內(nèi)。將本附件通過磁力底座10吸附于回轉(zhuǎn)軸臺 4上即可用于測量。采用本附件即可實現(xiàn)將標準球8設置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意一個測量位置， 其它結構形式的附件亦可采用。實施例1
參見圖7測力為水平方向(T向)。具體步驟是
一、將標準球8通過附件放置在齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸臺4上部空間的合適位置，保證 測頭5在行程范圍內(nèi)能夠接觸上標準球8 ；
二、根據(jù)測頭5的測力方向，手動移動測頭5使之處于與標準球8測力方向一致的的正 前方(如圖3);
三、在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭5與標準球8接觸，并測量得到與標準球8與 測頭5接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點，并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的各 軸坐標值(Tl，Rl,ql)；測頭5自動移動路徑如圖4所示；
四、手動操作使齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一定角度，并將測頭5移動到與標準球8測 力方向一致的正前方；
五在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭5與標準球8接觸，并測量得到標準球8與測 頭5接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點后測頭5退出，并獲取當前的坐標值(T3，R3， q2)，并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的各軸坐標值(T2，R2，q2)；
六、計算機根據(jù)測量得到的兩個球心的坐標值計算得到回轉(zhuǎn)中心坐標(TO，R0)，測頭5 相對于回轉(zhuǎn)軸軸心位置的相對坐標值(T3-T0，R3-R0)，該值即為當前齒輪測量中心各軸的 實際坐標值，設置齒輪測量中心各軸坐標示值(T3-T0，R3-R0)；
七、零點設置完畢，取下標準球8。實施例2
對于使用三維測頭的齒輪測量中心可采用實施例1的方法進行零點標定。實施例3
參見圖8，測頭5測力為垂直方向(Z向)。具體實施步驟如下 一、齒輪測量中心上電后將各軸光柵示值清零。將標準球8吸附在回轉(zhuǎn)軸臺4上，手動移動測頭5到標準球8的正上方位置1 (如圖4)；
二、在齒輪測量中心的帶動下，自動帶動測頭5沿R和Z向移動，與標準球8接觸，并測 量得到標準球8與測頭5接觸垂直截面四分之一圓范圍內(nèi)均勻的六個點，并根據(jù)該六點計 算得到球心的R軸坐標值Rl (如圖5)；
三、測頭5回到起點，自動帶動測頭5沿T禾ΠZ向移動，與標準球8接觸，并測量得到標 準球8與測頭5接觸垂直截面半圓范圍內(nèi)均勻的7個點，根據(jù)該七點計算得到球心的T軸 坐標值Tl ；當前標準球8球心坐標為(Tl，Rl)(如圖6)；
四、手動轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸使標準球8旋轉(zhuǎn)至令一位置，并將測頭5手動移動到標準球8的正 上方方位置2 ；
五、重復步驟二可得到球心的R軸坐標R2；重復步驟三得到球心T軸坐標Τ2;當前標 準球8球心坐標為(T2，R2)；測頭5當前坐標(T3，R3)；根據(jù)兩個球心的坐標(Tl，Rl)和 (T2, R2)及其夾角計算得到軸心的坐標值(TO，R0)，根據(jù)測頭5當前位置(T3，R3)，計算得到 測頭5與軸心的相對位置(T1-T0，R1-R0)，該值即為當前各軸的絕對坐標示值。
權利要求
一種齒輪測量中心零點標定的測量方法，其特征在于是將標準球設置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意一個測頭可接觸到的測量位置，先得到球心的絕對坐標(T1,R1，q1)，然后通過轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸使回轉(zhuǎn)軸臺轉(zhuǎn)動，使標準球旋轉(zhuǎn)到另一角度，得到球心的另一個絕對坐標(T2,R2，q2)，然后推算出回轉(zhuǎn)中心的位置(T0,R0):。289298dest_path_image001.jpg,111761dest_path_image002.jpg
2.根據(jù)權利要求1所述的一種齒輪測量中心零點標定的測量方法，其特征在于所述 方法的具體步驟是第一步將標準球放置在齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的合適位置，保證測頭在 行程范圍內(nèi)能夠接觸上標準球；第二步根據(jù)測頭的測力方向，手動移動測頭使之處于與標準球測力方向一致的正前方；第三步在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭與標準球接觸，并測量得到與標準球與測 頭接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點，并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的 各 軸坐標值(Tl，Rl，ql)；第四步手動操作使齒輪測量中心的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一定角度，并將測頭移動到與標準球 測力方向一致的正前方；第五步在齒輪測量中心的帶動下，帶動測頭與標準球接觸，并測量得到標準球與測頭 接觸的水平截面半圓范圍內(nèi)均勻的六個點后測頭退出，并獲取當前的坐標值(T3，R3，q2), 并根據(jù)最小二乘圓法計算得到球心的各軸坐標值(T2，R2，q2)；第六步計算機根據(jù)測量得到的兩個球心的坐標值計算得到回轉(zhuǎn)中心坐標(TO，R0)， 測頭相對于回轉(zhuǎn)軸軸心位置的相對坐標值(T3-T0，R3-R0)，該值即為當前齒輪測量中心各 軸的實際坐標值，設置齒輪測量中心各軸坐標示值(T3-T0，R3-R0)； 第七步零點設置完畢，取下標準球。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種齒輪測量中心零點標定的測量方法中所使用的測量 附件，其特征在于包括磁力底座、與磁力底座可升降固定配合的支撐桿，支撐桿上端設置 有安裝凹槽。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種齒輪測量中心零點標定的測量用附件，其特征在于所 述的支撐桿的下端可旋轉(zhuǎn)地設置于磁力底座內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種齒輪測量中心零點標定的測量用附件，其特征在于所 述的支撐桿的下端通過磁力底座側壁穿設的鎖緊螺釘與磁力底座相對固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪測量中心零點標定的測量方法及測量用附件?，F(xiàn)有技術存在著因測量行程引起的齒輪測量中心零點標定不方便，從而不能同時滿足大、小尺寸工件測量要求的問題。本發(fā)明提供一種齒輪測量中心零點標定的測量方法及測量用附件，是將標準球設置于回轉(zhuǎn)軸臺上部空間的任意一個測頭可接觸到的測量位置，先得到球心的絕對坐標(T1,R1，q1)，然后通過轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸使回轉(zhuǎn)軸臺轉(zhuǎn)動，使標準球旋轉(zhuǎn)到另一角度，得到球心的另一個絕對坐標(T2,R2，q2)，然后推算出回轉(zhuǎn)中心的位置(T0,R0)。本發(fā)明提供的方法簡便，適用范圍廣；提供的附件結構簡單；對操作人員的要求降低，使用成本低。
文檔編號G01M13/02GK101886921SQ20101022128
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權日2010年7月8日
發(fā)明者劉波, 勞奇成, 盧春霞, 王建華, 王洪喜, 祝強, 陳曉東, 高紅紅 申請人:西安工業(yè)大學