專利名稱：齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法，特別是涉及一種對外齒輪、內齒輪、齒輪刀具、蝸輪蝸桿的參數(shù)檢測方法，屬于齒輪精密測量技術領域。
背景技術：
目前的齒輪參數(shù)檢測方法，基本上可以分為4種，機械幾何解析測量法、齒輪嚙合滾動式綜合測量法、CNC坐標測量法和非接觸式齒輪測量法。1、機械幾何解析測量法
該法主要以比較測量為主，其實質是相對測量。具體方式有兩種一是將被測齒輪與一標準齒輪進行實物比較，從而得到各項誤差；二是展成測量法，就是將儀器的運動機構形成的標準特征線與被測齒輪的實際特征線作比較，來確定相應誤差；而精確的展成運動是借助一些精密機構來實現(xiàn)的。不同的特征線需要不同的展成機構，同一展成運動可用不同的機械結構來實現(xiàn)。比較測量的主要缺點是測量精度依賴于標準件或展成機構的精度，機械結構復雜，柔性較差，同一個齒輪需要多臺儀器測量。對于非漸開線齒輪的端面齒廓測量，采用展成法測量是十分困難的，因為展成機構太復雜并且缺乏通用性。典型產(chǎn)品有Zeiss VG450, Carl Mahr 890 和 891S, MAAG SP60 和 HP100,大阪精機 GC-4H 和 GC-6H以及哈量3201。2、齒輪嚙合滾動式綜合測量法
其基本思想是，將被測對象作為一個剛性的功能元件或傳動元件與另一標準元件作嚙合運動，通過測量嚙合運動誤差來反求被測對象的誤差。該法可在一臺儀器上快速獲取齒輪的全部誤差信息，克服了 “機械幾何解析測量法”同一個齒輪需要多臺儀器測量的缺點。但該法需要標準元件并且測量精度不僅與測量儀器相關，更取決于標準元件的精度。典型儀器是成都工具研究所生產(chǎn)的CZ450齒輪整體誤差測量儀、CSZ500錐齒輪測量機和CQB700擺線齒輪測量儀。3、CNC坐標測量法
該法把早期“比較測量”引伸到“模型化測量”，其實質是將被測零件作為一個純幾何體，通過測量實際零件的坐標值(直角坐標、極坐標、圓柱坐標等)，并與理想要素的數(shù)學模型作比較，從而確定相應的誤差。理想的數(shù)學模型獲得有兩種方法一種是展成系統(tǒng)形成一條非常標準的理論軌跡，測頭感受到的示值可直接作為被測齒輪的誤差；另一種是非標準軌跡的電子展成法，由于計算機的計算誤差以及驅動裝置與傳動裝置等都存在誤差， 開環(huán)電子展成系統(tǒng)中測頭運動軌跡不能直接作為測量基準，此時，測頭示值中既有被測量的成份，也包含展成系統(tǒng)的誤差，因此，必須用位移檢測元件測出各相關運動的實際位移量，再由計算機將實際位移量和測頭的示值進行合成，補償展成系統(tǒng)的誤差，得到被測齒面上對應點的實際坐標；然后，計算機將實際坐標與被測量的理論模型進行比較，才能得到被測量的誤差，這就是齒輪誤差。國產(chǎn)的典型產(chǎn)品是哈量的3903型齒輪測量中心；國外的典型產(chǎn)品是Klingelnberg的P系列，M&M公司的3000系列。CNC坐標測量法特點是通用性強，主機結構簡單，可達到很高的測量精度，它是齒輪測量技術的世界性主要潮流。4、非接觸式齒輪測量法
CNC坐標測量法克服了 “齒輪嚙合滾動式綜合測量法”依賴標準元件的缺點，幾乎可以實現(xiàn)任意形狀的齒廓測量。CNC坐標測量法存在以下問題
從測頭方面來講CNC坐標測量法通常采用電感式或光柵式接觸探針，其主要缺點一、 存在尖角誤差，無法實現(xiàn)齒輪齒根等部位的采樣，二、數(shù)據(jù)采樣率低，采用接觸式測頭的齒輪測量機對齒廓截面無法實現(xiàn)全截面采樣，只能在特定的角度，例如0°、90°、180°、 270°等角度位置進行離散采樣，三、測量效率低，采用接觸式測頭的齒輪測量機數(shù)據(jù)處理速度慢，通常為50PointS/S，完成一次測量最快也要8分鐘，無法滿足在線測量的要求；四、 接觸測量會劃傷齒面，又會因測力而使齒面產(chǎn)生彎曲變形，影響測量精度。為了克服該問題，出現(xiàn)了非接觸式齒輪測量法，主要有圖像式、激光全息式和激光三角式三種非接觸測量法。圖像式非接觸測量方法其實質是對工件平面投影的圖像進行處理，，因此，無法完成帶溝槽和削邊齒輪的測量。激光全息式齒輪測量法目前主要有兩種一種需要使用相干光源使來自物體的光束和參考光束發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉圖案。這種情況下，來自物體的光束與參考光束的傳播速度相同，但傳播的路徑不同，用CCD接收路徑不同引起的不同干涉圖案，從而完成齒輪截面形狀的測量。日本大阪精機開發(fā)的激光齒輪測量儀采用了該方法。該法能夠一次測出全齒面的形狀誤差，但是全齒面的反射光會受到其它齒的干涉，而感光元件必須要能感受到反射光才行，因而它不能測量大螺角齒輪。另一種基于錐光偏振全息術，是讓一光束穿過偏振器和單軸晶體，從而產(chǎn)生尋常光線與非常光線分量，用這兩種分量代替上述兩種光束， 產(chǎn)生干涉。由于尋常光線與非常光線自身的相干性，因此這種方法在不使用相干光源的情況下也可產(chǎn)生全息圖。采用C⑶接收干涉圖案從而實現(xiàn)對被測物的精確測量。日本AMTEC 公司的G3齒輪測量系統(tǒng)和以色列的斯科迪光電設備(上海)有限公司開發(fā)的齒輪測量機采用了該方法。該法彌補了相干光源激光全息齒輪測量法的不足，在小模數(shù)齒輪的檢測方面具有優(yōu)越性能，實現(xiàn)了對齒輪的高速測量。由于其激光光斑最大尺寸為僅6 μ m，解決了接觸式測量對微小件、細孔、盲孔、窄縫、復雜曲面的測量難題。其缺點是在保精度為3μπι，其測量景深為1.8mm，當測量范圍為IOmm時，其精度為10 μ m，測量景深短，另外對齒輪表面的材料特性敏感。綜上，目前齒輪測量方法，可以實現(xiàn)漸開線直、斜齒輪、花鍵、螺紋、蝸桿、傘齒輪等高精度、高可靠性的測量。存在的主要問題有，一、齒輪應用廣范，質量要求越來越高，要實現(xiàn)100%在線測量，目前的方法數(shù)據(jù)測量速度偏低；二、目前的方法多采用工件旋轉、測頭通過驅動系統(tǒng)按被測工件的數(shù)學模型運動，測量精度不僅依賴于齒輪測量機的精密伺服精度還與工件裝夾重復精度有關；三、目前的方法都是相對測量，一般需要事先知道被測齒輪的參數(shù)，對任意未知齒形的測量是目前齒輪測量方法的技術難題(由于數(shù)據(jù)采樣率低)；四、不同的齒輪，需要不同的夾具，測量方法的柔性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法，其采用激光位移非接觸測量技術實現(xiàn)了齒輪無盲點高速掃描，提高了檢測速度和數(shù)據(jù)米樣率；米用被測齒輪靜止，僅測頭做測量運動的獨特工作方式，打破其它方法測頭相對齒輪做展成運動的工作模式，測量過程無需夾具，提高了測量系統(tǒng)的柔性和檢測精度；采用標定環(huán)對齒輪檢測系統(tǒng)進行絕對標定，打破了其它方法只能對齒輪實現(xiàn)誤差測量的現(xiàn)狀，可實現(xiàn)齒輪參數(shù)的絕對測量，解決了對未知參數(shù)齒輪的測量技術難題；采用齒輪實際測量數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內置數(shù)字齒輪相比較，獲得齒輪誤差，改變了其它方法采用齒輪實際輪廓與展成運動齒輪模型相比較獲得齒輪誤差的方法，提高了檢測精度；解決了上述當前齒輪測量方法存在的4個問題。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法，由床身、工作臺、轉折鏡、激光位移傳感器、支架、滑臺、角位移旋轉系統(tǒng)、升降臂8、數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)、芯軸和定位錐環(huán)組成；其特征在于床身與地面間采用隔振地基與地面連接，工作臺與床身采用螺栓固定連接，在工作臺上設有定心孔；在支架上安裝激光位移傳感器；支架安裝在滑臺的直線電機滑塊上，在直線電機的驅動下沿水平軸帶動激光位移傳感器組件移動；滑臺安裝在角位移旋轉系統(tǒng)與旋轉軸固定連接在轉盤上，角位移旋轉系統(tǒng)可沿垂直軸轉動；角位移旋轉系統(tǒng)的外殼用螺釘安裝在升降臂上，升降臂與床身的立面間由高精度的直線導軌及滑塊連接，形成升降臂沿垂直軸(Z軸)的移動，升降臂沿Z軸移動的動力來源于伺服電機帶動固連在床身立面的滾珠絲杠轉動，固聯(lián)在升降臂上的絲母帶動升降臂沿垂直軸移動；數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)安裝在角位移旋轉系統(tǒng)的轉軸上平面上，激光位移傳感器、滑臺的直線電機的導線穿過角位移旋轉系統(tǒng)的轉軸中空孔與數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)連接，伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)安裝在電控柜內。所述的在支架上安裝激光位移傳感器和轉折鏡。所述的在工作臺上放置定心裝置，被測齒輪初定位時定心裝置中的定位芯軸插入工作臺的定心孔中，定位錐環(huán)的中心孔套在定位芯軸的桿上。所述的定位芯軸與定心孔是滑動配合。所述的齒輪檢測方法具體步驟如下
1)先用量具粗略地測出被測齒輪齒頂圓直徑和齒輪厚度并輸入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)中，以供激光位移傳感器確定在滑臺上的伸縮量和升降臂帶動滑臺的升降量；
2)根據(jù)粗測的齒輪類型安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉折鏡，大內齒輪和外齒輪安裝激光位移傳感器，小內齒輪安裝激光位移傳感器和轉折鏡；
3)安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉折鏡后，進行齒輪的標定檢測，即采用標定環(huán)對檢測系統(tǒng)參數(shù)進行標定；標定時實時采集激光位移d(t)、升降臂線位移z(t)、滑臺的線位移數(shù)L(t)和角位移旋轉系統(tǒng)的角位移 ,構成了圓柱坐標系，標定環(huán)表面上任意點的坐標為 '2(f) = z(t)
< T(i) = L(i)+d(t) (1) β(β) = ( )
對標定數(shù)據(jù)采用最小二乘擬合得到標定環(huán)圓心坐標從而得到檢測系統(tǒng)標定參數(shù)為
L(t) = cosc% cos α'( ) + 辟 sai 0 sm α( ) +
.................................................................:...................................................................................................................................................................................................................................................................................... (3 )
4)根據(jù)上述公式(2)和(3)得到檢測系統(tǒng)標定參數(shù)后，根據(jù)被測工件齒輪齒頂直徑，調整滑臺帶動與其配合的激光位移傳感器伸縮，使激光位移傳感器處于有效測量范圍內并進行實際測量；
5)實測時首先根據(jù)被測工件高度調整升降臂帶動滑臺和激光位移傳感器升降，使光束投射到被測工件截面位置上；
6)再采用定心裝置對被測工件進行找正；工作臺上設一個定心孔，該定心孔與角位移旋轉系統(tǒng)是同軸(即極坐標中心同軸)，在測量齒輪或工件時，先將工件放在工作臺上，然后將定位芯軸穿入工作臺上的定心孔，芯軸也就與角位移旋轉系統(tǒng)同軸，在工件放在工作臺上后，將定位芯軸穿入配合的工作臺定心孔中，再將配合的定位錐環(huán)套入定位芯軸，定位錐環(huán)與角位移旋轉系統(tǒng)也同軸，定位錐環(huán)的錐面可使齒輪或工件定心；
7)定心調整結束后撤掉定心裝置；然后取出定位芯軸和定位錐環(huán)，被測齒輪靜止不動； 數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)發(fā)送指令控制伺服系統(tǒng)驅動角位移旋轉系統(tǒng)帶動滑臺和激光位移傳感器轉動；
8)在掃描齒輪過程中，數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)實時采集激光位移傳感器、滑臺和升降臂的位移數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)；其中需采集激光位移d(t)、升降臂線位移 z(t)、滑臺的線位移數(shù)L(t)和角位移旋轉系統(tǒng)的角位移《W,構成了圓柱坐標系，由此獲得被測齒輪表面上任意點的坐標；
當升降臂線位移ζ (t) —定時，根據(jù)時統(tǒng)關系，可得截面齒形函數(shù)為
T = J (a(t), z(t) = Const)(4)
當角位移旋轉系統(tǒng)的角位移θ (t) 一定時，根據(jù)時統(tǒng)關系，可得齒向函數(shù)
T = J (z(i), α( ) = Comi)(5 )
如果掃描齒輪多個截面，在齒向方向按照旋轉角度的對應關系，把齒向數(shù)據(jù)嫁接起來，嫁接的高度由升降臂提供的線位移ζ 決定，可得齒輪重構函數(shù)
Γ = /_),_(6)
9)在一個齒輪截面掃描結束，由數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)發(fā)送指令控制伺服系統(tǒng)驅動升降臂拖動激光位移傳感器升降后，掃描這一截面；同時測量升降臂線位移Z⑴/mm、滑臺的線位移數(shù)與激光位移的和/mm及角位移旋轉系統(tǒng)的角位移/rad的數(shù)據(jù)；
10)所有截面掃描測量結束，數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)重構，獲得齒形分度圓、模數(shù)、齒數(shù)、端跳、直徑和周節(jié)等參數(shù)，并進行齒根圓、齒頂圓和齒形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分 1 ；
11)數(shù)據(jù)分離后，把實測的齒形、齒向和周節(jié)等齒輪參數(shù)與檢測標定系統(tǒng)根據(jù)工程尺寸生成的數(shù)字齒輪相比較獲得齒輪單項誤差，齒輪誤差為
ΔΤ = /(ζ( ), α( ) - g(z(i), a(ij)(7)如齒形誤差、齒向誤差、周節(jié)誤差等并及時顯示出來。所述的數(shù)據(jù)分離的具體方法如下第一步由于齒形數(shù)據(jù)中含有齒輪偏心產(chǎn)生的大周期信號，為無用信號，采用高通濾波器濾除；第二步對濾波后數(shù)據(jù)進行求差分，一次差分后波谷部分為一次側齒形，波峰部分為另一次齒形，從波峰部分到相鄰波谷部分之間的近零線段為齒頂圓數(shù)據(jù)段，從波谷部分到相鄰波峰部分的近零線段為齒根數(shù)據(jù)段。所述的齒輪包括大內齒輪、小內齒輪和外齒輪；大內齒輪是指其齒頂圓直徑大于 120mm, 120mm是激光位移傳感器的尺寸與其作用距離之和；小于120mm為小內齒輪；轉折鏡的鏡片為Φ IOmm-Φ 30mm。所述的小內齒輪安裝的激光位移傳感器與轉折鏡為剛性連接，轉折鏡與激光位移傳感器為同步旋轉；其轉折鏡反射面與激光位移傳感器出射的光束呈45°，且測量光束構成的測量面為轉折鏡最大剖面，保證齒輪的激光掃描截面與工作臺平行。所述的位移傳感器為光強可調式激光位移傳感器，速度可達50000p/s。本發(fā)明的積極效果是對齒輪實現(xiàn)非接觸無盲點測量，提高了檢測速度；減小了被測表面性質不同對測量精度的影響；并且采用轉折鏡對激光位移傳感器的光路進行轉折， 解決了小內齒輪難以檢測的難題；在測量過程中，齒輪靜止不動，測頭做測量運動，減小了齒輪安裝帶來的測量誤差，同時不需要夾具，測量的柔性高；采用標定環(huán)對檢測系統(tǒng)進行絕對長度標定，先對齒輪進行絕對測量，重構后直接給出齒輪參數(shù)，而是再與數(shù)字齒輪比較， 提高了測量精度；不僅可以給出齒輪誤差，還能給出其它方法難以實現(xiàn)端跳、圓柱度、齒高等齒輪參數(shù)的測量，解決了目前未知齒輪參數(shù)測繪的技術難題；應用于漸開線直、斜齒輪、 花鍵、螺紋、蝸桿、傘齒輪等類齒輪齒向、齒形、分度、周節(jié)、齒頂、齒根、齒間距等項目的測量；還可測量插刀、拉刀、滾刀和剃刀等齒輪刀具；還可實現(xiàn)蝸輪等復雜形面體的測量。


圖1本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明的圓柱坐標系示意圖。
圖3為本發(fā)明的齒形測量步驟流程。
圖4為本發(fā)明的檢測時轉折鏡使用原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的實施例外齒輪標定原理圖。
圖6為本發(fā)明實施例小內齒輪標定原理圖。
圖7為本發(fā)明的實施例大內齒輪標定原理圖。
圖8為本發(fā)明的定心裝置結構示意圖。
圖9為本發(fā)明的齒輪截面齒形示意圖。
圖10為本發(fā)明的原始數(shù)據(jù)圖。
圖11為本發(fā)明的原始數(shù)據(jù)局部圖。
圖12為本發(fā)明的濾波后的數(shù)據(jù)圖。
圖13為本發(fā)明的濾波后的局部圖。
圖14為一次差分結果圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的描述 實施例1 大內齒輪參數(shù)檢測
對于大內齒輪，按圖3的步驟測量
1)先用量具粗略地測出被測齒輪14齒頂圓直徑和齒輪厚度并輸入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)11中，以供激光位移傳感器4確定在滑臺6上的伸縮量和升降臂8帶動滑臺6的升降量；
2)根據(jù)粗測的齒輪類型即是大內齒輪、小內齒輪或是外齒輪，如大于120mm為大內齒輪，只安裝與大內齒輪測量配合的日本基恩士公司生產(chǎn)的120mm士 IOmm的激光位移傳感器，不需要安裝轉折鏡。3)并按圖7所示進行大內齒輪的標定檢測，即采用標定環(huán)對檢測系統(tǒng)參數(shù)進行標定；其中采集激光位移d(t)、升降臂線位移ζ (t)、滑臺的線位移數(shù)L(t)和角位移旋轉系統(tǒng)的角位移,構成了圓柱坐標系，標定環(huán)表面上任意點的坐標為
權利要求
1.一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法，由床身、工作臺、轉折鏡、激光位移傳感器、支架、滑臺、角位移旋轉系統(tǒng)、升降臂、數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)、 芯軸和定位錐環(huán)組成；其特征在于床身與地面間采用隔振地基與地面連接，工作臺與床身采用螺栓固定連接，在工作臺上設有定心孔；在支架上安裝激光位移傳感器；支架安裝在滑臺的直線電機滑塊上，在直線電機的驅動下沿水平軸帶動激光位移傳感器組件移動； 滑臺安裝在角位移旋轉系統(tǒng)與旋轉軸固定連接在轉盤上，角位移旋轉系統(tǒng)可沿垂直軸轉動；角位移旋轉系統(tǒng)的外殼用螺釘安裝在升降臂上，升降臂與床身的立面間由高精度的直線導軌及滑塊連接，形成升降臂沿垂直軸(Z軸)的移動，升降臂沿Z軸移動的動力來源于伺服電機帶動固連在床身立面的滾珠絲杠轉動，固聯(lián)在升降臂上的絲母帶動升降臂沿垂直軸移動；數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)安裝在角位移旋轉系統(tǒng)的轉軸上平面上，激光位移傳感器、滑臺的直線電機的導線穿過角位移旋轉系統(tǒng)的轉軸中空孔與數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)連接，伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)安裝在電控柜內。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置，其特征在于所述的在支架上安裝激光位移傳感器和轉折鏡。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置，其特征在于所述的在工作臺上放置定心裝置，被測齒輪初定位時定心裝置中的定位芯軸插入工作臺的定心孔中，定位錐環(huán)的中心孔套在定位芯軸的桿上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置，其特征在于所述的定位芯軸與定心孔是滑動配合。
5.一種齒輪參數(shù)激光檢測方法，其特征在于檢測的具體步驟如下1)先用量具粗略地測出被測齒輪齒頂圓直徑和齒輪厚度并輸入到數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)中，以供激光位移傳感器確定在滑臺上的伸縮量和升降臂帶動滑臺的升降量；2)根據(jù)粗測的齒輪類型安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉折鏡，大內齒輪和外齒輪安裝激光位移傳感器，小內齒輪安裝激光位移傳感器和轉折鏡；3)安裝激光位移傳感器或安裝激光位移傳感器和轉折鏡后，進行齒輪的標定檢測，即采用標定環(huán)對檢測系統(tǒng)參數(shù)進行標定；標定時實時采集激光位移d(t)、升降臂線位移z(t)、滑臺的線位移數(shù)L(t)和角位移旋轉系統(tǒng)的角位移 _),構成了圓柱坐標系，標定環(huán)表面上任意點的坐標為T(i) = L(t)+d(i) (1)對標定數(shù)據(jù)采用最小二乘擬合得到標定環(huán)圓心坐標從而得到檢測系統(tǒng)標定參數(shù)為L(t) = p0 cos 0 cos Cf(￡) + / , sin Oq sin a^i) +4)根據(jù)上述公式(2)和(3)得到檢測系統(tǒng)標定參數(shù)后，根據(jù)被測工件齒輪齒頂直徑，調整滑臺帶動與其配合的激光位移傳感器伸縮，使激光位移傳感器處于有效測量范圍內并進行實際測量；5)實測時首先根據(jù)被測工件高度調整升降臂帶動滑臺和激光位移傳感器升降，使光束投射到被測工件截面位置上；6)再采用定心裝置對被測工件進行找正；工作臺上設一個定心孔，該定心孔與角位移旋轉系統(tǒng)是同軸(即極坐標中心同軸)，在測量齒輪或工件時，先將工件放在工作臺上，然后將定位芯軸穿入工作臺上的定心孔，芯軸也就與角位移旋轉系統(tǒng)同軸，在工件放在工作臺上后，將定位芯軸穿入配合的工作臺定心孔中，再將配合的定位錐環(huán)套入定位芯軸，定位錐環(huán)與角位移旋轉系統(tǒng)也同軸，定位錐環(huán)的錐面可使齒輪或工件定心；7)定心調整結束后撤掉定心裝置；然后取出定位芯軸和定位錐環(huán)，被測齒輪靜止不動； 數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)發(fā)送指令控制伺服系統(tǒng)驅動角位移旋轉系統(tǒng)帶動滑臺和激光位移傳感器轉動；8)在掃描齒輪過程中，數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)實時采集激光位移傳感器、滑臺和升降臂的位移數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)；其中需采集激光位移d(t)、升降臂線位移 z(t)、滑臺的線位移數(shù)L(t)和角位移旋轉系統(tǒng)的角位移,構成了圓柱坐標系，由此獲得被測齒輪表面上任意點的坐標；當升降臂線位移ζ (t) —定時，根據(jù)時統(tǒng)關系，可得截面齒形函數(shù)為T = / (a(t),z(i) = Comi)(4)當角位移旋轉系統(tǒng)的角位移θ (t) 一定時，根據(jù)時統(tǒng)關系，可得齒向函數(shù)T = J W),嗎=Const、(5)如果掃描齒輪多個截面，在齒向方向按照旋轉角度《(0的對應關系，把齒向數(shù)據(jù)嫁接起來，嫁接的高度由升降臂提供的線位移s 決定，可得齒輪重構函數(shù)T = f(z(i),a(￡))(6)9)在一個齒輪截面掃描結束，由數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)發(fā)送指令控制伺服系統(tǒng)驅動升降臂拖動激光位移傳感器升降后，掃描這一截面；同時測量升降臂線位移Z(X) /mm、滑臺的線位移數(shù)與激光位移的和/mm及角位移旋轉系統(tǒng)的角位移曰 /rad的數(shù)據(jù)；10)所有截面掃描測量結束，數(shù)據(jù)處理及顯示系統(tǒng)11實測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)重構，獲得齒形分度圓、模數(shù)、齒數(shù)、端跳、直徑和周節(jié)等參數(shù)，并進行齒根圓、齒頂圓和齒形數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分離；11)數(shù)據(jù)分離后，把實測的齒形、齒向和周節(jié)等齒輪參數(shù)與檢測標定系統(tǒng)根據(jù)工程尺寸生成的數(shù)字齒輪相比較獲得齒輪單項誤差，齒輪誤差為ΔΤ = f(z(t)r _ - g(z(i), _(7 )如齒形誤差、齒向誤差、周節(jié)誤差等并及時顯示出來。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)分離的具體方法如下第一步由于齒形數(shù)據(jù)中含有齒輪偏心產(chǎn)生的大周期信號，為無用信號，采用高通濾波器濾除；第二步對濾波后數(shù)據(jù)進行求差分，一次差分后波谷部分為一次側齒形，波峰部分為另一次齒形，從波峰部分到相鄰波谷部分之間的近零線段為齒頂圓數(shù)據(jù)段，從波谷部分到相鄰波峰部分的近零線段為齒根數(shù)據(jù)段。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測方法，其特征在于所述的齒輪包括大內齒輪、小內齒輪和外齒輪；大內齒輪是指其齒頂圓直徑大于120mm，120mm是激光位移傳感器的尺寸與其作用距離之和；小于120mm為小內齒輪；轉折鏡的鏡片為Φ10πιπι-Φ30πιπι。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測方法，其特征在于所述的小內齒輪安裝的激光位移傳感器與轉折鏡為剛性連接，轉折鏡與激光位移傳感器為同步旋轉；其轉折鏡反射面與激光位移傳感器出射的光束呈45°，且測量光束構成的測量面為轉折鏡最大剖面，保證齒輪的激光掃描截面與工作臺平行。
9.根據(jù)權利要求5所述的一種齒輪參數(shù)激光檢測方法，其特征在于所述的位移傳感器為光強可調式激光位移傳感器，速度可達50000p/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪參數(shù)激光檢測裝置及方法，其特征在于工作臺上設有定心孔；在支架上安裝激光位移傳感器；支架安裝在滑臺的直線電機滑塊上，滑臺安裝在角位移旋轉系統(tǒng)與旋轉軸固定連接在轉盤上，角位移旋轉系統(tǒng)的外殼用螺釘安裝在升降臂上，升降臂與床身的立面間由高精度的直線導軌及滑塊連接，伺服電機帶動固連在床身立面的滾珠絲杠轉動，數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)安裝在角位移旋轉系統(tǒng)的轉軸上平面上。被測工件在該裝置上經(jīng)數(shù)據(jù)測量、采集、傳輸、重構、分離、比較、顯示完成檢測的全過程。其實現(xiàn)了齒輪非接觸無盲點測量，提高了檢測速度和測量精度；解決了小內齒輪難以檢測的難題；在測量過程中，齒輪靜止不動，測頭做測量運動，減小了齒輪安裝帶來的測量誤差。
文檔編號G01B11/02GK102322796SQ20111016753
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者唐大春, 王德民, 蘇成志 申請人:唐大春