CN101419066A - 一种两轴随动控制检测齿轮齿廓和螺旋线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两轴随动控制检测齿轮齿廓和螺旋线的方法，本方法通过位移传感器实时采集被测曲线与测头的相对位移信号，来控制从动轴的运动，同时由角位移传感器和线位移传感器分别采集两轴的位移信号，即可绘出被测曲线。再在计算机中将被测曲线与理论曲线进行比较，得到被测曲线偏差。这种测量方法中，位移传感器跟随被测曲线移动，使得可检测的被测曲线偏差范围不再受位移传感器的量程约束，扩大了测量范围。采用这种测量方法可检测齿轮上的各类连续曲线，包括圆弧齿廓、渐开线、螺旋线等，增加了可检测的曲线种类，拓展了应用领域。这种测量方法中，不需要两轴模拟出精确的理论曲线，既省却了机械展成法中的基圆盘等机械结构，又省却了电子展成法中的运动控制卡等部件，简化了电路设计。

Description

一种两轴随动控制检测齿轮齿廓和螺旋线的方法

技术领域

本发明涉及传动机械齿轮的测量技术领域，特别地，涉及一种两轴随动控制检测齿轮齿廓和螺旋线的方法。

背景技术

目前齿轮齿廓和螺旋线的测量方法主要有机械展成法、电子展成法和坐标法。

在仪器上利用机械结构复现理论曲线轨迹的方法，称之为机械展成法。以测量齿轮齿廓为例，直线与圆做无滑动的滚动时，直线上一点展成渐开线。以直尺的一条直边代替直线，以被测齿轮基圆半径为半径的基圆盘的圆周代替圆，直尺与基圆盘间作纯滚动，直尺上一点相对于基圆盘形成理论渐开线轨迹。用一个位移传感器的测头代替直尺上的一点，测头相对于基圆盘形成理论渐开线轨迹，与基圆盘同轴安装的齿轮的齿廓与其进行比较测量，便可由位移传感器把齿廓偏差指示出来。这种测量方法对基圆盘和直尺的加工精度要求较高，测量精度依赖于基圆盘和直尺的精度，不易提高。当测量不同尺寸的齿轮时，需制造不同的基圆盘，成本较高，通用性弱。

随着电子和计算机技术的发展，出现了由电子和机械共同组成的系统来复现理论曲线轨迹，这种系统也可以由计算机进行数控(CNC)，这种方法称为电子展成法。最基本的电子展成系统由数控装置、伺服驱动装置、传动装置及位置检测装置所组成。以测量齿轮螺旋线为例，由数控装置按照螺旋线方程给出回转运动和轴向直线运动的关系，分别向两套伺服驱动装置发出控制信号，由伺服装置驱动传动装置。假设没有传动误差，则位移传感器的测头相对于被测齿轮的分度圆形成理论螺旋线轨迹，被测螺旋线与其进行比较测量，可得到螺旋线偏差。

可见这两种方法都是在仪器上复现理论曲线轨迹，通过传感器与被测曲线进行比较，从而得到偏差曲线。故当被测曲线偏差超过传感器的量程时，测量方法失效，甚至发生意外碰撞。

坐标法分为极坐标法和直角坐标法两种。坐标法测量齿轮齿廓特点是将被测齿廓上若干点的实际坐标与相应理论坐标进行比较而计算出齿廓偏差的方法。坐标法测量螺旋线是基于螺旋线是一条空间曲线，可按螺旋线形成原理分别测量齿轮转角和测头沿齿轮轴线方向的位移量，与相应的理论值进行比较，计算出螺旋线偏差；或者沿螺旋线按空间直角坐标逐点测量三个坐标值，计算螺旋线偏差。这种测量方法所需的控制系统比较复杂，且精度不易提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种两轴随动控制检测齿轮齿廓和螺旋线的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种两轴随动控制检测齿轮齿廓的方法，包括以下几个步骤：

(1)设定初始状态：将位移传感器的测头调整在被测齿轮齿廓展开长度的起始测量点上，并与齿面接触，电机带动回转轴以一定的速度转动；

(2)两轴随动控制：位移传感器检测出测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮基圆切线方向的移动速度，使测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮齿廓滑动；

(3)再现被测齿轮齿廓：实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机，在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮齿廓；

(4)获得检测结果：在计算机上将被测齿轮齿廓与标准理论齿廓进行比较，可得被测齿廓偏差。

一种两轴随动控制检测齿轮螺旋线的方法，包括以下几个步骤：

(1)设定初始状态：将位移传感器的测头调整在被测齿轮的分度圆位置上，并与齿面接触，电机带动回转轴以一定的速度转动；

(2)两轴随动控制：位移传感器检测出测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮轴线方向的移动速度，使测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮螺旋线滑动；

(3)再现被测齿轮螺旋线：实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机，在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮螺旋线；

(4)获得检测结果：在计算机上将被测齿轮螺旋线与标准理论螺旋线进行比较，可得被测螺旋线偏差。

本发明的有益效果是：本方法通过位移传感器实时采集被测曲线与测头的相对位移信号，来控制从动轴的运动，同时由角位移传感器和线位移传感器分别采集两轴的位移信号，即可绘出被测曲线。再在计算机中将被测曲线与理论曲线进行比较，得到被测曲线偏差。这种测量方法中，位移传感器跟随被测曲线移动，使得可检测的被测曲线偏差范围不再受位移传感器的量程约束，扩大了测量范围。采用这种测量方法可检测齿轮上的各类连续曲线，包括圆弧齿廓、渐开线、螺旋线等，增加了可检测的曲线种类，拓展了应用领域。这种测量方法中，不需要两轴模拟出精确的理论曲线，既省却了机械展成法中的基圆盘等机械结构，又省却了电子展成法中的运动控制卡等部件，简化了电路设计。

附图说明

图1是齿轮检测装置的结构简图；

图2是软件流程图；

图中，1-回转轴、2-下顶尖、3-被测齿轮、4-上顶尖、5-位移传感器、6-测量滑块、7-立柱。

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。

如图1所示，被测齿轮3由上顶尖2、下顶尖4安装在回转轴1上，位移传感器5安装在测量滑块6上，位移传感器的测头在被测齿轮3的基圆位置接触齿轮齿面，测量滑块6可沿沿齿轮基圆切线方向和齿轮轴线方向(图中为上下方向)移动，立柱7可沿齿轮基圆法线方向(图中为左右方向)移动。

当测量齿轮齿廓时，首先将被测齿轮齿廓的测量转化成齿轮转动的角位移量和基圆切线方向的线位移量的测量，再将测量值传递到计算机中来再现被测齿轮齿廓，然后和标准理论齿廓进行比较，可得被测齿廓偏差。当测量齿轮螺旋线时，首先将被测齿轮螺旋线的测量转化成齿轮转动的角位移量和齿轮轴向的线位移量的测量，再将测量值传递到计算机中来再现被测齿轮螺旋线，然后和标准理论螺旋线进行比较，可得被测螺旋线偏差。

如图2所示，输入被测齿轮的各项参数如基圆直径、齿数、模数、压力角、螺旋角、导程等，根据参数计算并设定恰当的回转轴转速Φ、跟踪精度阈值T、测量结束点A，以保证测量过程的正常运行。电机带动回转轴以转速Φ开始转动，位移传感器(图1中的5)检测出测头与被测齿轮曲线接触的偏移量，该值反映了从动轴的跟踪运动情况。同时，采集回转轴的角位移量和从动轴的线位移量信号，等待测量结束后进行数据处理。判断从动轴的跟踪状态是否符合设定的范围要求，即是否超出跟踪精度阈值T，若超出则根据超出的值计算从动轴所需的调整量及调整方向，发出速度调整指令，调整从动轴的运动状态，再继续采集跟踪信号。若未超出则判断测量是否结束，即测头是否到达测量结束点A或脱离齿面。若未结束则继续采集信号，若结束则停止测量，并对两轴位移信号进行数字滤波等处理，再将所得的数据与标准曲线的理论值进行对应比较，输出被测偏差。

一、以回转轴为主动轴，测量齿轮齿廓。具体实施过程包括以下几个步骤：

1)设定初始状态

将位移传感器的测头调整在被测齿轮齿廓展开长度的起始测量点上(一般为齿根圆附近)，并与齿面接触。电机带动回转轴以一定的速度转动。

2)两轴随动控制

位移传感器检测出测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮基圆切线方向的移动速度，使测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮齿廓滑动。

3)再现被测齿轮齿廓

实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机。在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮齿廓。

4)获得检测结果

在计算机上将被测齿轮齿廓与标准理论齿廓进行比较，可得被测齿廓偏差。

二、以回转轴为主动轴，测量齿轮螺旋线。具体实施过程包括以下几个步骤：

1)设定初始状态

将位移传感器的测头调整在被测齿轮的分度圆位置上，并与齿面接触。电机带动回转轴以一定的速度转动。

2)两轴随动控制

位移传感器检测出测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮轴线方向的移动速度，使测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮螺旋线滑动。

3)再现被测齿轮螺旋线

实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机。在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮螺旋线。

4)获得检测结果

在计算机上将被测齿轮螺旋线与标准理论螺旋线进行比较，可得被测螺旋线偏差。

Claims (2)

1.一种两轴随动控制检测齿轮齿廓的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)设定初始状态：将位移传感器的测头调整在被测齿轮齿廓展开长度的起始测量点上，并与齿面接触，电机带动回转轴以一定的速度转动。

(2)两轴随动控制：位移传感器检测出测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮基圆切线方向的移动速度，使测头与被测齿轮齿廓接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮齿廓滑动。

(3)再现被测齿轮齿廓：实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机，在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮齿廓。

(4)获得检测结果：在计算机上将被测齿轮齿廓与标准理论齿廓进行比较，可得被测齿廓偏差。

2.一种两轴随动控制检测齿轮螺旋线的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)设定初始状态：将位移传感器的测头调整在被测齿轮的分度圆位置上，并与齿面接触，电机带动回转轴以一定的速度转动。

(2)两轴随动控制：位移传感器检测出测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量，经由信号采集电路传输至处理器，处理器输出控制信号，调整测量滑块在齿轮轴线方向的移动速度，使测头与被测齿轮螺旋线接触的偏移量为零，即测头沿着被测齿轮螺旋线滑动。

(3)再现被测齿轮螺旋线：实时采集被测齿轮转动的角位移量和测量滑块移动的线位移量，经信号采集电路处理后，传输至计算机，在计算机中根据两者的运动轨迹再现出被测齿轮螺旋线。

(4)获得检测结果：在计算机上将被测齿轮螺旋线与标准理论螺旋线进行比较，可得被测螺旋线偏差。

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