CN101886921A - 一种齿轮测量中心零点标定的测量方法及测量用附件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿轮测量中心零点标定的测量方法及测量用附件。现有技术存在着因测量行程引起的齿轮测量中心零点标定不方便,从而不能同时满足大、小尺寸工件测量要求的问题。本发明提供一种齿轮测量中心零点标定的测量方法及测量用附件,是将标准球设置于回转轴台上部空间的任意一个测头可接触到的测量位置,先得到球心的绝对坐标(T1,R1,q1),然后通过转动回转轴使回转轴台转动,使标准球旋转到另一角度,得到球心的另一个绝对坐标(T2,R2,q2),然后推算出回转中心的位置(T0,R0)。本发明提供的方法简便,适用范围广;提供的附件结构简单;对操作人员的要求降低,使用成本低。

Description

一种齿轮测量中心零点标定的测量方法及测量用附件
技术领域
[0001] 本发明涉及四坐标测量机技术领域,具体涉及一种齿轮测量中心零点标定的测量 方法及测量用附件。
背景技术
[0002] 齿轮测量中心是信息技术、计算机技术和数控技术在齿轮测量仪器上集成应用的 结晶,是坐标式齿轮测量仪器发展中的一个里程碑。主要用于齿轮单项几何精度的检测, 也可用于齿轮整体误差的测量。它具有测量范围广、精度高、效率高等特点。
[0003] 齿轮测量中心实质上是含有一个回转角坐标的四坐标测量机——圆柱坐标测量 机。使用时,工件安装在固定在回转中心轴线上的两个顶尖之间,记录工件表面一系列点的 绝对坐标值(即相对于回转中心的各轴位置示值),通过一定算法计算得到工件的误差。齿 轮测量中心的绝对零点即为回转轴的回转中心。但是每次系统断电前各轴所处的位置是随 机的,当系统上电后,各轴坐标示值自动清零,所以各轴示值均是在当前相对零点下的坐标 值,而不是以回转中心为零点的坐标系下的坐标值,这样就要求在工件测量前必须标定齿 轮测量中心的零点坐标。
[0004] 为了标定齿轮测量中心的零点坐标,目前经常使用的有两种方法:
一、标准芯棒标定法:将一标准芯棒装夹在回转中心的顶尖上,通过测头接触测量芯棒 上多点位置,通过最小二乘圆拟合方法可计算出芯棒的圆心亦即回转中心的位置值。
[0005] 受到由于测量误差的影响,任一点的位置误差都将引起计算圆心与实际圆心的偏 差,因此在采用最小二乘圆拟合方法时,在圆周上测量的点数越多,所测量点分布的位置越 广,则其拟合的结果精度越高,最佳方案的是圆周内均布的多点测量。反之测量误差越大。 由于受到测头安装位置的影响(假设不受R轴行程的影响)测头也最多能接触到半个圆周, 因此在坐标系建立时,一般要求测头的行程必须能够通过回转中心位置,所测量到的六点 应尽可能的均布半圆。
[0006] 标准芯棒标定方法存在的缺点是:一般要求测头的行程必须能够通过回转中心位 置才能进行零点的正确建立。测量尺寸较大的工件时,由于实际测量过程中往往要求测头 处于工件靠近外径的地方进行测量,所以必须保证测量的行程比较大(从R=O到R>工件外 径)。但由于受到机械尺寸行程限制,往往无法实现大工件的测量。
[0007] 二、固定球/块规标定法:将一个标准球/块规固定安装在齿轮测量中心的非回转 轴台上的某一固定位置上(即该位置不能在回转轴台上),事先通过块规等仪器检测得到该 标准球球心/块规与回转中心的相对位置值,并将此作为齿轮测量中心的固定机械属性。 工件测量前,通过测头接触测量标准球/块规,可以计算得到标准球/块规的相对于测头的 位置,从而可以得到测头相对于回转中心的相对位置。该方法不要求测头行程必须达到回 转中心位置,因此可以实现大工件的测量。
[0008] 固定球/块规标定法存在的缺点是:由于受到机械尺寸行程限制,为了避免干涉 固定球/块规往往必须将标准球/块规放置于离回转中心较远位置,这样虽然可以进行大
3尺寸工件的测量,但在此位置无法对小尺寸工件进行测量。如果要满足测量小尺寸工件的 要求,必须将标准球/块规放置在离回转中心较近位置,但在测量大尺寸工件时标准球/块 规与工件又容易产生干涉问题。为了实现不同工件的测量,操作人员在必要时需要改变标 准球/块规的位置,而标准球/块规与回转中心相对位置的标定需要靠块规等标准设备来 检测,控制过程复杂。因此本方法存在着因测量行程引起的齿轮测量中心零点标定不方便, 从而不能同时满足大、小尺寸工件测量要求的问题。
发明内容
[0009] 本发明要提供一种齿轮测量中心零点标定的测量方法及测量用附件,以克服现有 技术存在的因测量行程引起的齿轮测量中心零点标定不方便的问题。
[0010] 为了克服现有技术存在的问题,本发明的解决方案是:
一种齿轮测量中心零点标定的测量方法,是将标准球设置于回转轴台上部空间的任意 一个测头可接触到的测量位置,先得到球心的绝对坐标(Tl,Rl,ql),然后通过转动回转轴 使回转轴台转动,使标准球旋转到另一角度,得到球心的另一个绝对坐标(T2,R2,q2),然后 推算出回转中心的位置(TO,R0):
上述方法的具体步骤是:
第一步:将标准球放置在齿轮测量中心的回转轴台上部空间的合适位置,保证测头在 行程范围内能够接触上标准球;
第二步:根据测头的测力方向,手动移动测头使之处于与标准球测力方向一致的正前
方;
第三步:在齿轮测量中心的带动下,带动测头与标准球接触,并测量得到与标准球与测 头接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点,并根据最小二乘圆法计算得到球心的各 轴坐标值(Tl,Rl,ql);
第四步:手动操作使齿轮测量中心的回转轴转动一定角度,并将测头移动到与标准球 测力方向一致的正前方;
第五步:在齿轮测量中心的带动下,带动测头与标准球接触,并测量得到标准球与测头 接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点后测头退出,并获取当前的坐标值(T3,R3,q2), 并根据最小二乘圆法计算得到球心的各轴坐标值(T2,R2,q2);
第六步:计算机根据测量得到的两个球心的坐标值计算得到回转中心坐标(T0,R0), 测头相对于回转轴轴心位置的相对坐标值(T3-T0,R3-R0),该值即为当前齿轮测量中心各 轴的实际坐标值,设置齿轮测量中心各轴坐标示值(T3-T0,R3-R0); 第七步:零点设置完毕,取下标准球。
[0011] 一种上述测量用的附件,包括磁力底座、与磁力底座可升降固定配合的支撑杆,支 撑杆上端设置有安装凹槽。
[0012] 上述支撑杆的下端可旋转地设置于磁力底座内。通过旋转实现支撑杆的升降。[0013] 上述支撑杆的下端通过磁力底座侧壁穿设的锁紧螺钉与磁力底座相对固定。调节 支撑杆下端在磁力底座的长度并通过锁紧螺钉固定可实现支撑杆的升降。
[0014] 与现有技术相比,本发明的优点是:
1、方法简便,适用范围广:本发明给出的方法中,将原先固定设置于非回转轴轴台上的 标准球改变为设置于回转轴台上部空间的任意位置,以活动球的两点定零点来代替固定球 的一点定零点,使测量原理发生了根本的变化,采用本发明的方法可以方便的对齿轮测量 中心零点进行标定,并且可兼顾大、小尺寸工件的测量的问题。
[0015] 2、提供的附件结构简单,易操作:要将标准球设置于回转轴台上部空间的任意位 置有很多实现方式,本发明提供的附件结构简单,适用于不同大小尺寸的标准球,同时标定 结束后即可取下旋转球。无需增大齿轮测量中心的各轴行程,且无需事先靠块规等标准设 备来检定标准球与回转中心的相对位置。
[0016] 成本低:本发明方法和提供的附件,测量精度高,测量范围大且不会与工件产生干 涉,对操作人员的要求降低,使用成本低。
附图说明
[0017] 图1是公知的齿轮测量中心的结构示意图; 图2是公知的标准芯棒标定法的示意图;
图3是公知的固定标准球/块规标定法的示意图; 图4是本发明方法的结构原理图; 图5和图6是本发明附件的结构示意图; 图7是实施例1的结构示意图; 图8是实施例3的结构示意图。
[0018] 附图标记如下:
1-工作平台,2-导轨组件,3-轴向导轨滑架,4-回转轴台,5-测头,6-回转中心,7-标 准芯棒,8-标准球,9-支撑杆,10-磁力底座,11-锁紧螺钉。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0020] 参见图1 :公知的齿轮测量中心具有工作平台1、导轨组件2、轴向导轨滑架3、主轴 等,测头5安装在可移动的轴向导轨滑架3上,可沿R,Τ, Z三个直线轴运动,各轴位移坐标 由光栅尺检测。工作平台1的中心线上设置主轴,主轴为立式旋转主轴,在主轴上设置有回 转轴台4,在回转轴台4上同轴安装下顶尖,主轴旁边安置一夹持工件的上顶尖支架,主轴 的回转角度由圆光栅检测。主轴的回转中心为齿轮测量中心T轴和R轴的绝对零点。
[0021] 参见图2 :公知的标准芯棒标定法中,标准芯棒7设置于回转轴台的顶尖上,测量 时要求测头5的行程必须能够通过回转中心6的位置,所测量到的六点应尽可能的均布半 圆。
[0022] 参见图3 :公知的固定标准球/块规标定法中标准球8固定安装在回转轴台4以 外的某一位置上,通过测头5接触测量标准球8,可以计算得到标准球8相对于测头的位置, 从而可以得到测头5相对于回转中心6的相对位置。[0023] 参见图4 :一种齿轮测量中心零点标定的测量方法,是将标准球8设置于回转轴台 上部空间的任意一个测量位置,先得到球心的绝对坐标(Tl,Rl,ql),然后通过转动回转轴 使回转轴台4转动,使标准球8旋转到另一角度,得到球心的另一个绝对坐标(T2,R2,q2), 然后推算出回转中心6的位置(TO,R0):
参见图5和图6,一种齿轮测量中心零点标定的附件,该装置包括磁力底座10、与磁力 底座10可升降固定配合的支撑杆9,支撑杆9上端设置有安装凹槽。所说的支撑杆9的下 端通过磁力底座10侧壁穿设的锁紧螺钉11与磁力底座1相对固定。
[0024] 使用时,松开锁紧螺钉11,使支撑杆9升降来调节标准球8需要的高度,到位后紧 固锁紧螺钉11,将标准球8设置于安装凹槽内。将本附件通过磁力底座10吸附于回转轴台 4上即可用于测量。
[0025] 采用本附件即可实现将标准球8设置于回转轴台上部空间的任意一个测量位置, 其它结构形式的附件亦可采用。
[0026] 实施例1 :
参见图7测力为水平方向(T向)。具体步骤是:
一、将标准球8通过附件放置在齿轮测量中心的回转轴台4上部空间的合适位置,保证 测头5在行程范围内能够接触上标准球8 ;
二、根据测头5的测力方向,手动移动测头5使之处于与标准球8测力方向一致的的正 前方(如图3);
三、在齿轮测量中心的带动下,带动测头5与标准球8接触,并测量得到与标准球8与 测头5接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点,并根据最小二乘圆法计算得到球心的各 轴坐标值(Tl,Rl,ql);测头5自动移动路径如图4所示;
四、手动操作使齿轮测量中心的回转轴转动一定角度,并将测头5移动到与标准球8测 力方向一致的正前方;
五在齿轮测量中心的带动下,带动测头5与标准球8接触,并测量得到标准球8与测 头5接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点后测头5退出,并获取当前的坐标值(T3,R3, q2),并根据最小二乘圆法计算得到球心的各轴坐标值(T2,R2,q2);
六、计算机根据测量得到的两个球心的坐标值计算得到回转中心坐标(TO,R0),测头5 相对于回转轴轴心位置的相对坐标值(T3-T0,R3-R0),该值即为当前齿轮测量中心各轴的 实际坐标值,设置齿轮测量中心各轴坐标示值(T3-T0,R3-R0);
七、零点设置完毕,取下标准球8。
[0027] 实施例2 :
对于使用三维测头的齿轮测量中心可采用实施例1的方法进行零点标定。
[0028] 实施例3 :
参见图8,测头5测力为垂直方向(Z向)。具体实施步骤如下: 一、齿轮测量中心上电后将各轴光栅示值清零。将标准球8吸附在回转轴台4上,手动移动测头5到标准球8的正上方位置1 (如图4);
二、在齿轮测量中心的带动下,自动带动测头5沿R和Z向移动,与标准球8接触,并测 量得到标准球8与测头5接触垂直截面四分之一圆范围内均勻的六个点,并根据该六点计 算得到球心的R轴坐标值Rl (如图5);
三、测头5回到起点,自动带动测头5沿T禾Π Z向移动,与标准球8接触,并测量得到标 准球8与测头5接触垂直截面半圆范围内均勻的7个点,根据该七点计算得到球心的T轴 坐标值Tl ;当前标准球8球心坐标为(Tl,Rl)(如图6);
四、手动转动回转轴使标准球8旋转至令一位置,并将测头5手动移动到标准球8的正 上方方位置2 ;
五、重复步骤二可得到球心的R轴坐标R2 ;重复步骤三得到球心T轴坐标Τ2;当前标 准球8球心坐标为(T2,R2);测头5当前坐标(T3,R3);根据两个球心的坐标(Tl,Rl)和 (T2, R2)及其夹角计算得到轴心的坐标值(TO,R0),根据测头5当前位置(T3,R3),计算得到 测头5与轴心的相对位置(T1-T0,R1-R0),该值即为当前各轴的绝对坐标示值。
7

Claims (5)

  1. 一种齿轮测量中心零点标定的测量方法,其特征在于:是将标准球设置于回转轴台上部空间的任意一个测头可接触到的测量位置,先得到球心的绝对坐标(T1,R1,q1),然后通过转动回转轴使回转轴台转动,使标准球旋转到另一角度,得到球心的另一个绝对坐标(T2,R2,q2),然后推算出回转中心的位置(T0,R0):。289298dest_path_image001.jpg,111761dest_path_image002.jpg
  2. 2.根据权利要求1所述的一种齿轮测量中心零点标定的测量方法,其特征在于:所述 方法的具体步骤是:第一步:将标准球放置在齿轮测量中心的回转轴台上部空间的合适位置,保证测头在 行程范围内能够接触上标准球;第二步:根据测头的测力方向,手动移动测头使之处于与标准球测力方向一致的正前方;第三步:在齿轮测量中心的带动下,带动测头与标准球接触,并测量得到与标准球与测 头接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点,并根据最小二乘圆法计算得到球心的 各 轴坐标值(Tl,Rl,ql);第四步:手动操作使齿轮测量中心的回转轴转动一定角度,并将测头移动到与标准球 测力方向一致的正前方;第五步:在齿轮测量中心的带动下,带动测头与标准球接触,并测量得到标准球与测头 接触的水平截面半圆范围内均勻的六个点后测头退出,并获取当前的坐标值(T3,R3,q2), 并根据最小二乘圆法计算得到球心的各轴坐标值(T2,R2,q2);第六步:计算机根据测量得到的两个球心的坐标值计算得到回转中心坐标(TO,R0), 测头相对于回转轴轴心位置的相对坐标值(T3-T0,R3-R0),该值即为当前齿轮测量中心各 轴的实际坐标值,设置齿轮测量中心各轴坐标示值(T3-T0,R3-R0); 第七步:零点设置完毕,取下标准球。
  3. 3.根据权利要求1或2所述的一种齿轮测量中心零点标定的测量方法中所使用的测量 附件,其特征在于:包括磁力底座、与磁力底座可升降固定配合的支撑杆,支撑杆上端设置 有安装凹槽。
  4. 4.根据权利要求3所述的一种齿轮测量中心零点标定的测量用附件,其特征在于:所 述的支撑杆的下端可旋转地设置于磁力底座内。
  5. 5.根据权利要求4所述的一种齿轮测量中心零点标定的测量用附件,其特征在于:所 述的支撑杆的下端通过磁力底座侧壁穿设的锁紧螺钉与磁力底座相对固定。
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