CN101957190B - 蜗杆误差检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蜗杆误差检测装置，包括机身、主轴单元和测量单元，主轴单元包括基座和设置于基座上的主轴、被测工件夹具、尾座以及用于驱动主轴转动的主轴电机，被测工件夹具与主轴在圆周方向固定配合，基座以可沿轴向往复滑动的方式单自由度设置于机身；采用在测量误差时仅驱动蜗杆进行轴向和周向运动的结构，使蜗杆本身并不对测量触头产生额外的推力，本发明检测时避免人为参与的主观性和由于检测触头的刚性问题以及自由度问题影响蜗杆误差检测结果的准确性问题，能够较为精确的检测蜗杆的齿面几何误差和传动误差，且具有较强的通用性，结构相对于现有的检测装置来说简单紧凑，降低检测成本，使用简单方便。

Description

蜗杆误差检测装置

技术领域

本发明涉及一种蜗杆检测装置，特别涉及一种蜗杆误差检测装置。

背景技术

蜗杆传动是机械装备中常用的传动类型，具有传动比范围宽（通常一级传动比可达5～100）、结构紧凑、体积小、运动平稳、噪声低等特点。

蜗杆误差检测是保证成品蜗杆用于机械设备并正常运转的关键程序，而蜗杆的误差检测比较复杂，特别是对于较为复杂的的螺旋面，误差检测是本领域亟待解决的难题。现有技术中，蜗杆的检测很普遍的采用蜗杆与蜗轮配对滚动后观察接触区的大小和位置，这种方法虽然能比较直观的控制蜗轮副的啮合质量，但检验人员的主观参与较多，仅凭经验判断，而且检测结果对于分析误差来源和提高啮合质量的指导作用不大。随着科学技术的发展，作为精密传动，对于蜗杆精度的要求越来越高，靠观察齿面接触斑点来判断制造精度和凭经验进行修正加工越来越不现实且效率很低。

为解决以上问题，分别检测被测蜗杆与标准蜗杆，并将二者数据进行对比，得到误差值即为被测蜗杆的误差。还有就是在计算机里生成标准蜗杆模型，通过被检测蜗杆驱动检测触头运动，从而采集到蜗杆的齿面参数并与标准蜗杆模型对比；但是由于检测触头支撑需要承受弯矩，变形后会对检测结果产生不良影响；检测触头具有较多的自由度，检测的数据将触头的各个自由度误差积累后输送至计算机，影响最终的检测结果。

因此，需要一种蜗杆误差检测装置，检测时避免人为参与的主观性和由于检测触头的刚性问题以及自由度问题影响蜗杆误差检测结果的准确性问题，能够较为精确的检测蜗杆的齿面几何误差，且具有较强的通用性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供蜗杆误差检测装置，检测时避免人为参与的主观性和由于检测触头的刚性问题以及自由度问题影响蜗杆误差检测结果的准确性问题，能够较为精确的检测蜗杆的齿面几何误差，且具有较强的通用性，结构相对于现有的检测装置来说简单紧凑，降低检测成本，使用简单方便。

本发明的蜗杆误差检测装置，包括机身、主轴单元和测量单元，所述主轴单元包括基座和设置于基座上的主轴、被测工件夹具、尾座以及用于驱动主轴转动的主轴电机，所述被测工件夹具与主轴在圆周方向固定配合；

所述基座以可沿轴向往复滑动的方式单自由度设置于机身，机身上设置用于驱动基座沿机身往复滑动的基座电机；所述基座在基座电机驱动下沿机身滑动的速度与被测工件转动时螺旋齿驱动蜗轮转动的线速度绝对值相同，方向相反；

所述测量单元包括测量触头、测量触头底座和数据采集处理系统，所述测量触头底座固定设置于机身，所述测量触头通过一与主轴轴线平行的套杆结构设置于测量触头底座，所述套杆结构包括外套管和内套杆，测量触头设置于内套杆外侧端部并与被测工件齿面沿轴向接触，内套杆设置有对其施加将测量触头压在被测工件齿面上预紧力的压缩弹簧；

数据采集处理系统包括：

主轴转速传感器，用于通过检测主轴转速得到被测工件螺旋齿的轴向线速度；

基座电机转速传感器，用于通过检测基座电机转速得到基座沿机身滑动的速度；

压力传感器，设置于压缩弹簧底部用于采集压缩弹簧的压缩力；

中心处理器，用于接收主轴转速传感器、基座电机转速传感器和压力传感器数据信号并进行误差分析；

输出设备，用于接收中心处理器的命令信号，输出检测结果。

进一步，所述套杆结构通过支杆固定设置于测量触头底座，所述支杆包括竖直段和水平段，所述套杆结构的外套管固定设置于水平段端部，水平段沿被测工件径向设置并使套杆结构位于被测工件螺旋齿间；

进一步，所述测量触头底座以横向位置可调的方式固定设置于机身；

进一步，所述测量触头为至少两个沿被测工件的齿形线并列排列；

进一步，每个测量触头对应的压缩弹簧预紧力相同，且倔强系数相同；

进一步，测量触头与被测工件螺旋齿面接触的端部为球面；

进一步，测量触头与被测工件螺旋齿面接触的端部排列形式与被测工件螺旋齿面的齿形线相同；

进一步，所述主轴电机和基座电机均为变频伺服电机，所述主轴电机和基座电机的控制模块连接于中心处理器；

进一步，所述基座电机通过滚珠丝杠结构驱动基座沿机身往复移动。

本发明的有益效果是：本发明的蜗杆误差检测装置，采用在测量误差时仅驱动蜗杆进行轴向和周向运动的结构，使蜗杆本身并不对测量触头产生额外的推力，除非蜗杆螺旋齿面本身具有缺陷，导致测量点不按既定轨迹通过测量触头，此时测量触头所采集到的齿面曲线信息与电脑中储存的数据不一致，则可得出蜗杆的螺旋齿几何误差；同时，通过测量触头由于产生的压力与理想压力的差别，可得到传动误差；因此，可以避免由于检测触头支撑需要承受弯矩，变形后对检测结果产生的不良影响；从而不会因检测触头具有较多自由度的原因使检测的数据将触头的各个自由度误差积累后输送至计算机，影响最终的检测结果；由此，本发明检测时避免人为参与的主观性和由于检测触头的刚性问题以及自由度问题影响蜗杆误差检测结果的准确性问题，能够较为精确的检测蜗杆的齿面几何误差和传动误差，且具有较强的通用性，结构相对于现有的检测装置来说简单紧凑，降低检测成本，使用简单方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1沿A向视图；

图3为测量触头结构示意图

图4为数据传输原理方框图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图,图2为图1沿A向视图,图3为测量触头结构示意图,图4为数据传输原理方框图，如图所示：本实施例的蜗杆误差检测装置，包括机身2、主轴单元和测量单元，所述主轴单元包括基座15和设置于基座15上的主轴12、被测工件夹具13、尾座4以及用于驱动主轴12转动的主轴电机10，所述被测工件夹具13与主轴12在圆周方向固定配合；

所述基座15以可沿轴向往复滑动的方式单自由度设置于机身2，轴向是指与主轴轴线平行的方向，设置方式可采用现有的直线滑轨结构，也可以采用直线轨道槽的结构；机身2上设置用于驱动基座15沿机身2往复滑动的基座电机6；所述基座15在基座电机驱动下沿机身滑动的速度与被测工件1转动时螺旋齿驱动蜗轮转动的线速度绝对值相同，方向相反，是指在被测工件1转动时驱动与其配合的蜗轮转动，该蜗轮的线速度与基座15在基座电机驱动下沿机身滑动的速度绝对值相同，方向相反；

所述测量单元包括测量触头9、测量触头底座14和数据采集处理系统，所述测量触头底座14固定设置于机身2，所述测量触头9通过一与主轴轴线平行的套杆结构设置于测量触头底座14，所述套杆结构包括外套管9c和内套杆9a，测量触头9设置于内套杆9a外侧端部并与被测工件1齿面沿轴向接触，内套杆9a设置有对其施加将测量触头9压在被测工件1齿面上预紧力的压缩弹簧9b，如图所示，压缩弹簧9b设置于内套杆9a内侧端，设定将测量触头9压在被测工件1齿面上的预紧力；内侧端部是指位于外套管9c内的端部；如图所示，内套杆9a设置用于承受压缩弹簧9b预紧力的环形凸台9e；

数据采集处理系统包括：

主轴转速传感器11，用于通过检测主轴12转速得到被测工件1螺旋齿的轴向线速度；根据被测工件的导程和主轴转速可得出被测工件1螺旋齿齿面上各点的轴向线速度；

基座电机转速传感器16，用于通过检测基座电机转速得到基座沿机身滑动的速度；利用电机转速和中间传动机构的参数，可以得出基座沿机身滑动的速度；

压力传感器9d，设置于压缩弹簧9b底部用于采集压缩弹簧的压缩力；

中心处理器17，用于接收主轴转速传感器11、基座电机转速传感器16和压力传感器9b数据信号并进行误差分析；

输出设备18，用于接收中心处理器17的命令信号，输出检测结果；输出设备可采用视频、打印等方式。

本发明在使用时，中心处理器17（计算机）预先储存标准蜗杆数据，测量触头利用弹簧压力与压缩距离之间的对应关系，通过压力传感器检测压力变化，从而得知弹簧的压缩距离；由于基座15在基座电机驱动下沿机身滑动的速度与被测工件1转动时螺旋齿驱动蜗轮转动的线速度绝对值相同，方向相反，因此，补偿了蜗杆转动时对测量触头的相对位移；当蜗杆不存在缺陷且转动时，并不会对测量触头产生额外的压迫或者突然放松，也就是说测量触头的压力应该是不变的；当蜗杆存在缺陷，测量触头会产生压缩或者释放，计算机根据主轴转速传感器、基座电机转速传感器采集相应的转速和蜗杆的导程，计算得出相应点的位置及相应的数据；对比该点数据与储存在中心处理器中的数据，不一致时，则会由中心处理器直接计算出几何误差；根据整个过程测量触头压力差的累积数据，则可测出蜗杆传动的传动误差；由于检测时通过弹簧传递压力，利用压力与压缩位移之间的关系得到齿面参数，作用力并不直接作用与支架，因此，支架自由度较少，且不会变形，使检测结果准确。

本实施例中，所述套杆结构通过支杆7固定设置于测量触头底座14，所述支杆7包括竖直段和水平段，所述套杆结构的外套管9c固定设置于水平段端部，水平段沿被测工件1径向设置并使套杆结构位于被测工件螺旋齿间；结构简单，具有较好的刚性和适应性。

本实施例中，所述测量触头底座14以横向位置可调的方式固定设置于机身2，横向是指与主轴轴线垂直的水平方向；可采用直线轨道结构，实现往复滑动的单自由度配合，也可采用轨道槽结构，均能实现发明目的；如图所示，通过滚珠丝杠结构8进行驱动，本实施例中，驱动采用手动；可以根据被测工件的直径大小调整测量触头的横向位置，使本装置具有较强的通用性。

本实施例中，所述测量触头9为至少两个沿被测工件的齿形线并列排列；本实施例中，如图3所示，采用三个沿被测工件的齿形线并列排列，能够同时采集齿面上多个位置的螺旋线参数，提高检测效率。

本实施例中，每个测量触头9对应的压缩弹簧9b预紧力相同，且倔强系数相同；提高效率，避免使计算复杂化。

本实施例中，测量触头9与被测工件1螺旋齿面接触的端部为球面；减小接触面积，更适用于对于螺纹表面进行线测量，提高检测精度。

本实施例中，测量触头9与被测工件1螺旋齿面接触的端部排列形式与被测工件1螺旋齿面的齿形线相同；具有适形功能，使各个测量触头具有同步性，保证弹簧压缩比的一致性，从而利于得到精确的数据。

本实施例中，所述主轴电机10和基座电机6均为变频伺服电机，所述主轴电机10和基座电机6的控制模块连接于中心处理器并受中心处理器控制，如图4所示，主轴电机10的控制模块10a和基座电机6的控制模块6a；变频伺服电机能够精确的控制转速和转矩，保证测量结果的准确性。

本实施例中，所述基座电机6通过滚珠丝杠结构5驱动基座15沿机身2往复移动，结构简单紧凑，运行精度高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种蜗杆误差检测装置，其特征在于：包括机身、主轴单元和测量单元，所述主轴单元包括基座和设置于基座上的主轴、被测工件夹具、尾座以及用于驱动主轴转动的主轴电机，所述被测工件夹具与主轴在圆周方向固定配合；

所述基座以可沿轴向往复滑动的方式单自由度设置于机身，机身上设置用于驱动基座沿机身往复滑动的基座电机；所述基座在基座电机驱动下沿机身滑动的速度与被测工件转动时螺旋齿驱动蜗轮转动的线速度绝对值相同，方向相反；

所述测量单元包括测量触头、测量触头底座和数据采集处理系统，所述测量触头底座固定设置于机身，所述测量触头通过一与主轴轴线平行的套杆结构设置于测量触头底座，所述套杆结构包括外套管和内套杆，测量触头设置于内套杆外侧端部并与被测工件齿面沿轴向接触，内套杆设置有对其施加将测量触头压在被测工件齿面上预紧力的压缩弹簧；

数据采集处理系统包括：

主轴转速传感器，用于通过检测主轴转速得到被测工件螺旋齿的轴向线速度；

基座电机转速传感器，用于通过检测基座电机转速得到基座沿机身滑动的速度；

压力传感器，设置于压缩弹簧底部用于采集压缩弹簧的压缩力；

中心处理器，用于接收主轴转速传感器、基座电机转速传感器和压力传感器数据信号并进行误差分析；

输出设备，用于接收中心处理器的命令信号，输出检测结果。

2.根据权利要求1所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：所述套杆结构通过支杆固定设置于测量触头底座，所述支杆包括竖直段和水平段，所述套杆结构的外套管固定设置于水平段端部，水平段沿被测工件径向设置并使套杆结构位于被测工件螺旋齿间。

3.根据权利要求2所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：所述测量触头底座以横向位置可调的方式固定设置于机身。

4.根据权利要求3所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：所述测量触头为至少两个并沿被测工件的齿形线并列排列。

5.根据权利要求4所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：每个测量触头对应的压缩弹簧预紧力相同，且倔强系数相同。

6.根据权利要求5所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：测量触头与被测工件螺旋齿面接触的端部为球面。

7.根据权利要求6所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：测量触头与被测工件螺旋齿面接触的端部排列形式与被测工件螺旋齿面的齿形线相同。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：所述主轴电机和基座电机均为变频伺服电机，所述主轴电机和基座电机的控制模块连接于中心处理器。

9.根据权利要求8所述的蜗杆误差检测装置，其特征在于：所述基座电机通过滚珠丝杠结构驱动基座沿机身往复移动。

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