CN102322819A - 齿轮倒角激光测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮倒角激光测量仪，包括齿廓定位组件、旋转工作平台、轮廓测量装置、数据采集和处理装置；齿轮置于旋转工作平台上，齿廓定位组件固定齿轮，轮廓测量装置检测齿轮倒角的位置及尺寸，并通过数据线将数据传输到数据采集和处理装置。本发明的有益效果是：整体结构简单，制造成本低，采用非接触式的测量方法，具有可视化、智能化、高采样率、高精度、无损测量等优点；可以实现齿轮倒角的一次性多截面测量，且各截面和测量起点定位准确，消除了人为因素对测量结果的影响；智能和自动化程度较高。

Description

齿轮倒角激光测量仪

技术领域

本发明属于内、外齿轮端面倒角轮廓尺寸测量装置技术领域，尤其是一种齿轮倒角激光测量仪。

背景技术

倒角齿轮是汽车、拖拉机、摩托车等变速箱中必备的零件之一，是实现换挡导向、运动传递的基础元件。汽车变速箱的性能一直是评价汽车性能的重要指标，汽车在换挡过程中齿轮连接的平稳性和运动传递的平稳性与倒角齿轮的质量有直接关系。因此，倒角齿轮在汽车制造业中的作用举足轻重。

目前各种类齿轮件的内、外齿端面倒角轮廓尺寸及形位公差的测量主要采用轮廓测量仪进行测量。其中，有德国OPTACM公司生产的OPTACM-VC/VL系列粗糙度轮廓测量仪，国内哈尔滨量具刃具集团有限公司生产的2310A型表面形状测量仪，轮廓测量仪在测量原理和机构设计方面都大同小异，其测量原理是：传感器的探针与工件的被测表面接触，驱动器以恒定的速度带动传感器沿测量方向运动，使探针在工件表面上匀速滑行，驱动器行进一个采样间隔的同时，传感器记录下表面轮廓点纵坐标并将其转换成电信号传入计算机。由于这类轮廓测量仪的测量方式是接触式测量，在测量过程中传感器探针必须与被测表面相接触，由于传感器探针硬度很高，不适合测量软工件；在评价齿轮倒角质量时一般需要对每个倒角进行多截面测量，前述的轮廓测量仪通常只能进行单个截面的测量，若要测量多个截面，必须在一个截面测量完成后，重新装卡工件才可以进行下一截面测量，在工件重新装卡过程中，由于人为因素的影响势必会降低测量精度；同时，在重复测量过程中测量数值的稳定性也会受到影响；轮廓测量仪在测量时探针很难获取到轮廓边缘处的数据，因而使轮廓数据的完整性受到影响。由于传统轮廓测量仪在齿轮倒角检测时存在的上述问题，倒角齿轮生产厂家对专用型齿轮倒角轮廓测量仪有着迫切的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的不足之处，提供一种用非接触式测量实现齿轮倒角轮廓自动测量的齿轮倒角激光测量仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种齿轮倒角激光测量仪，包括齿廓定位组件、旋转工作平台、轮廓测量装置、数据采集和处理装置；齿轮置于旋转工作平台上，齿廓定位组件固定齿轮，轮廓测量装置检测齿轮倒角的位置及尺寸，并通过数据线将数据传输到数据采集和处理装置。

轮廓测量装置包括横臂、立柱、激光位移传感器、X-Y精密移动平台和驱动控制器；激光位移传感器与横臂连接，横臂与立柱可调节连接，立柱与X-Y精密移动平台固定连接，激光位移传感器通过数据线与数据采集和处理装置连接，X-Y精密移动平台通过控制电缆与驱动控制器连接，驱动控制器通过数据线与数据采集和处理装置连接。

旋转工作平台包括定位平面和定位芯轴，定位平面中心设有莫氏锥孔，与定位芯轴的莫氏锥柄相配合。定位芯轴的轴杆将齿轮套接在定位平面上。

齿廓定位组件是实现被测齿轮定位的机构，包括丝杠、升降导套、高度调节螺母、定位杆和水平导套。丝杠与高度调节螺母可升降套接，升降导套的短悬臂与水平导套固定连接；水平导套的前端设有导向销钉，定位杆前端设有对齿夹头，定位杆的后端设有手柄；水平导套与定位杆之间设有弹簧。定位杆可沿自身的轴线方向自由滑动，由导向销钉限制其圆周方向的转动，通过弹簧的弹力自动完成对齿加载。根据齿轮模数的大小选择合适的对齿夹头，固定于定位杆的前端；通过调节升降螺母调节对齿夹头的高度，确定被测齿轮与对齿夹头之间的相对位置，由锁紧装置锁紧、定位；通过手柄向外拉动定位杆及对齿夹头；将被测齿轮旋转一个齿或若干个齿，松开手柄，在压缩弹簧(位于水平导套内部)的作用下，定位杆及对齿夹头向前移动，引导被测齿轮定位，使测量平面与被测齿轮的中心线垂直，即与X-Y精密移动平台的X轴垂直。

进一步地，齿廓定位组件的对齿夹头为外夹式。

进一步地，旋转工作平台和齿廓定位组件都设有带开口长槽的底座，旋转工作平台的底座和齿廓定位组件的底座通过置于开口长槽内的螺栓实现与工作台的T型槽之间的固定连接。

进一步地，数据采集和处理装置还与打印输出设备相连。

齿轮倒角激光测量仪自动搜索被测齿轮的中心，由测量软件自动实现。

X-Y精密移动平台由驱动控制器控制，其驱动方式采用二维运动方式，数据采集卡置于计算机箱的插槽内，激光位移传感器所采集的数据由计算机进行存储、分析处理，一套软件实现同步控制、数据采集和数据处理等，计算机实时进行数据处理并显示测量结果。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明整体结构简单，制造成本低，采用非接触式的测量方法，具有可视化、智能化、高采样率、高精度、无损测量等优点；

2、本发明采用了齿廓定位组件实现被测齿轮的准确定位，激光位移传感器的测量值可直接作为被扫描截面上各测量点的Z方向坐标值，避免系统标定误差，明显提高了测量精度；

3、本发明可自动搜索被测齿轮的中心、实现以该中心为基准的齿轮倒角轮廓的多截面连续测量；驱动方式采用二维运动方式替代传统一维运动方式，可以实现齿轮倒角的一次性多截面测量，且各截面和测量起点定位准确，消除了人为因素对测量结果的影响；

4、本发明的智能和自动化程度较高，用一台计算机能同步实现同步控制、数据采集和数据处理等工作；用高精度激光位移传感器采集数据，有效地提高了仪器检测精度。

附图说明

图1是本发明的齿轮倒角激光测量仪系统连接示意图；

图2是本发明的旋转工作平台示意图；

图3是本发明的定位芯轴示意图；

图4是本发明的齿廓定位组件示意图；

图5是本发明的对齿夹头示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种齿轮倒角激光测量仪，包括齿廓定位组件1、旋转工作平台2、轮廓测量装置3、数据采集和处理装置4；齿轮置于旋转工作平台2上，齿廓定位组件1固定齿轮，轮廓测量装置3检测齿轮倒角的位置及尺寸，并通过数据线5将数据传输到数据采集和处理装置4。

轮廓测量装置3包括横臂6、立柱7、激光位移传感器8、X-Y精密移动平台9和驱动控制器10；激光位移传感器8与横臂6连接，横臂6与立柱7可调节连接，立柱7与X-Y精密移动平台9固定连接，激光位移传感器通过数据线5与数据采集和处理装置4连接，X-Y精密移动平台9通过控制电缆11与驱动控制器10连接，驱动控制器10通过数据线与数据采集和处理装置4连接。

如图2、3所示，旋转工作平台2包括定位平面13和定位芯轴14，定位平面13中心设有莫氏锥孔15，与定位芯轴14的莫氏锥柄16相配合。定位芯轴14的轴杆与齿轮的轴孔套接、定位。

如图4、5所示，齿廓定位组件1是实现被测齿轮定位的机构，包括丝杠17、升降导套18、定位杆19和高度调节螺母28，升降导套18与丝杠17配合套接，升降导套18的短悬臂与定位杆导套22固定连接，导套22的前端设有导向销钉23，定位杆19前端设有对齿夹头20，后端设有手柄21，导套22内设有弹簧，为定位杆19提供推力。

定位杆19可沿自身的轴线方向自由滑动，由导向销钉23限制其圆周方向的转动，通过弹簧的弹力自动完成对齿加载。根据齿轮模数的大小选择合适的对齿夹头20，固定于定位杆19的前端；通过高度调节螺母28带动升降导套18一起升降，调节对齿夹头20的高度，确定被测齿轮与对齿夹头20之间的相对位置，旋紧升降导套18的锁紧手柄29；通过手柄21向外拉动定位杆19及对齿夹头20；将被测齿轮旋转一个齿或若干个齿，松开手柄21，在导套22内部弹簧的作用下，定位杆19及对齿夹头20向前移动，引导被测齿轮自动定位，使测量截面与被测齿轮的中心线垂直，即与X-Y精密移动平台9的X轴垂直。

旋转工作平台2和齿廓定位组件1都设有带带开口长槽的底座，旋转工作平台2的底座24与齿廓定位组件1的底座25通过开口长槽内的螺栓实与工作台的T型槽之间固定连接。

数据采集和处理装置4由计算机及软件组成，并且还与打印输出设备27相连。

齿轮倒角激光测量仪自动搜索被测齿轮的中心，由测量软件自动实现。

X-Y精密移动平台9由驱动控制器控制，其驱动方式采用二维运动方式；数据采集卡置于计算机主板PCI插槽内，激光位移传感器8所采集的数据由计算机进行存储、分析处理，一套软件实现同步控制、数据采集和数据处理等，计算机实时进行数据处理并显示测量结果。

本发明的工作过程为：

①自动搜索定位芯轴(即被测齿轮)的中心；

②由定位芯轴14和齿廓定位组件1将被测齿轮定位；

③输入各测量截面的位置和测量行程，软件自动计算并给出多截面测量路径规划；

④X-Y精密移动平台9运动使激光位移传感器8定位到被测齿轮倒角相应截面处；

⑤激光位移传感器8沿Y方向对齿轮倒角进行轮廓测量，同时记录该测量数据；

⑥激光位移传感器8沿X方向移动至下一规定截面，再次测量倒角轮廓，并记录数据，重复该动作n次(获得齿轮轮廓所要求的次数)，依次记录数据；

⑦将数据传送到计算机进行处理，得到该齿轮倒角的轮廓，完成齿轮倒角轮廓的精密测量。

本发明的齿轮倒角激光测量仪可测量的主要参数包括：成型截面的夹角及其对称度、成型面交线到指定面的距离、圆弧倒角的曲率半径等；具有齿轮齿廓定位和齿轮中心自动搜索、多截面二维轮廓连续测量功能，可对齿轮倒角参数(如高度、宽度、半径、圆心距、角度等)进行评价。激光位移传感器的测量精度可达0.1μm，满足齿轮倒角轮廓测量的精度要求。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：包括齿廓定位组件(1)、旋转工作平台(2)、轮廓测量装置(3)、数据采集和处理装置(4)；被测齿轮置于旋转工作平台(2)上，齿廓定位组件(1)固定住齿轮，轮廓测量装置(3)通过数据线(5)将数据传输到数据采集和处理装置(4)。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：轮廓测量装置(3)包括横臂(6)、立柱(7)、激光位移传感器(8)、X-Y精密移动平台(9)和驱动控制器(10)；激光位移传感器(8)与横臂(6)连接，横臂(6)与立柱(7)可调节连接，立柱(7)与X-Y精密移动平台(9)固定连接，激光位移传感器(8)通过数据线(5)与数据采集和处理装置(4)连接，X-Y精密移动平台(9)通过控制电缆(11)与驱动控制器(10)连接，驱动控制器(10)通过数据线与数据采集和处理装置(4)连接。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：齿廓定位组件包括丝杠(17)、升降导套(18)、定位杆(19)和高度调节螺母(28)；升降导套(18)与丝杠(17)配合套接，升降导套(18)的短悬臂与水平导套(22)固定连接，水平导套(22)的前端设有导向销钉(23)，定位杆(19)前端设有对齿夹头(20)，后端设有手柄(21)，水平导套(22)与定位杆(19)之间设有弹簧。

4.根据权利要求3所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：所述的对齿夹头(20)为外夹式。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：旋转工作平台(2)包括定位平面(13)和定位芯轴(14)，工作平台中心设有莫氏锥孔(15)，与定位芯轴(14)的莫氏锥柄(16)相配合。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：旋转工作平台(2)和齿廓定位组件(1)都设有带开口长槽的底座，旋转工作平台(2)的底座(24)与齿廓定位组件的底座(25)通过开口长槽内的螺栓与工作台(26)的T型槽之间固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种齿轮倒角激光测量仪，其特征在于：数据采集和处理装置(4)还与打印输出设备(27)相连。

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