CN102782441A - 齿轮测量装置的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种齿轮测量装置的校正方法，求出齿形斜度误差的差（△α），该差（△α）是通过基圆的切线方向扫描方法求齿轮齿形时的齿形斜度误差（α1）与通过基圆的切线方向以外的扫描方法求齿轮齿形时的齿形斜度误差（α2）的偏差，使用齿形斜度误差的差（△α）和齿轮各要素来求位置误差（△x），根据位置误差（△x）来校正测头的位置。由此，不使用机械基准部件就能够校正测头的位置。

Description

齿轮测量装置的校正方法

技术领域

本发明涉及齿轮测量装置的校正方法，想办法不使用基准量块等机械基准部件就能够校正测头的位置。

背景技术

齿轮加工机械是加工被加工齿轮的机械，具体地有通过切削加工来制作齿轮的插齿机和滚齿机，把淬火后的齿轮进行磨削的磨齿机等。

在利用这种齿轮加工机械来批量加工小型的被加工齿轮时，对于加工完的第一件被加工齿轮要进行齿形测量和齿厚测量，然后确认其精度，在精度良好的情况下，加工其余的未加工批量，在精度不好的情况下，则要在修正加工精度之后，再加工其余的未加工批量。不具备齿轮测量功能的齿轮加工机械由于仅能够确认公法线齿厚和滚柱外母线直径，所以第一件有时精度不良。

在所加工的被加工齿轮是大型的情况下，为了能够不出不良品，则一边留有加工余量一边多次反复加工和测量，在最后确认加工精度后才进行精加工。为了把加工和测量反复进行，则需要在齿轮加工机械与齿轮测量机之间进行大型齿轮的更换作业，因此，需要的作业时间长。

对于被加工齿轮的齿形测量和齿厚测量是由具备测量器具的齿轮测量装置来进行，而测量器具具备有测头（探针）。

这种齿轮测量装置在以往一般是作为与齿轮加工机械的分体的装置。在把齿轮测量装置设定为与齿轮加工机械分体设置的情况下，需要有把被加工齿轮从齿轮加工机械向齿轮测量装置更换的作业。

另一方面，近年来把省略上述更换作业而谋求提高作业性为目的，为了能够在机器上对于加工后的被加工齿轮进行齿形测量和齿厚测量，作为一体地具备有齿轮测量装置的齿轮加工机械被有各种提案（例如参照专利文献1）。

不管与齿轮加工机械是一体还是分体，齿轮测量装置都是使测量器具的测头（探针）与被加工齿轮接触，把表示测头与被加工齿轮接触位置的位置信号从测量器具输出。使测头与被加工齿轮接触的位置变化，通过运算处理各位置的位置信号，就能够测量齿形和齿厚。

这时，在测头位于基准位置时，只要输出正确表示该基准位置的位置信号，在测量其他位置时就也能够测量正确的位置。

但由于周围的温度和加工被加工齿轮时产生的热等而使包含测量器具的齿轮测量装置产生热变形，即使测头相对测量器具而位于基准位置，对于相对被加工齿轮的位置也产生误差，有可能测量时的测量位置有偏差。

当产生这种测头的位置误差，则在齿形测量和齿厚测量时使测量精度降低。特别是在测量齿厚时测量误差变大。

因此，在进行测量时要校正（校准）测头的位置。

在此，参照图8说明现有的校正方法。

图8是测量小型或中型齿轮的齿轮测量装置1。如同图所示，在该齿轮测量装置1的基台2配置有：沿X轴方向延伸的导向轨3、旋转工作台4和支柱5。

移动体6能够沿导向轨3地沿X轴方向移动。在移动体6配置有向Y轴方向（在图8是与纸面垂直的方向）延伸的导向轨7，移动体8能够沿Y轴方向移动。在移动体8配置有沿Z轴方向延伸的导向轨9，移动体10能够沿Z轴方向移动。

把具备测头31的测量器具30安装在移动体10。

现有，为了进行校正而在预先决定的基准位置设置机械基准部件，即基准量块21、测试棒22、标准工件23中的任一个。

基准量块21被设置在立柱5的立柱臂部，这时，把设置有基准量块21的位置作为基准位置。

测试棒22被同轴地设置在旋转工作台4的上面，这时，把设置有测试棒22的位置作为基准位置。

标准工件23被同轴地设置在旋转工作台4的上面，这时，把设置有标准工件23的位置作为基准位置。

在校正测头31位置的情况下，使测头31与设置在基准位置的机械基准部件（基准量块21、测试棒22、标准工件23中的任一个）接触，检测这时从测量器具30输出的位置信号。在该位置信号没表示基准位置的情况下，校正这时输出的位置信号以使表示基准位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开平5-111851

发明内容

发明要解决的问题

如图8所示，在使用机械基准部件进行校正时，不但需要有机械基准部件（基准量块21、测试棒22、标准工件23），而且存在要安装拆卸基准部件而需要作业时间的问题。

测量大型齿轮的齿轮测量装置不仅有上述问题，而且还有下面说明的问题。

图9是测量大型齿轮的齿轮测量装置11。该图中12是基台，13、17、19分别是沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向延伸的导向轨，14是旋转工作台，16、18、20分别是能够沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向移动的移动体，30是安装在移动体20的测量器具，31是测头。

该齿轮测量装置11为了减少设置空间而不设立柱。

图9所示的齿轮测量装置11由于没有立柱，所以难于设置基准量块。且即使有立柱，也由于齿轮是大型的，而为了使测头31向基准量块接触在使齿轮测量装置11移动时，担心齿轮测量装置11与大型齿轮碰撞。

由于不能使测头31行程到旋转工作台14的中心，所以作为测试棒22a就需要大。

且作为标准工件23a就需要大。

由于作为测试棒22a和标准工件23a必须准备大的，所以有其制作费用和保管费用变大的问题，且有每次实施校正时要安装拆卸测试棒22a和标准工件23a而有需要作业时间的问题。

本发明鉴于上述现有的技术而目的在于提供一种齿轮测量装置的校正方法，即使没有机械基准部件，也能够校正测头的位置。

解决问题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的齿轮测量装置具有：测量器具，其在使测头与被测量齿轮的齿面接触时输出表示所述测头与所述被测量齿轮接触位置的位置信号，且沿三维方向的各方向被驱动；

运算机构，其通过运算处理所述位置信号来测量所述被测量齿轮，其中，具有：

求所述被测量齿轮的齿形斜度误差的工序，其与使所述测头向基圆的切线方向移动同步地使所述被测量齿轮围绕其旋转轴旋转，对所述测头与所述被测量齿轮的齿面接触时输出的位置信号进行运算处理，求出所述被测量齿轮的齿形，从该齿形来求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α1）；

求所述被测量齿轮的齿形斜度误差的工序，其与使所述测头向基圆切线方向以外的方向移动同步地使所述被测量齿轮围绕其旋转轴旋转，对所述测头与所述被测量齿轮的齿面接触时输出的位置信号进行运算处理，求出所述被测量齿轮的齿形，从该齿形来求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α2）；

计算齿形斜度误差的差（△α）的工序，该齿形斜度误差的差（△α）是所述齿形斜度误差（α1）与所述齿形斜度误差（α2）的差；

求位置误差（△x）的工序，其使用所述齿形斜度误差的差（△α）和所述被测量齿轮的齿轮各要素来求所述测头的位置误差（△x）；

校正所述测头位置的工序，其根据所述位置误差（△x）来校正所述测头的位置。

本发明在使用所述齿形斜度误差的差（△α）和所述被测量齿轮的齿轮各要素来求所述测头的位置误差（△x）的工序中，

使用下式来求位置误差（△x）。

△x=△α／[tan（α21+αA）－tan（α22－αB）]

其中，αA是齿顶测量偏置角度，αB是齿根测量偏置角度，

在把被测量齿轮的基圆直径设定为Dg、把外径设定为Do、把齿底直径设定为Dr、把测头的球径设定为d时，

α21=tan^-1[（Do²－Dg²）^0.5+d]／Dg]

α22=tan^-1[（Dr²－Dg²）^0.5+d]／Dg]

齿顶测量偏置角度αA和齿根测量偏置角度αB是图7所示的角度。

作为使测头向基圆切线方向以外的方向移动的方向，在设定为是半径方向的情况下，成为αA=0、αB=0（参照图6）。

发明的效果

根据本发明，依据在两个工序得到的齿形测量的齿形斜度误差的差并通过运算处理就能够校正测头的位置，且只要在两个工序测量相同的齿，就能够把齿形形状误差的主要原因消除，所以使用被加工齿轮的校正也是候补。只要能够使用并且校正被加工齿轮，则就不需要使用机械基准部件（基准量块、测试棒、标准工件），能够不需要用于安装拆卸基准部件的时间。

附图说明

图1是表示应用本发明方法的齿轮测量装置的结构图；

图2是表示工件（被测量齿轮、被加工齿轮）一部分的立体图；

图3是表示测量齿形第一技术（基圆的切线方向扫描方式）的图；

图4是表示测量齿形第二技术（半径方向扫描方式）的图；

图5是表示本发明方法动作的流程图；

图6是表示工件的齿轮各要素的特性图；

图7是表示工件的齿轮各要素、齿顶测量偏置角度、齿根测量偏置角度的特性图；

图8是表示现有技术齿轮测量装置的结构图；

图9是表示现有技术齿轮测量装置的结构图。

具体实施方式

以下，根据实施例详细说明本发明的实施方式。

图1表示应用本发明方法的齿轮测量装置101。如同图所示，在该齿轮测量装置101的基台102配置有沿X轴方向延伸的导向轨103和旋转工作台104。

旋转工作台104能够围绕旋转轴C旋转。

移动体106能够沿导向轨103并且沿X轴方向移动。在移动体106配置有向Y轴方向（在图1是与纸面垂直的方向）延伸的导向轨107，移动体108能够沿Y轴方向移动。在移动体108配置有沿Z轴方向（垂直方向）延伸的导向轨109，移动体110能够沿Z轴方向移动。

把具备测头131的测量器具130安装在移动体110。在旋转工作台104的上面同轴地安置有磨削后的大型工件（被测量齿轮、被加工齿轮）W（参照图2）。

通过把移动体106、108、110分别沿X轴、Y轴、Z轴方向驱动而测量器具130（测头131）沿三维的各方向被驱动（移动）。当测头131与工件W接触时，测量器具130输出表示接触位置的位置信号。

控制运算装置140统一地控制整个齿轮测量装置101，而且是运算处理位置信号的装置。

即控制运算装置140根据预先设定和存储的工件W的齿轮各要素、测头131的位置（坐标）、齿形测量位置和齿厚测量位置来控制移动体106、108、110向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，控制测量器具130（测头131）向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，且控制安置有工件W的旋转工作台104围绕旋转轴C的旋转。

而且控制运算装置140根据从测量器具130输出的位置信号来测量齿形和齿厚，并校正测头131的位置。

接着，使用该齿轮测量装置101，按照顺序说明测量工件W齿形的两个技术、测量工件W齿厚的技术和校正测头131位置的方法。

首先，最初参照图3来说明测量工件W齿形的第一技术（基圆的切线方向扫描方法）。图3中，L表示相对基圆的切线。作为扫描方向的基圆的切线方向，通常的齿轮测量机是设定成水平方向，但也可以是斜方向，本图是以斜方向作图。

如图3所示，在以第一技术（基圆的切线方向扫描方法）进行工件W齿形测量时，首先使工件W围绕旋转轴C稍微旋转，在使工件W的齿槽与测量器具130相对后，把测量器具130向X轴、Y轴、Z轴方向驱动，使其测头131在工件W齿面上与齿根圆的交点接触。即该交点成为齿面的测量开始位置1＃。

接着，从测头131与测量开始位置1＃接触的状态使测头131沿基圆的切线L移动地来把测量器具130向X轴、Y轴、Z轴方向驱动，且同步地驱动旋转工作台104，使工件W围绕旋转轴C旋转。

在测头131是模拟式探针的情况下，一边使测头131与工件W的齿面连续接触，在测头131是数字式（开关式）的情况下，一边使测头131与工件W的齿面间歇地接触，一边使测头131沿基圆的切线L移动，由此，把表示工件W的齿面与基圆的切线L交叉的各位置的位置信号从测量器具130输出。

且在测头131到达工件W齿面上与齿顶圆的交点的地方，齿形测量完成。即该交点成为齿面的测量完成位置2＃。

控制运算装置140在测头131从测量开始位置1＃移动到测量完成位置2＃时，通过运算处理从测量器具130输出的位置信号而能够求工件W的齿形。且根据运算求出的齿形而能够求工件W的齿形斜度误差α1。

在把测量开始位置1＃的接触角设定为α12，把测量完成位置2＃的接触角设定为α11，且测头131有位置误差而把该位置误差（X轴方向的位置偏差）设定为△x时，齿形斜度误差α1的测量误差e1由下式（1）来表示。

e1=△x（tanα11－tanα12）        （1）

在第一技术（基圆的切线方向扫描方法）的工件W齿形测量中，由于工件W的齿面与测头131的接触角几乎不变化，即α11与α12几乎相等，所以即使有位置误差（X轴方向的位置偏差）△x，也几乎不产生齿形斜度误差α1的测量误差e1，有这样的特性。

接着，参照图4来说明测量工件W齿形的第二技术（基圆的切线方向以外方向的扫描方法）。在此，作为基圆的切线方向以外的方向是说明半径方向的情况。

如图4所示，在以第二技术（半径方向扫描方法）进行工件W齿形测量时，首先使工件W围绕旋转轴C稍微旋转，在使工件W的齿槽与测量器具130相对后，把测量器具130向X轴、Y轴、Z轴方向驱动，使其测头131在工件W齿面上与齿根圆的交点接触。即该交点成为齿面的测量开始位置3＃。

接着，从测头131与测量开始位置3＃接触的状态使测头131向半径方向（X轴方向）移动地来把测量器具130向X轴方向驱动，并且同步地驱动旋转工作台104，使工件W围绕旋转轴C旋转。

在测头131是模拟式探针的情况下，一边使测头131与工件W的齿面连续接触，在测头131是数字式（开关式）的情况下，一边使测头131与工件W的齿面间歇地接触，一边使测头131向半径方向（X轴方向）移动，由此，把表示工件W的齿面与X轴（测头131的移动轨迹）交叉的各位置的位置信号从测量器具130输出。

且在测头131到达工件W齿面上与齿顶圆的交点的地方，齿形测量完成。即该交点成为齿面的测量完成位置4＃。

控制运算装置140在测头131从测量开始位置3＃移动到测量完成位置4＃时，通过运算处理从测量器具130输出的位置信号而能够求工件W的齿形。且根据运算求出的齿形而能够求工件W的齿形斜度误差α2。

在把测量开始位置3＃的接触角设定为α22，把测量完成位置4＃的接触角设定为α21，且测头131有位置误差而把该位置误差（X轴方向的位置偏差）设定为△x时，齿形斜度误差α2的测量误差e2由下式（2）来表示。

e2=△x（tanα21－tanα22）        （2）

在第二技术（半径方向扫描方法）的工件W齿形测量中，由于工件W的齿面与测头131的接触角有变化，即α21与α22不同，所以在有位置误差（X轴方向的位置偏差）△x的情况下，具有下述的特性：齿形斜度误差α2的测量误差e2大于第一技术（基圆的切线方向扫描方法）的测量误差e1。

接着，参照图2说明工件W的齿厚测量技术。

在测量齿厚时，把测量器具130向X轴、Y轴、Z轴方向驱动，使测头131与工件W右齿面WR上与节圆交叉的交点接触。把这时从测量器具130输出的位置信号由控制运算装置140进行运算处理，检测这时的位置。

接着，把测量器具130向X轴、Y轴、Z轴方向驱动，使测头131与工件W左齿面WL上与节圆交叉的交点接触。把这时从测量器具130输出的位置信号由控制运算装置140进行运算处理，检测这时的位置。

且根据右齿面WL上的交点位置和左齿面WR上的交点位置而能够测量工件W的齿厚。

这时，在测头131的位置有位置误差（X轴方向的位置偏差）△x的情况下，有齿厚的测量误差变大的特性。

接着，一边参照图5所示的流程图一边说明利用本发明方法的齿轮测量装置的校正方法来校正测头131位置的方法。

控制运算装置140使用上述工件W齿形测量的第一技术（基圆的切线方向扫描方法）来求工件W的齿形，并从运算求出的工件W齿形来求工件W的齿形斜度误差α1（步骤S1）。

在测头131的位置有位置误差（X轴方向的位置偏差）△x的情况下，所求出的齿形斜度误差α1含有测量误差e1。在此，是

α1=αw1+e1（αw1是齿形斜度误差的真值）。

控制运算装置140使用上述工件W齿形测量的第二技术（半径方向扫描方法）来求工件W的齿形，并从运算求出的工件W齿形来求工件W的齿形斜度误差α2（步骤S2）。

在测头131的位置有位置误差（X轴方向的位置偏差）△x的情况下，所求出的齿形斜度误差α2含有测量误差e2。在此，是

α2=αw2+e2（αw2是齿形斜度误差的真值）。

也可以把步骤S1和步骤S2的顺序反过来。

接着，控制运算装置140计算在步骤S1求出的齿形斜度误差α1与在步骤S2求出的齿形斜度误差α2的差即齿形斜度误差的差△α（步骤S3）。

该齿形斜度误差的差△α由下式（3）来表示。

△α=α2－α1=（αw1+e1）－（αw2+e2）        （3）

即齿形斜度误差的差△α表示“齿形斜度误差α2”与“齿形斜度误差α1”的差。

在此，只要在步骤1和步骤2测量相同的齿面，则αw1=αw2，只要认为几乎不产生e1（e1≠0），则能够成为：

△α≈e2=△x（tanα21－tanα22）        （4）

然后，控制运算装置140使用把式（4）变形成的下式（5）来运算测头131的位置误差（X轴方向的位置偏差）△x（步骤S4）。

△x=△α／（tanα21－tanα22）          （5）

在此，在把工件W的基圆直径设定为Dg、把外直径设定为Do、把齿底直径设定为Dr、把测头的球径设定为d时（参照图6），式（4）的α21和α22就是由下式（6）、（7）给予的值（即由齿轮各要素给予的值）。

α21=tan^-1[（Do²－Dg²）^0.5+d]／Dg]        （6）

α22=tan^-1[（Dr²－Dg²）^0.5+d]／Dg]        （7）

如果控制装置140使用上述式（5）并且在测头131位置算出位置误差（X轴方向的位置偏差）△x，则判定从测量器具130输出的位置信号含有与位置误差△x对应的值。

于是，控制装置140对于与位置误差△x的值相应存储的测头131的位置（坐标）进行校正（步骤S5）。由此，能够校正测头131的位置。

在进行了这种校正后进行测量的情况下，由于从测量器具130输出的位置信号表示的是不包含位置误差的正确位置，所以只要在该校正后来测量齿厚，就能够测量正确的齿厚（步骤S6）。

本发明齿轮测量装置的校正方法，由第二技术（半径方向扫描方法）求出的齿形斜度误差α2所包含的测量误差e2大，由第一技术（基圆的切线方向扫描方法）求出的齿形斜度误差α1几乎不含测量误差e1，只要用两个技术测量相同的齿面，则能够利用消除齿轮自身齿形斜度误差的影响的特性，在有齿形斜度误差α2与齿形斜度误差α1的差即齿形斜度误差的差△α的情况下，判定测头131的位置有位置误差△x。

在这样判定有位置误差的情况下，根据齿形斜度误差的差△α来运算测头131的位置误差△x，并且进行校正以消除运算的位置误差△x。

在齿形斜度误差α1、α2的运算中，对于受到齿形形状的影响，只要把用两个技术测量的齿面设定为是相同的齿面，则由于成为影响相同而能够使它也在式（3）的运算中被消除。由此，必须校正的齿轮不必要使用标准齿轮那样高精度，也能够使用加工中途的齿轮。

由于这样仅通过运算处理就能够校正测头131的位置，所以不需要使用机械基准部件，且能够不需要用于安装拆卸机械基准部件的时间。

第二技术（基圆的切线方向以外方向的扫描方法）的扫描方向也可以半径以外，只要按照以下所示的方法，就能够更加提高校正精度。

根据式（5），相对测头131位置误差△x的齿形斜度误差的差△α的灵敏度是△α／△x=（tanα21－tanα22）。

α21和α22是利用式（6）、（7）而由齿轮各要素决定的值，（tanα21－tanα22）的意思是测头131与工件W的接触角的差。为了提高灵敏度，只要把测头131与工件W的接触角的差变大就可。

于是如图7所示，只要把齿顶测量位置和齿根测量位置偏置，就能够使测头131与工件W的接触角的差变大。即把αA设定为齿顶测量偏置角度，把αB设定为齿根测量偏置角度时，把tanα21增加到（tanα21+αA），把tanα22减少到（tanα22－αB），则使灵敏度增加到[tan（α21+αA）－tan（α22－αB）]。

由此，成为灵敏度（△α／△x）由下式（8）表示，测头131的位置误差△x由下式（9）表示，比图6所示向半径方向扫描的情况能够提高灵敏度，能够提高校正精度。

（△α／△x）=｛tan（α21+αA）－tan（α22－αB）｝    （8）

△x=△α／｛tan（α21+αA）-tan（α22-αB）｝          （9）

作为使测头131向基圆的切线方向以外方向的扫描移动方向而设定为是半径方向的情况下，αA=0、αB=0，这时的位置误差△x成为上述的式（5）所示。

即式（9）是表示位置误差△x的一般式，式（5）是把测头131的移动方向特定为是半径方向时表示位置误差△x的特定式。

符号说明

1、11、101齿轮测量装置    2、12、102基台

3、7、9、13、17、19、103、107、109导向轨

4、14、104旋转工作台      5立柱

6、8、19、16、18、20、106、108、110移动体

21基准量块    22测试棒    23标准工件    30、130测量器具

31、131测头   140控制运算装置    W工件

Claims (2)

1.一种齿轮测量装置的校正方法，齿轮测量装置具有：

测量器具，其在使测头与被测量齿轮的齿面接触时，输出表示所述测头与所述被测量齿轮接触位置的位置信号，且沿三维方向的各方向被驱动；

运算机构，其通过运算处理所述位置信号来测量所述被测量齿轮，其特征在于，具有：

求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α1）的工序，其与使所述测头向基圆的切线方向移动同步，使所述被测量齿轮围绕其旋转轴旋转，对所述测头与所述被测量齿轮的齿面接触时输出的位置信号进行运算处理，求出所述被测量齿轮的齿形，从该齿形来求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α1）；

求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α2）的工序，其与使所述测头向基圆切线方向以外的方向移动同步，使所述被测量齿轮围绕其旋转轴旋转，对所述测头与所述被测量齿轮的齿面接触时输出的位置信号进行运算处理，求出所述被测量齿轮的齿形，从该齿形来求所述被测量齿轮的齿形斜度误差（α2）；

计算齿形斜度误差的差（△α）的工序，该齿形斜度误差的差（△α）是所述齿形斜度误差（α1）与所述齿形斜度误差（α2）的差；

求所述测头位置误差（△x）的工序，其使用所述齿形斜度误差的差（△α）和所述被测量齿轮的齿轮各要素来求所述测头的位置误差（△x）；

校正位置工序，其根据所述位置误差（△x）来校正所述测头的位置。

2.如权利要求1所述的齿轮测量装置的校正方法，其特征在于，在使用所述齿形斜度误差的差（△α）和所述被测量齿轮的齿轮各要素来求所述测头的位置误差（△x）的工序中，

使用下式来求位置误差（△x），

△x=△α／{tan（α21+αA）－tan（α22－αB）}

其中，αA是齿顶测量偏置角度，αB是齿根测量偏置角度，

在把被测量齿轮的基圆直径设定为Dg、把外径设定为Do、把齿底直径设定为Dr、把测头的球径设定为d时，

α21=tan^-1[（Do²－Dg²）^0.5+d]／Dg]

α22=tan^-1[（Dr²-Dg²）^0.5+d]／Dg]。

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