CN103575244A - 极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法。现有极坐标齿轮测量方法实现的基本条件是测头安装时必须保证测头中心位于R轴线上，否则会导致零点校正误差。本发明通过极坐标法对渐开线齿轮的单侧面进行翻转前后的双面测量，将两组实测值代入含偏置参数的极坐标法误差计算公式，计算出测头的偏置量和偏移量，引入工件测量误差计算修正公式，实现测头安装误差的自动补偿。本发明可以直接求出测头相对于原始标定回转中心的偏移量，对机械的安装精度要求降低，还可进行批量测头的标定，为实现自动测头更换打下基础。

Description

极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法

技术领域

    本发明涉及坐标测量机技术领域，具体涉及一种极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法。

背景技术

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。齿轮测量中心由三个直线轴和一个回转轴组成，所述的直线轴是垂直方向的Z轴、水平方向的R轴和T轴。它的零点标定方法有^[1]：标准芯棒标定法、固定球标定法、块规标定法和旋转球标定法等。所有的零点标定方法中，都必须需要移动T轴才能达到零点标定的目的。零点标定后，在对工件进行测量时，一般采用精度较高的法线极坐标法进行。

极坐标齿轮测量中心是在公知的齿轮测量中心基础上简化结构得到的，由二个直线轴和一个回转轴组成，所述的直线轴是垂直方向的Z轴和水平方向的R轴。测头安装在R轴向位置，测头中心位于R轴上，可沿直线轴移动，在水平截面内仅能沿R轴移动。零点标定后，在对工件进行测量时，一般采用极坐标法进行。

由于极坐标齿轮测量中心缺少T轴，其零点标定运用原有的方法无法实现，理论上分析可以采用标准芯棒单点R向定位的方法来实现，但是由于测球安装偏离R轴的偏置量直接影响零点校正精度，同时在引入标准的极坐标法误差计算公式时会导致模型错误，最终这两点会导致极坐标法测量工件的精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法，以克服现有的极坐标法测量工件精度低的问题。

本发明所采用的技术方案是：

极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法，包括下述步骤： 

1）采用双面渐开线齿形进行测头偏置量的校正，假设渐开线齿形的基圆半径为r_b，采用渐开线样板或采用标准渐开线齿轮的一个齿面，假设因为测头安装误差引起的R轴垂直方向偏置量为b₀与R轴方向偏移量R₀；

2）将渐开线齿形装夹在回转轴台上，并将测头设置于渐开线齿形一侧可接触到的测量位置，采用极坐标法进行渐开线齿形的测量，可获得渐开线上的一系列点（R_1j，j_1j），j=1，2，3，…，n，n≥2；

3）翻转渐开线齿形，使齿面处于另一侧面，采用同样的方法可以得到另一组渐开线坐标点数据（R_2j，j_2j），j=1，2，3，…，m，m≥2；

4）将实测的双面渐开线数据分别代入含偏置参数的极坐标法误差计算公式，计算渐开线齿形的形状误差和斜率误差；

   （1）

                                  （2）

式中：

公式（1）中渐开线左侧取正号，右侧取负号；

R_ij为实测点的R轴坐标；

R₀为由测头安装误差引起的R轴方向的偏移量；

b₀为由测头安装误差引起的与R轴方向垂直的偏置量；

r_b为渐开线齿形的基圆半径；

为对应R_ij的回转轴理论坐标值；

为实测点的回转轴坐标；

e_ij为测量点的误差；

采用叠代方法，求得双面渐开线齿形斜率相等时的b₀即为实际测头偏置量；双面渐开线齿形的形状误差一致时的R₀即为测头的R轴向偏置量。

本发明具有以下优点：

（1）根据该方法可以直接求出测头相对于原始标定回转中心的偏移量，对机械的安装精度要求降低。

（2）可以通过该方法进行批量测头的标定，可以自动测量得到不同测头安装尺寸偏差，为实现自动测头更换打下基础。 

附图说明

图1为存在测头安装偏差时左面渐开线的测量示意图；

图2为存在测头安装偏差时右面渐开线的测量示意图；

图3为未进行测头安装偏置量校正渐开线的测量结果示意图；

图4为已进行测头安装偏置量校正渐开线的测量结果示意图；

图5为公知齿轮测量中心上齿轮测量结果示意图；

图6为极坐标齿轮测量中心上未进行测头安装偏置量校正的齿轮测量结果示意图；

图7为极坐标齿轮测量中心上已进行测头安装偏置量校正的齿轮测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

参见图1和图2：一种极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法,包括下述步骤：

1）             采用双面渐开线齿形进行测头偏置量的校正，假设渐开线齿形的基圆半径为r_b，采用渐开线样板或采用标准渐开线齿轮的一个齿面，假设因为测头安装误差引起的R轴垂直方向偏置量为b₀与R轴方向偏移量R₀；

2）             将渐开线齿形装夹在回转轴台上，并将测头设置于渐开线齿形一侧可接触到的测量位置，采用极坐标法进行渐开线齿形的测量，可获得渐开线上的一系列点（R_1j，j_1j），j=1，2，3，…，n，n≥2；

3）             翻转渐开线齿形，使齿面处于另一侧面，采用同样的方法可以得到另一组渐开线坐标点数据（R_2j，j_2j），j=1，2，3，…，m，m≥2；

4）             将实测的双面渐开线数据分别代入含偏置参数的极坐标法误差计算公式，计算渐开线齿形的形状误差和斜率误差。

   （1）

                                  （2）

式中：

公式（1）中渐开线左侧取正号，右侧取负号；

R_ij为实测点的R轴坐标；

R₀为由测头安装误差引起的R轴方向的偏移量；

b₀为由测头安装误差引起的与R轴方向垂直的偏置量；

r_b为渐开线齿形的基圆半径；

为对应R_ij的回转轴理论坐标值；

为实测点的回转轴坐标；

e_ij为测量点的误差。

参见图3，为假定无测头安装误差时，对一个基圆半径r_b =106.3235mm的渐开线样板进行测量的结果。测量得到双面渐开线总误差、斜率误差和形状误差均不相等。

5）             采用叠代方法，求得双面渐开线齿形斜率相等时的b₀即为实际测头偏置量；双面渐开线齿形的形状误差一致时的R₀即为测头的R轴向偏置量。

参见图4，对图3的测量结果进行叠代求解得到的结果。计算得到当前测头的R轴向的偏置量R₀=0.004mm, 与R轴向垂直的偏置量b₀=0.032mm。

当得到测头的R轴向偏置量后，实际工件测量时，就可采用公式（1）和（2）进行误差计算即可实现自动补偿。

参见图5，为利用公知的齿轮测量中心对一个2级标准齿轮进行测量的结果曲线图。标准齿轮的基本参数为：模数=2.5，齿数=45，法向压力角=20゜，螺旋角=0゜。

参见图6，为在极坐标齿轮测量中心上假定无测头安装误差时，对上述2级标准齿轮进行测量的结果曲线图。两图对比结果表明，未进行测头偏置量校正的结果偏差很大。

参见图7，为在极坐标齿轮测量中心上进行测头偏置量自动校正时，对上述2级标准齿轮进行测量的结果曲线图。两图对比结果表明，在极坐标齿轮测量中心上经过测头偏置量自动校正的测量精度与公知的齿轮测量中心一致。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.极坐标齿轮测量中心测头偏置量的自动校正方法，包括下述步骤： 

1）采用双面渐开线齿形进行测头偏置量的校正，假设渐开线齿形的基圆半径为r_b，采用渐开线样板或采用标准渐开线齿轮的一个齿面，假设因为测头安装误差引起的R轴垂直方向偏置量为b₀与R轴方向偏移量R₀；

2）将渐开线齿形装夹在回转轴台上，并将测头设置于渐开线齿形一侧可接触到的测量位置，采用极坐标法进行渐开线齿形的测量，可获得渐开线上的一系列点（R_1j，j_1j），j=1，2，3，…，n，n≥2；

3）翻转渐开线齿形，使齿面处于另一侧面，采用同样的方法可以得到另一组渐开线坐标点数据（R_2j，j_2j），j=1，2，3，…，m，m≥2；

4）将实测的双面渐开线数据分别代入含偏置参数的极坐标法误差计算公式，计算渐开线齿形的形状误差和斜率误差；

   （1）

                                  （2）

式中：

公式（1）中渐开线左侧取正号，右侧取负号；

R_ij为实测点的R轴坐标；

R₀为由测头安装误差引起的R轴方向的偏移量；

b₀为由测头安装误差引起的与R轴方向垂直的偏置量；

r_b为渐开线齿形的基圆半径；

为对应R_ij的回转轴理论坐标值；

为实测点的回转轴坐标；

e_ij为测量点的误差；

采用叠代方法，求得双面渐开线齿形斜率相等时的b₀即为实际测头偏置量；双面渐开线齿形的形状误差一致时的R₀即为测头的R轴向偏置量。

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