CN107101570A - 一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法 - Google Patents

Abstract

一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法，该布局方法是将直角校准块布局固定安装在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置，再利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法，该坐标标定方法为：1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标；2)、确定测头在回转中心的位置坐标，3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标。本发明解决传统齿轮测量系统中坐标标定程序繁琐、精度低、计算方法复杂、对测头定位安装位置要求高等难题，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，进而确定测头球心相对测量系统的位置坐标。

Description

一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和 坐标调整方法

技术领域

本发明属于齿轮精度测量技术领域，具体涉及一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法。

背景技术

应用于齿轮测量的电子展成式齿轮量仪，即齿轮测量中心是由一个回转轴Φ和三个直线轴(切向X轴，径向Y轴和垂直方向Z轴)组成的四坐标轴测量系统，如图1所示。与通用的三坐标坐标测量机不同的是，齿轮测量中心除增加一个回转Φ轴、增加上下中心顶尖布局外，用于拾取测量误差的测头也由三坐标的“触发式”测头更换成“测微式”测头。由此，齿轮测量中心更适合回转类工件的测量，同时，也更适合连续空间曲线误差的测量。齿轮测量中心能够根据测量误差项目的不同，由软件控制实现X、Y、Z轴方向及回转Φ轴之间的多轴联动。如图1所示。使用时通过X、Y、Z轴及回转轴Φ轴之间按照所需要测量的轨迹进行比例运动精确的运动控制，同时，采集工件测量位置的坐标数据及测微式测量测头的测量误差数据，通过数学算法求解工件表面的误差，达到多项误差参数的测量。

在仪器进行测量工作之前，首先必需解决的问题是要建立仪器的坐标系统，实现齿轮测量中心精确测量的前提条件就是建立测头中心与仪器回转中心的坐标关系，建立仪器测量坐标系，是保证测量结果的精度以及准确度的关键步骤。也即仪器的“坐标标定”过程。

鉴于此，目前测量中心普遍使用的坐标标定方法可以分为两大类：

1.利用特殊元件直接标定法

(1)标准芯轴标定法：将一已知直径的标准芯轴装夹在回转轴台与上顶尖上，然后通过测头接触测量芯轴上多点位置，得到芯轴上一系列点的位置坐标值，利用最小二乘圆拟合等方法可计算得到测头测球中心的坐标与芯轴的圆心(即为仪器回转中心)位置坐标关系，完成坐标系的建立。

(2)浮动标准球法：将一个带磁性底座支撑的“标准球”安装在齿轮测量中心的回转轴台上的某一位置上，通过测头与标准球接触，采集到标准球球面上的点，运用最小二乘圆拟合的方法求出标准球球心的坐标位置1，然后将回转轴台旋转一定角度，利用相同的方法求得该标准球球心的坐标位置2，通过标准球位置与回转中心直线距离的不变性和两个相对位置值确定标准球与回转中心的相对位置。该方法利用仪器的主轴回转圆光栅及所测量的球的位置，经过计算，可以确定测头中心相对于仪器坐标，完成坐标标定，该方法还适用于大型齿轮量仪的特殊情况，不要求测头行程必须达到回转中心的位置，也可以实现坐标标定。

(3)样板标定法：将标准渐开线样板装夹在回转轴台上，通过测头接触渐开线样板一侧，首先得到渐开线上接触点的绝对坐标(r₁，q₁)，然后将回转轴转过一定角度，采集渐开线样板与测球的另一接触点绝对坐标(r₂，q₂)，重复上述步骤可获得渐开线样板的一系列接触点的绝对坐标点(r_i，q_i)，i＝1,2,3,....n。假设回转中心坐标为r₀，渐开线起点对应的回转角为q₀，构造渐开线方程：

将(r_i，q_i)代入上式可计算得到回转中心坐标r₀，起始回转角q₀。

其中最具代表性的要属德国的克林贝格齿轮测量中心，它采用浮动标准球标定的方式，将带有磁铁底座的标准球固定安装在回转轴台上，然后通过测头与标准球接触，将采集到标准球球面上的点运用最小二乘法拟合出标准球球心的坐标，然后通过空间矢量运算确定测量坐标原点的位置。通过坐标转换法，将测球球心在机器坐标系统中的位置转换到测量坐标系，实现了对测头球心位置的标定。标定完毕后，需要将标准球取下，否则会影响测量。

“直接标定”法最大的缺点是在每次仪器开机后都需要利用特殊元件对仪器进行标定，另一种情况是在仪器使用过程中，如果需要更换测头或者发生测头碰撞测头定位位置改变后，也需要重新进行标定，操作较为麻烦，特别是对大型齿轮量仪，工件往仪器上安装、调整都比较费时，而为了仪器标定，还需要卸下工件，标定完成后重新进行工件安装、调整，会给仪器测量带来很大的不方便。

为解决该问题，国外量仪不得不采用建立“测头库”的办法，在仪器使用之前，逐个对各种测头进行单独标定，测头在整个齿轮测量中心坐标系的坐标位置会自动存储至建立的数据库中，建立测头数据库数据，这样解决了每次仪器开机或者更换测头后，直接调用测头库数据，进行测量，避免反复拆卸工件进行仪器标定的繁琐。但是该方法对测头的安装定位要求极高，必须保证每次更换完测头，测头的球心位置不能有任何变化，对测头定位工艺要求严格，如果发生测头碰撞，测头球心位置发生变化，也不易及时发现，而测头球心位置发生变化无疑会带来测量误差，并且建立测头数据库的成本很高，额外增加仪器动作，并不是很好的办法。

而对于目前国内齿轮测量中心测头大部分采用的TESA电感式测微传感器作为齿轮测量中心的测头核心部件，该传感器具有自动测量换向、微测力、反映灵敏、使用维修方便等多项特点，但是由于该传感器本身为实现测头保护，在各个方向都有机械旋转保护机构，测头中心位置更难于固定，只要更换测头或者再次重新安装更换测针，或者测量过程中对测头的轻微碰撞，测头相对于整个齿轮测量中心坐标系的坐标就会有改变，所以采用“直接标定”法并不适用于目前国内齿轮测量中心坐标标定，建立“测头库”更是得不偿失之举。

2.利用仪器固定属性的第三方基准间接标定法

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)，在仪器制造过程中，通过块规等测量方法精确计量出该标准球球心/块规与回转中心的相对精确位置值，并将此作为齿轮测量中心的固定机械属性。工作测量前，通过测头接触测量标准球/块规，计算得到校准球/块规的相对于测头的位置，从而可以快速方便得到测头相对于回转中心的相对位置。

该方法涉及仪器结构布局中该固定属性的设定方式，应与整个仪器使用测量过程的结合，难点是在仪器制造过程中确定该固定属性的固定球/块规到仪器回转中心的坐标确定，确定固定球/块规到仪器回转中心实现高精度数据测量很难实现，从而对坐标标定造成额外的误差。

发明内容

本发明为克服上述缺陷，提供了一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法，其目的是为了解决传统齿轮测量系统中坐标标定程序繁琐、精度低、计算方法复杂、对测头定位安装位置要求高等难题，采用在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置安装直角校准块，进而提供了一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法。

本发明的齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，采用的技术方案在于：将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，将齿轮测量中心的切向坐标轴导轨行程采用前后非对称布局。

基于上述直角校准块的布局方法进行的齿轮测量中心的坐标标定方法，采用的技术方案在于：利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法。

本发明的利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，的所采用的技术方案在于：

1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标，

将齿轮测量中心进行系统复位，系统复位完成后，将测头沿切向导轨X轴移动至回转中心为零点的位置，然后使测头沿径向Y轴运动，移动至对准回转轴台下顶尖，所得切向、径向和垂直方向光栅值为x₀、y₀、z₀，再使测头沿径向Y轴后退，沿切向导轨X轴向直角校准块侧面A运动，当测头压表量为e＝200μm时，测头停止靠近运动，得到切向光栅值x₁，之后使测头沿着直角校准块侧面A移动至脱离直角校准块棱边B，得到垂直方向光栅值z₁，测头贴着直角校准块侧面A垂直向下移动设定距离后，沿径向正方向运动，直到脱离直角标准块棱边C，得到径向光栅值y₁，粗略确定直角校准块侧面A相对回转中心为零点的位置坐标(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)；

2)、确定测头在回转中心的位置坐标，

首先进行测头标定，重复上述步骤一中测头贴着直角校准块侧面A的动作，所得测头的坐标值为(x-e，y，z)，然后与步骤1)中确定的直角校准块位置坐标(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)比较后，可得直角校准块和测头之间的切向X轴方向、径向Y轴方向以及垂直Z轴方向的坐标差值，将此差值补偿到测头在回转中心的切向X轴方向、径向Y轴方向以及垂直Z轴方向的坐标值，使得此时的测头切向X轴方向、径向Y轴方向以及垂直Z轴方向的坐标值等于之前确定的直角校准块在回转中心的切向X轴方向、径向Y轴方向以及垂直Z轴方向的坐标值，既而确定了测头在回转中心的坐标位置；

3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标，

利用基准样板的反调功能，首先将基准样板固定安装在回转轴台上，然后测量基准样板的齿形误差曲线，通过分析基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”，“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，如图4所示，说明测头在Y向不同位置测量，形成的“延长渐开线”、“缩短渐开线”造成的测量误差情况，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，使齿轮测量中心的坐标系和工件坐标系完全统一。图5表示了以上三个步骤的过程。

根据“缩短渐开线”和“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，对测量结果进行观察判断，作为对设置的直角校准块与以齿轮测量中心的回转中心形成的坐标建立坐标关系的数据调整依据。

进一步地，所述步骤3)具体由以下步骤构成：

a)、切向X轴方向：分析基准样板齿形误差曲线，调整仪器参数Loc_X的数值大小，再次测量，反复以上过程，直到观察到当基准样板齿形误差曲线两侧等高，而且两侧齿形误差曲线甩笔交点在正中间时，如图7所示，此时Loc_X的值为精确的切向X轴坐标值；图9是仪器X向Loc_X的调整流程图；

b)、径向Y轴方向：分析基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”和“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，反复调整仪器参数Loc_Y的数值大小。观察误差曲线根部的误差情况，进行Loc_Y的数据修改，再次测量，反复以上过程，直到测量的误差曲线根部误差基本消失，即可固定Loc_Y的数值，如图8所示。此时的Loc_Y值即为精确的径向Y轴坐标值；图10是仪器Y向Loc_Y的调整流程图；

c)、垂直Z轴方向：以最初确定的直角校准块的垂直方向坐标Loc_Z值为准。

本发明的原理为：

首先，本发明将直角校准块布局固定安装在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置，仪器切向坐标轴导轨采用前后非对称布局，具体如图2、图3所示，该直角校准块是测量仪器固有机械属性，结构简单，使用方便，并且不影响测量，不需要用球体等方式另外放置校正，系统坐标建立方便快捷，准确安全，可以利用计算机编程控制全自动的一个测头标定功能，需要时随时进行测头标定，与以电感测微式测头(行业典型采用瑞士TESA公司生产销售的GT31型双向测力电感式测微传感器)组成的齿轮测量中心测头系统组成完美系统的应用组合；

其次，本发明利用渐开线误差特性来进行齿轮测量中心的坐标标定，如图5所示，首先测头对准下顶尖和测头沿着校准块侧面运动，初步试给定直角校准块在回转中心为零点的测量系统中的位置坐标，然后重复测头沿着直角校准块侧面运动，确定测头在测量系统中的位置坐标，测试基准样板的齿形误差曲线，判断在给定坐标位置下测量基准样板的测量误差、特别是渐开线齿轮样板的根部误差情况，利用“延长渐开线”和“缩短渐开线”这一误差特性，通过重复试找的办法，可以精确找出直角校准块在测量系统的位置坐标，既而标定出测头的位置坐标，保证测量工件结果的准确度和精度。

所述“缩短渐开线”、“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理为：如图4所示，测头可能出现三种位置，即位于基圆上、基圆内和基圆外三种情况，当测头与齿面接触点A离开或伸入被测齿轮的基圆，而其相对运动关系仍满足的要求时，其中L为展长长度、r_b为基圆半径、为齿面接触点的展开角，该A点的运动轨迹并非理论渐开线；若测头安装的位置使其接触点A′伸入基圆-b(对于基圆中心的距离为r_b-b)，常定为负误差，则相应的相对运动轨迹为延长渐开线，所造成的齿廓偏差测量误差为ΔF_α(-)；若测头安装位置使其接触点A″离开基圆+b(对于基圆中心的距离为r_b+b)，常定为正误差，则相应的相对运动轨迹为缩短渐开线，所造成的齿廓偏差测量误差为ΔF_α(+)。该方法操作简单，灵活，使用方便，而且对测头安装要求不是很高，能够保证齿轮测量系统的测量精度。

由此可知，测头位于基圆上才能形成理论渐开线，测头位于基圆以内形成延长渐开线，测头位于基圆以外则形成缩短渐开线。若测头径向位置不正确，会使齿廓偏差曲线发生畸变，其最大的特点是曲线根部尾巴加长，根部齿廓形状误差大，顶部曲线歪斜。所以根据“缩短渐开线”，“延长渐开线”这一渐开线误差特性可调节测头径向位置坐标，进一步精确确定校准块相对回转中心为零点的径向Y轴位置坐标，保证测头在测量回转中心的测量精度。

本发明的有益效果是：本发明以在齿轮测量中心中设置的固定属性的第三方的直角校准块为基准，将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，该直角校准块不影响齿轮测量中心的测量范围的工件测量，明显标志是齿轮测量中心结构布局的切向X轴方向前后采用非对称行程布局，再利用基准样板与此直角校准块的结构布局来对齿轮测量中心的坐标进行间接标定，并在此基础上进一步提供了一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，在此方法中，通过观察基础样板的齿形误差曲线来反复调整测头的Loc_X值直至左右齿面的齿形误差曲线两侧等高且两侧曲线甩笔交点在正中间，反复调整测头的Loc_Y值直至观察测量误差曲线的根部误差消失，由此获得测头的切向x轴方向坐标和径向Y轴方向坐标，测头的Loc_Z值以确定的直角校准块的垂直方向坐标Loc_Z值为准，从而确定了测头与齿轮测量中心的坐标关系，不需要额外的测量或者繁琐计算的方法来确认直角校准块在齿轮测量中心上的精确位置，克服了现有的浮动标准球法到齿轮测量中心的回转中心精确位置确定的难点，很方便的完成齿轮测量中心的坐标标定。

本发明首先将直角校准块布局固定安装在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置，齿轮测量中心的切向X坐标轴导轨采用前后非对称布局，其次利用基准样板与直角校准块建立间接标定，再利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标的标定，即根据“缩短渐开线”、“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，通过直角校准块进行测头标定，既而确定测头球心相对测量系统的位置坐标。

与现有齿轮测量中心坐标标定的方法相比，本发明具有以下优势：

1、结构简单：该方法采用安置在齿轮测量中心的测量行程之外的直角校准块进行测量系统坐标校正，不影响齿轮测量中心的测量行程，且高精度的直角校准块加工制造容易，不需要用高精度球体等方式另外放置校正，系统坐标建立方便快捷，准确安全，测头可使用电感测微式测头，齿轮测量中心可与电感测微式测头进行完美组合；

2、方法灵活：在初步确定直角校准块坐标位置的前提下，对测头进行循环标定、测量，观察测量得到的基准样板的齿形误差曲线，对测头的Loc_X、Loc_Y数值反复进行调整，直至达到满足精度要求的结果，对有经验的操作人员，很快几次就可以得到标定的结果，并将此结果存入齿轮测量中心的固有参数中，满足齿轮测量中心对齿轮类零件的精确测量；

3、精度可靠：基准样板是仪器机械精度检定的必用标准器件，其精度是国家计量认证的，用于齿轮测量中心检定和精度的传递结果可靠，因此该方法保证了测量坐标系、机器坐标系和工件坐标系的完全统一。

附图说明：

图1为四坐标齿轮测量中心的结构示意图；

图2为四坐标齿轮测量中心的结构平面图，图中：1-工件立柱、2-工件立柱丝杆副、3-上顶尖横梁、4-下顶尖轴系、5-径向滑板、6-径向导轨、7-垂直滑板，8-垂直方向丝杠副、9-测量立柱、10-切向滑板、11-切向导轨、12-切向丝杆副、13-直角校准块；

图3为直角校准块结构示意图，图中：131-直角校准块、132-立柱；

图4为测头位置与各种渐开线的关系；

图5为确定测头在回转中心位置坐标的过程示意图，图中：21-上顶尖、22-下顶尖、23-测头、24-直角校准块、25-基准样板；

图6为直角校准块在回转中心的位置坐标示意图，图中：31-直角校准块侧面A、32-直角校准块棱边B、33-直角校准块棱边C、34-直角校准块侧面D；

图7为不同坐标Loc_X值样板齿形测量结果示意图，图7(a)为Loc_X＝183.67时样板齿形测量结果示意图，图7(b)为Loc_X＝183.57时样板齿形测量结果示意图，图7(c)为Loc_X＝183.47时样板齿形测量结果示意图，图中：Ⅰ-交点1、Ⅱ-交点2、Ⅲ-交点3；

图8为不同坐标Loc_Y值样板齿形测量结果示意图，图8(a)为Loc_Y＝310.89时样板齿形测量结果示意图，图8(b)为Loc_Y＝310.99时样板齿形测量结果示意图，图8(c)为Loc_Y＝311.03时样板齿形测量结果示意图，图8(d)为Loc_Y＝311.04时样板齿形测量结果示意图；

图9为齿轮测量中心Loc_X值调整流程图；

图10为齿轮测量中心Loc_Y值的调整流程图。

具体实施方式：

以下结合各附图对本发明的具体实施方式做详细说明：

本发明的齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，参照图2和图3，是将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，并将齿轮测量中心的切向X坐标轴导轨行程采用前后非对称布局,这样的布局的特征是为了仪器测量之前测头运动到直角校正块，完成仪器的测头标定过程，同时不影响仪器的使用范围；

在上述直角校准块在齿轮测量中心中的结构布局的基础上，本发明进一步提供了齿轮测量中心的坐标标定方法，利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法，具体是利用基准样板，通过测量基准样板齿形误差曲线，反复调整仪器参数Loc_X，Loc_Y，Loc_Z使得实际误差曲线为理想误差曲线的方法，建立直角校准块与齿轮测量中心以回转中心为原点所形成的坐标系统，利用该坐标系统进行齿轮测量中心的坐标标定。

在上述齿轮测量中心的坐标标定方法的基础上，本发明进一步提供了一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，具体步骤为：

1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标，

测量仪器进行系统复位，系统复位完成后，如图5所示，测头沿切向导轨X轴移动至回转中心为零点的位置，然后测头沿径向Y轴运动，移动至对准回转轴台下顶尖，所得切向、径向和垂直方向光栅值为x₀、y₀、z₀；然后测头沿径向Y轴后退，沿切向导轨X轴向直角校准块侧面A运动，当测头压表量为e＝200μm时，测头停止靠近运动，得到切向光栅值x₁；测头沿着侧面A移动至脱离直角校准块棱边B，得到垂直方向光栅值z₁；测头贴着校准块侧面A垂直向下移动设定距离后，沿径向正方向运动，直到脱离直角标准块棱边C，得到径向光栅值y₁，粗略确定直角校准块侧面A相对回转中心为零点的坐标位置(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)，位置坐标如图6所示；

2)、确定测头在回转中心的位置坐标，

首先进行测头标定，如图5所示，重复上述步骤1)，使测头贴着直角校准块侧面A的动作，所得测头的坐标值为(x-e，y，z)，然后与步骤1)确定的直角校准块位置坐标(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)比较，可得两者之间的切向、径向以及垂直方向的坐标差值，将此差值补偿到测头在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，使得此时的测头切向、径向以及垂直方向的坐标值等于步骤1)确定的直角校准块在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，既而确定了测头在回转中心的坐标位置，其中，因为切向为测量误差方向，由于测头存在空程，可能影响测量结果的准确度，所以测头不但在直角校准块侧面A标定，而且在直角校准块侧面D也要标定，避免测头空程的存在影响齿轮测量中心测量结果的精度和准确度；

3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标，

如图5所示，利用基准样板的反调功能，使用L12087型基准样板进行齿形测量，基准样板必须保证起测展长从零开始，首先将基准样板固定安装在回转轴台上，然后测量基准样板的齿形误差曲线，通过分析如图7和图8所示的基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”，“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，进一步提高了测头在测量回转中心的测量精度，保证测量坐标系，机器坐标系和工件坐标系完全统一。

其中，切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标的确定方式为：

a)、切向X轴方向：如图7所示，分析基准样板齿形误差曲线(误差放大倍数为1000X)，反复调整仪器参数Loc_X的数值大小，当基准样板齿形误差曲线两侧等高，而且两侧齿形误差曲线甩笔交点在正中间时，此时Loc_X的值为精确的切向坐标值，既而精确确定直角校准块切向坐标值，进一步提高了测量系统的切向精度，具体是：参照L12087型基准样板提供的标准齿形误差曲线报告单，当Loc_X＝183.67时，左右面齿形误差曲线交点在左侧，Loc_X＝183.57时，左右面齿形误差曲线交点在中间，Loc_X＝183.47时，左右面齿形误差曲线交点在右侧；当基准样板的齿形误差曲线两侧等高，而且两侧齿形误差曲线甩笔交点在正中间时，此时的Loc_X值为精确的直角校准块切向X轴方向的坐标值；

b)、径向Y轴方向：如图8所示，分析基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”和“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，反复调整仪器参数Loc_Y的数值大小，渐开线齿形误差曲线根部出现较小误差，且误差曲线根部甩笔消除，曲线根部较直，且齿廓测量结果较理想，即认为此时的测头位置位于基圆上，能够形成理论渐开线，所以认为此时的Loc_Y值为精确的径向坐标位置，既而精确确定直角校准块径向坐标值，进一步提高了测量系统的径向精度，具体是：参照L12087型基准样板提供的标准齿形误差曲线报告单，根据“缩短渐开线”、“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，当Loc_Y＝311.04时，基准样板的齿形误差曲线根部出现很小的误差，误差曲线根部甩笔消除且曲线较直，参照表1，所得齿形形状误差结果与基准样板所提供的标准齿形报告单结果一致，此时的Loc_Y值为精确的直角校准块径向Y轴方向的坐标值。

c)、垂直方向Z轴方向：由于测量系统对垂直方向的精度要求不高，故以最初确定的直角校准块的垂直方向坐标Loc_Z值为准。

因此，直角校准块精确的位置坐标为(Loc_X,Loc_Y,Loc_Z),通过该直角校准块进行测头标定，然后测量工件，实践证明工件测量结果准确度和精度都很高。

上述内容中所提及的Loc的含义是坐标。

经实践证明本发明的方法所使用的结构简单，操作方便灵活，能够保证齿轮测量中心测量结果的精度和准确度。

表1 不同Loc_Y值齿廓误差测量结果

其中，

参照图9，齿轮测量中心Loc_X值的调整方法包括以下步骤：

a、初步确定Loc_X值，固定基准样板；

b、进行测头标定；

c、将基准样板同齿面互调分别测量左右齿面；

d、观察左右齿面的齿形误差曲线两侧是否等高且两侧曲线甩笔交点是否在正中间；

e、若是，则调整完毕；若否，则重复进行步骤a至d，直至左右齿面的齿形误差曲线两侧等高且两侧曲线甩笔交点在正中间。

参照图10，齿轮测量中心Loc_Y值的调整方法包括以下步骤：

a、初步确定Loc_Y值，固定基准样板；

b、进行测头标定；

c、测量基准样板齿形误差曲线；

d、观察测量误差曲线的根部误差是否消失；

e、若是，则调整完毕；若否，则重复进行步骤a至d，直至观察测量误差曲线的根部误差消失。

Claims (7)

1.一种齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，其特征在于：将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，将齿轮测量中心的切向坐标轴导轨行程采用前后非对称布局。

2.一种基于权利要求1所述的直角校准块的布局方法进行的齿轮测量中心的坐标标定方法，其特征在于：利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法。

3.一种利用渐开线误差特性进行权利要求2所述的齿轮测量中心坐标标定的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标，

将齿轮测量中心进行系统复位，系统复位完成后，将测头沿切向导轨X轴移动至回转中心为零点的位置，然后使测头沿径向Y轴运动，移动至对准回转轴台下顶尖，所得切向、径向和垂直方向光栅值为x₀、y₀、z₀，再使测头沿径向Y轴后退，沿切向导轨X轴向直角校准块侧面A运动，当测头压表量为e＝200μm时，测头停止靠近运动，得到切向光栅值x₁，之后使测头沿着直角校准块侧面A移动至脱离直角校准块棱边B，得到垂直方向光栅值z₁，测头贴着直角校准块侧面A垂直向下移动设定距离后，沿径向正方向运动，直到脱离直角标准块棱边C，得到径向光栅值y₁，粗略确定直角校准块侧面A相对回转中心为零点的位置坐标(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)；

2)、确定测头在回转中心的位置坐标，

首先进行测头标定，重复上述步骤1)，使测头贴着直角校准块侧面A的动作，所得测头球心的切向、径向和垂直方向光栅值分别为x、y、z，由于测头切向存在压表量e，故测头球心相对回转中心的坐标值为(x-e，y，z)，然后与步骤1)确定的直角校准块位置坐标(x₁-x₀-e，y₁-y₀，z₁-z₀)比较，可得两者之间的切向、径向以及垂直方向的坐标差值，将此差值补偿到测头在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，使得此时的测头切向、径向以及垂直方向的坐标值等于步骤1)确定的直角校准块在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，既而确定了测头在回转中心的坐标位置；

3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标，

利用基准样板的反调功能，首先将基准样板固定安装在回转轴台上，然后测量基准样板的齿形误差曲线，通过分析基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”，“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，使齿轮测量中心的坐标系和工件坐标系完全统一。

4.如权利要求3所述的一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，其特征在于：根据“缩短渐开线”和“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，对测量结果进行观察判断，作为对设置的直角校准块与以齿轮测量中心的回转中心形成的坐标建立坐标关系的数据调整依据。

5.如权利要求3或4所述的一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，其特征在于：所述步骤3)具体由以下步骤构成：

a、切向X轴方向：分析基准样板齿形误差曲线，调整齿轮测量中心的参数Loc_X的数值大小，当基准样板齿形误差曲线两侧等高，而且两侧齿形误差曲线甩笔交点在正中间时，此时Loc_X的值为精确的切向X轴坐标值；

b、切向X轴方向：分析基准样板的齿形误差曲线，根据“缩短渐开线”和“延长渐开线”在齿轮根部误差较大的原理，反复调整齿轮测量中心参数Loc_Y的数值大小，此时的Loc_Y值即为精确的径向Y轴坐标值；

c、垂直Z轴方向：以最初确定的直角校准块的垂直方向坐标Loc_Z值为准。

6.一种齿轮测量中心Loc_X值的调整方法，其特征在于包括以下步骤：

a、初步确定Loc_X值，固定基准样板；

b、进行测头标定；

c、将基准样板互调分别测量左右齿面；

d、观察左右齿面的齿形误差曲线两侧是否等高且两侧曲线甩笔交点是否在正中间；

e、若是，则调整完毕；若否，则重复进行步骤a至d，直至左右齿面的齿形误差曲线两侧等高且两侧曲线甩笔交点在正中间。

7.一种齿轮测量中心Loc_Y值的调整方法，其特征在于包括以下步骤：

a、初步确定Loc_Y值，固定基准样板；

b、进行测头标定；

c、测量基准样板齿形误差曲线；

d、观察测量误差曲线的根部误差是否消失；

e、若是，则调整完毕；若否，则重复进行步骤a至d，直至观察测量误差曲线的根部误差消失。