CN107525464A - 两维激光光路齿轮测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了两维激光光路齿轮测量装置。所述装置包括主运动轴系、光路跟踪调整轴系、激光干涉测量系统三部分，主运动轴系包括转台及三个直线运动轴系，主运动轴系按测量规划路径进行运动，执行整个测量过程的各种动作。光路跟踪调整轴系的三个直线运动轴跟随主运动轴系同步运动，保证激光光路不断光并处于准直状态。激光干涉测量系统具有X、Z两维激光测长光路，且布置在齿轮被测点附近，可直接测量齿轮的多个误差项。所述装置测量链短，测量精度高，柔性强，可满足齿轮误差的直接溯源测量。

Description

两维激光光路齿轮测量装置
技术领域
本发明属于精密仪器制造及测量技术领域，具体涉及一种具有两维激光光路的齿轮测量装置。
背景技术
目前，对齿轮进行分析式测量的装置主要分为机械展成式测量装置及CNC坐标测量装置。机械展成式测量装置依靠精密机械机构来获得标准的齿面特征线(渐开线或螺旋线)，其机械机构复杂，柔性较差，同一个齿轮需要多台仪器测量，该类测量装置包括单盘渐开线检查仪、齿形齿向检查仪等。CNC坐标测量装置通过计算机、伺服驱动装置及传动装置组成展成系统，对齿轮开展坐标测量，其机械机构简单，柔性强，自动化程度高，可以在同一台装置上测量齿轮的多个参量，该类测量装置包括齿轮测量中心、三坐标测量机等。CNC坐标测量装置是目前发展的主流，但相对机械展成式测量装置，其测量链较长，容易受到各种轴系误差影响。对于高精度的齿轮测量，如对标准齿轮及齿轮样板测量，要求测量装置测量链短且测量精度高，测量结果可直接溯源至波长米定义，同时，测量柔性强，可在同一装置上满足多个参量的测量，上述两类装置都存在各自的缺陷，无法满足要求，因此建立测量链短、高精度、柔性强、自动化的可溯源测量装置具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是公开一种具有两维激光测量光路，可对齿轮多个参量进行高精度测量和溯源的齿轮测量装置。
实现本发明的技术解决方案如下：
一种两维激光光路齿轮测量装置，包括主运动轴系、光路跟踪调整轴系、激光干涉测量系统三部分。
所述的主运动轴系包括转台及三个直线运动轴(分别定义为X1、Y1及Z1轴)，X1、Y1及Z1三轴相互垂直叠加。主运动轴系按测量规划路径进行运动，执行整个测量过程的各种动作。
所述的光路跟踪调整轴系由三个直线运动轴组成(分别定义为X2、Y2及Z2轴)，X2、Y2及Z2三轴相互垂直且与主运动轴系中的X1、Y1及Z1轴分别平行。在测量过程中，测头需要进入齿槽和退出齿槽，为保证激光光路不断光，光路跟踪调整轴系需跟随主运动轴系同步运动，并处于准直状态。
所述的激光干涉测量系统具有X、Z两维激光测长光路。激光测长光路的光学器件固定在光路跟踪调整轴系上，光路反射镜固定在测头上，要尽可能靠近测球。X、Z两维激光测长光路可直接测量齿轮误差，其中，X测长光路测量测头在齿轮切向方向的移动位移，实现齿廓偏差偏差和齿距测量，Z测长光路测量测头在齿轮轴向方向的移动位移，实现螺旋线偏差测量。
所述的主运动轴系及光路跟踪调整轴系由一个运动控制器来控制同步运动，同步运动通过两个步骤来实现：首先设定主运动轴系为主运动，光路跟踪调整轴系为从运动。其次，设置激光干涉测量系统的两路光路干涉强度值作为同步运动的反馈值，当反馈值小于设定阈值后，主从运动要进行微调，保证两维激光测长光路处于最佳准直状态。
本发明与现有技术相比具有的优点和效果：
本发明公开的一种两维激光光路齿轮测量装置，其激光测长光路靠近齿轮测量位置，使得测量链大大缩短，也极大减小了主运动轴系导轨角度误差所引起的阿贝误差，齿轮的测量结果满足量值溯源统一到米定义的要求。两维激光光路的设计，符合齿轮的展成原理，可实现齿轮多个误差项的测量。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2为光路跟踪调整轴系及激光测量系统示意图。
图中：1、基座，2、气浮转台，3、顶尖立柱，4、上顶尖，5、激光头，6、Z2轴移动滑板，7、X光路干涉镜，8、分光镜，9、X光路反射镜，10、X光路反射镜平衡块，11、Z光路反射镜，12、三维测头，13、Y2轴移动滑板，14、Z光路干涉镜，15、X2轴移动滑板，16、Z1轴移动滑板，17、Y1轴移动滑板，18、X1轴移动滑板。
具体实施方式
参见图1及图2，本发明的具体实施例为：一种两维激光光路齿轮测量装置，包括主运动轴系、光路跟踪调整轴系及激光干涉测量系统三部分。
所述的主运动轴系主要由基座1、气浮转台2、顶尖立柱3、上顶尖4、X1轴移动滑板18、Y1轴移动滑板17、及Z1轴移动滑板16组成，其中Z1轴导轨是固定在X1轴移动滑板18上的，Y1轴导轨是固定在Z1轴移动滑板16上的，X1、Y1及Z1三轴是相互垂直的，Z1轴与顶尖立柱3相互平行，上顶尖4与气浮转台2的回转轴线同轴。
所述的基座1、顶尖立柱3、X1、Y1及Z1三轴导轨都采用花岗岩材料，X1、Y1及Z1三轴采用静压气浮导轨结构。
所述的光路跟踪调整轴系由X2、Y2及Z2三轴导轨及相应的X2轴移动滑板15、Y2轴移动滑板13、Z2轴移动滑板6组成，其中X2轴导轨及Z2轴导轨都固定在Y2轴移动滑板13上，X2轴导轨及Z2轴导轨没有相互叠加的关系。X2、Y2及Z2三轴相互垂直且与主运动轴系中的X1、Y1及Z1轴分别平行。
所述的X2、Y2及Z2三轴导轨及滑板采用殷钢材料，避免温度变化所引起的材料膨胀。
所述的激光干涉测量系统由激光头5、分光镜8、X光路干涉镜7、X光路反射镜9、X光路反射镜平衡块10、Z光路干涉镜14、Z光路反射镜11及三维测头12组成，其中激光头5、分光镜8都固定在Y2轴移动滑板13上，X光路干涉镜7固定在Z2轴移动滑板6上，Z光路干涉镜14固定在X2轴移动滑板15上。X光路反射镜9、X光路反射镜平衡块10固定在三维测头12的水平测针安装孔上，X光路反射镜9及X光路平衡块10的重量要一致，防止对测针造成扭摆。Z光路反射镜11固定在垂直测针安装孔上。
所述的激光干涉测量系统包含两维激光测长光路，激光头5发出的激光束通过分光镜8后被分成垂直光束和水平光束。垂直光束经过X轴干涉镜7后形成X测长光路，可测量三维测头在齿轮切向方向的移动量；水平光束经过Z轴干涉镜14后形成Z测长光路，可测量三维测头在齿轮轴向方向的移动量。
所述的主运动轴系及光路跟踪调整轴系由一个运动控制器来控制，测量开始前，控制器分别控制主运动轴系及光路跟踪调整轴系回零，手动调整光路跟踪调整轴系，使得激光光路处于最佳准直状态，随后运动控制器记录下当前两个轴系的坐标值，并开始控制两个轴系同步运动，主运动轴系的运动是主运动，光路跟踪调整轴系的运动是从运动，主从运动要同步一致。
所述的运动控制器还要采集激光干涉测量系统的两路测长光路干涉强度值，作为主从运动的反馈值，当反馈值小于设定阈值后，主从运动要进行微调，以保证测量光路处于最佳准直状态。
当测量齿廓偏差或者齿距偏差时，由激光测量系统的X测长光路测量三维测头在齿轮切向方向的移动量，数据导入上位机软件后计算相应的齿轮偏差值。当测量螺旋线偏差时，由激光测量系统的Z测长光路测量三维测头在齿轮轴向方向的移动量，数据导入上位机软件后计算螺旋线偏差值。在换齿测量的过程中，运动控制器要实时控制光路跟踪调整轴系跟随主运动轴系运动，保证激光测量光路准直。

Claims (6)

1.两维激光光路齿轮测量装置包括主运动轴系、光路跟踪调整轴系、激光干涉测量系统三部分。
2.根据权利要求1所述的齿轮测量装置，其特征在于所述的主运动轴系包括基座(1)、转台(2)、上顶尖(4)、齿轮的切向、径向及轴向直线运动轴(分别定义为X1、Y1及Z1轴)组成，X1、Y1及Z1三轴相互垂直，按X1、Z1、Y1次序叠加。
3.根据权利要求1所述的齿轮测量装置，其特征在于所述的光路跟踪调整轴系由X2、Y2及Z2三轴组成，X2、Y2及Z2三轴相互垂直且与主运动轴系中的X1、Y1及Z1轴分别平行，X2及Z2叠加在Y2轴上。
4.根据权利要求1所述的齿轮测量装置，其特征在于所述的激光干涉测量系统具有X、Z两维激光测长光路，包括激光头(5)、分光镜(8)、X光路干涉镜(7)、X光路反射镜(9)、X光路反射镜平衡块(10)、Z光路干涉镜(14)、Z光路反射镜(11)及三维测头(12)；X光路反射镜(9)及X光路反射镜平衡块(10)固定在三维测头的水平测针安装孔上，两者重量要相同，Z光路反射镜(11)固定在三维测头的垂直测针安装孔上；X测长光路测量三维测头在齿轮切向方向的移动量，实现齿廓偏差偏差和齿距偏差测量，Z测长光路测量三维测头在齿轮轴向方向的移动量，实现螺旋线偏差测量。
5.根据权利要求1所述的齿轮测量装置，其特征在于所述的主运动轴系及光路跟踪调整轴系由一个运动控制器来控制，主运动轴系的运动是主运动，光路跟踪调整轴系的运动是从运动，主从运动要同步一致。
6.根据权利要求1所述的齿轮测量装置，其特征在所述的激光干涉测量系统，其X、Z两维光路干涉强度值要作为主从运动的反馈值输入到运动控制器中，当反馈值小于设定阈值后，主从运动要进行微调，以保证测量光路处于最佳准直状态。
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