CN109781018A - 一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法，该方法是将激光跟踪仪的靶镜设置在被测特大型直齿轮的齿槽中，且确保靶镜同时与左右齿面接触；激光跟踪仪直接测量位于齿槽不同截面的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到参考齿距线；测量相邻齿槽的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到齿距线，计算齿距线中测量点到所述参考齿距线的距离，该距离即为被测特大型直齿轮的齿距。本发明方法不需要建立齿轮工件坐标系，且测量方法简单。

Description

一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法

技术领域

本发明涉及齿轮技术领域，特别涉及一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法。

背景技术

齿轮是重要的传动部件，按齿轮尺寸分为小模数齿轮、中模数齿轮、大齿轮及特大型齿轮。特大型齿轮通常是指直径大于3000mm的齿轮，广泛应用于发电、重型机械、大型船舶、钻井平台及火箭发射等行业。目前国际上特大型齿轮测量仪器主要代表仪器有大型齿轮测量中心与大型坐标测量机。大型齿轮测量中心代表产品有德国Klingelnberg研制的P350齿轮测量中心，其可测量工件最大直径3800mm；大型坐标测量机代表产品有德国Leitz公司开发的大型坐标量机PMM-G，其空间测量范围为7000×4000×3000(mm)，可测量齿轮最大直径6000mm(需要分段测量)，然而这些产品的价格极其昂贵，增加了企业的成本投入。北京工业大学石照耀教授提出的基于激光跟踪仪的特大型齿轮测量系统，采用激光跟踪仪测量测量特大型齿轮内孔，获得内孔轴线方程，测量齿轮端面获取端面方面，在齿轮齿面上测量一点，通过工件坐标系构建模型建立齿轮工件坐标系，进而实现齿轮各项误差的测量。但由于现实中特大型齿轮内孔长度有限，激光跟踪仪测量精度以及测量空间受限等因素，造成其齿轮工件坐标系建立精度有限，难以满足齿距误差的测量要求。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的上述不足，提供一种利用激光跟踪仪测量特大型齿轮齿距的方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法，包括以下步骤：

将激光跟踪仪的靶镜设置在被测特大型直齿轮的齿槽中，且确保靶镜同时与左右齿面接触；

激光跟踪仪直接测量位于齿槽不同截面的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到参考齿距线；

测量相邻齿槽的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到齿距线，计算齿距线中测量点到所述参考齿距线的距离，该距离即为被测特大型直齿轮的齿距。

在进一步优化的方案中，激光跟踪仪测量齿距线时，激光跟踪仪的跟踪头设置在待测特大型直齿轮的齿宽中部。所述若干个齿廓点等距分布。如此设置，以进一步提高测量精度。

与现有技术相比，本发明方法通过激光跟踪仪直接测量相邻齿槽的齿距线，通过跟踪仪靶镜在齿槽内测量齿距线，保证同时与两侧齿面相接触的情况下，实现靶镜的自由度限定，通过点到直线的距离评定公式近似计算单个齿距最大偏差与平均偏差，为实现特大型直齿轮单个齿距误差测量提供了一种新的测量方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实施例中特大型直齿轮齿距偏差测量的系统布置示意图。

图2为本实施例中特大型直齿轮齿距偏差测量的模型示意图。

图3为采用本实施例方法进行单个齿距最大偏差实验结果仿真图。

图4为采用激光跟踪仪的传统测量方法进行单个齿距最大偏差实验结果仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本实施例提供的测量特大型直齿轮齿距的方法，首先将激光跟踪仪10设置在待测特大型直齿轮30的侧面，将激光跟踪仪的靶镜20设置在直齿轮齿槽中，且确保靶镜20同时与左右齿面接触。同时为了提高激光跟踪仪的测量精度，将激光跟踪仪的激光跟踪头设置在待测直齿轮的齿宽中部，以实现齿距测量点上下基本对称分布。激光跟踪仪设置完成后，首先在齿槽不同截面测量若干个齿廓点(即测量点)，测量第一条齿距线，如图2所示，图2中的一个个小圆球代表一个测量点，测量完成后进行直线拟合计算，即若干个测量点组成直线，获得参考齿距线方程。然后测量相邻齿槽的齿距线，计算每个测量点到参考齿距线的距离(图2中所示dn)，这个距离即为齿距，可以以若干个测量点到所述参考齿距线的距离的平均值作为被测特大型直齿轮的齿距。齿距误差为测量距离与理论距离的差值。本发明定义相邻齿槽的若干个测量点中的最大齿距误差为单个齿距最大误差，定义相邻齿槽的若干个测量点的平均齿距误差为单个齿距平均误差。

为了评估激光跟踪仪直接进行齿距测量的不确定度，首先需要给定被测量齿轮参数、激光跟踪仪测量精度与误差分布模型、被测齿轮与激光跟踪仪的相对位置。被测直齿轮参数如下：模数45，齿数160，压力角20°，齿宽500mm，各项偏差为0的理想齿轮。激光跟踪仪采用常用的LeicaAT901系列激光跟踪仪，其测量不确定度为15um+6um/L，L为测量距离(单位为米)。以激光跟踪仪坐标系为参考，被测直齿轮齿槽对称设置在(1000mm，0mm，250mm)，即待测两齿槽相对于激光跟踪仪X轴对称设置，且测量点所在平面距激光跟踪仪原点为1000mm。因为本方法中激光跟踪仪仅需对齿槽进行测量，不存在测量齿轮内孔遮挡的问题，因此留足1000mm空间足够操作人员进行测量。激光跟踪仪设置在齿宽中部是为了将测量精度进一步提高。激光跟踪仪在齿槽双面接触等距测量200个点。基于蒙特卡罗法仿真测量1000组数据评估齿距线误差测量精度。由于特大型齿轮分度圆曲率半径足够大，以点到直线的距离近似弧长。实验结果如图3所示，单个齿距最大偏差U99置信区间的误差值为28.4um(误差取绝对值)，U95置信区间的误差值为23.8um(误差取绝对值)。在U95置信区间下，根据测量仪器精度需要满足被测工件1/3测量精度的要求，本方法可以对8级精度的特大型齿轮单个齿距极限偏差进行测量。

同时，如果采用单个齿距平均偏差进行计算，则测量精度将进一步提高。为实现特大型直齿轮单个齿距误差测量提供了一种新的测量方案。

为了进一步彰显本实施例上述方法的可行性及先进性，此处给出了传统方法中齿轮工件坐标系下激光跟踪仪齿距测量不确定度分析。被测直齿轮参数与激光跟踪仪测量精度采用激光跟踪仪直接进行齿距测量不确定度分析相同的参数。同样以激光跟踪仪坐标系为参考，被测齿轮设置在(5000mm，0mm，0mm)，内孔直径设置为6000mm，端面测量直径设置为7000mm，等角度测量100个点。由于齿轮内孔存在部分遮挡，仿真测量X轴正半边圆柱构建Z轴，内孔测量10 个截面，每个截面在-90度至90度范围内等角度测量10个点。激光坐标系X轴作为工件坐标系的X轴，坐标系原点为圆柱内孔轴线与端平面的交点。基于蒙特卡罗法仿真测量1000组数据评估坐标系原点建立精度。实验结果如图4所示， U99置信区间的坐标系原点偏移量为126.3um，U95置信区间的坐标系原点偏移量为101.5um。仅坐标系建立误差就根本无法满足8级齿轮的单个齿距极限偏差的要求。再加上激光跟踪仪测量齿距测量点引入到误差，系统测量精度将进一步降低，因此采用传统方式先建立工件坐标系，后测量齿距测量点的测量方式根本无法对8级精度的特大型齿轮单个齿距极限偏差进行测量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将激光跟踪仪的靶镜设置在被测特大型直齿轮的齿槽中，且确保靶镜同时与左右齿面接触；

激光跟踪仪直接测量位于齿槽不同截面的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到参考齿距线；

测量相邻齿槽的若干个齿廓点，并进行直线拟合，得到齿距线，计算齿距线中测量点到所述参考齿距线的距离，该距离即为被测特大型直齿轮的齿距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光跟踪仪测量齿距线时，激光跟踪仪的跟踪头设置在待测特大型直齿轮的齿宽中部。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若干个齿廓点等距分布。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以若干个测量点到所述参考齿距线的距离的平均值作为被测特大型直齿轮的齿距。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以若干个测量点到所述参考齿距线的距离偏差的平均值作为被测特大型直齿轮的单个齿距平均偏差。