CN111609788B - 一种大型齿轮齿距偏差在机测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型齿轮的误差测量领域，特别是涉及大型齿轮齿距偏差在机测量仪。包括：齿距偏差测量机构，测量机构往复运动机构，机床连接与调整机构，运动控制及测量信号处理软件。本发明装置可以对大型齿轮的齿距偏差进行在机快速测量，测量过程中使用机床自身的回转工作台，无需对齿轮进行装卸；采用相对法测齿距原理，运用圆周封闭原则，将齿距偏差测量仪固定于齿轮加工机床立柱上，通过齿距偏差测量仪自带的电动模组进行往复运动，对齿轮的齿距偏差进行逐齿测量；最终通过软件将测量结果进行整合计算，得出待测大型齿轮的齿距偏差。

Description

一种大型齿轮齿距偏差在机测量仪

技术领域

本发明涉及大型齿轮的误差测量领域，特别是涉及大型齿轮齿距偏差在机测量仪。

背景技术

大型齿轮的测量一直以来都是齿轮生产加工中的难题。目前大型齿轮齿距偏差在机测量方案主要有接触式测量及非接触式测量，接触式测量大多以相对法测齿距为基础，采用双测头的测量模式（一个作为测量测头，另一个作为触发测头），使测头在齿间进行往复运动，逐齿或跨齿测量出齿距偏差，最后将数据进行整合计算得出齿轮的齿距偏差参数。

对安装在滚齿机上的在机测量装置，如采用接触式测量，则系统的动态响应以及重复定位精度要求较高。2015年南京工业大学张虎等人申请的大型齿轮齿距偏差在机测量装置和方法的专利（申请号CN201410055490.5，公开号CN 103769692A），该发明使用滚齿机自身的径向数控滑台带动滚齿机立柱进行往复运动，以工作台带动齿轮进行分齿运转动的方式，使用立柱前方千分表对齿轮的齿距偏差进行逐齿的间歇式测量。但该方法首先仅适用于数控滚齿机，其次使用千分表进行齿距偏差的测量使齿距偏差的线性误差转换为角度误差，测量精度难以保证，最后由于大型齿轮的齿轮重量较大，工作台无法进行高精度的分齿运动，同时由于滚齿机径向数控滑台及立柱尺寸和重量较大，运动惯性同样很大，无法保证测量位置精度。

2018年李先广等人发明的一种大型滚齿机上置式齿距测量仪（申请号CN201810114271.8，公开号CN 103769692A）采用铰链和测量探头的形式，实质是将齿距偏差的线性误差转换为角度误差，由于大型齿轮尺寸较大造成测量探头的尺寸较大，使得测头的转角信号放大比较大、转角误差较大，摆杆的测量精度难以保证。

如采用激光测距仪进行测量，首先高精度激光测距仪的设备成本较高，其次激光在空气中的折射率计算困难，且容易受到外界干涉，需要对传输介质折射率进行补偿。2019年，张白、孔德超、杨海涛申请的一种利用激光跟踪仪测量特大型直齿轮齿距的方法的专利（申请号CN201910032503.X，公开号CN109781018A）该发明将激光跟踪仪靶镜设置于齿槽中，通过测量相邻齿槽轮廓点拟合得到齿轮齿距偏差，系统设备价格较高，对测量环境要求较高。

综上，目前的齿距偏差在机测量设备，接触式测量皆使用测量摆杆偏置角度的方式来测量齿距偏差，导致齿轮的实际齿距偏差与测头测量结果杠杆比小，误差的放大较为明显，测量精度难以保证，同时对加工机床要求较高，需要数控设备来进行精确的分齿及往复运动。而非接触式测量设备价格高对环境影响较为敏感，需要投入大量人力物力。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种大型齿轮齿距偏差在机测量仪，其以较高的效率实现齿距偏差的快速测量，齿轮在滚齿机上持续旋转，测量仪上设置了分齿触发接近开关可以随着齿轮的转动速度自动进行齿距偏差测量，单个齿距偏差测量时间能够达到2秒。同时采用特殊形式的齿距偏差测量机构，以较大的杠杆比提高系统测量精度，并自动检测齿轮的齿距偏差情况。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括齿距偏差测量机构、测量机构往复运动机构、机床连接与调整机构、运动控制及测量信号处理软件；其特征在于，所述齿距偏差测量机构设置于测量机构往复运动机构上，测量机构往复运动机构设置于机床连接与调整机构上。

进一步地，所述齿距偏差测量机构包括由弹簧钢材料制成的弹性测杆、齿距偏差测头、电感测微仪、测量元件固定板、测头中心距调整导轨、电感测微仪固定块及齿距测量装置安装板；齿距偏差测头设置于弹性测杆顶端，弹性测杆设置于测量元件固定板上，电感测微仪设置于电感测微仪固定块上，电感测微仪固定块设置于测量元件固定板上，测量元件固定板设置于测头中心距调整导轨上，测头中心距调整导轨设置于测量装置安装板上。

进一步地，所述测量机构往复运动机构包括纵向伺服电动模组、伺服电动模组固定板、纵向运动平台、分齿触发接近开关及支架；纵向伺服电动模组设置于伺服电动模组固定板上，伺服电动模组固定板设置于纵向运动平台上，分齿触发接近开关设置于支架上，支架设置于纵向运动平台上。

进一步地，所述机床连接与调整机构由伺服电动模组、伺服电动模组固定板、机床滑轨压板及紧固螺栓构成，机床滑轨压板设置于机床左右两侧滑轨上，伺服电动模组固定板设置于机床滑轨压板上，固定螺栓设置于机床滑轨压板上。

进一步地，所述运动控制及测量信号处理软件包括运动控制卡，伺服电机驱动器，运动控制软件及测量软件。

与现有技术相比本发明有益效果。

1.采用特殊的弹性测杆结构，测量信号采集点位置距实际齿距偏差测量位置较近，杠杆比大于0.5，结构上保证了齿距测量机构的测量准确度。

2.由于齿距偏差为线性误差，电感测微仪同样为线性测量装置，避免因线性测量转换为角度测量导致的误差放大。同时使用高精度电感测微仪，最高能够实现0.1μm级的测量。

3.本发明实现大型齿轮齿距偏差的在机测量，满足实际工况要求；由于大型齿轮旋转过程中线速度较大，本发明使用高速伺服电动模组来完成测量机构的往复运动，能够满足实际测量中对于响应速度的要求。

4.通过运动控制及测量信号处理软件对往复运动机构进行控制，实现齿距偏差的全自动测量，根据齿轮转速进行测量节拍的自适应，对安装机床的控制形式无要求，既可用于数控机床也可用于普通机床，同时测量完成后直接输出测量结果指导生产。

5.采用通用底座，能够进行齿距偏差与齿廓偏差测量机构的快速换装，满足齿轮各参数指标的检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为大型齿轮齿距偏差在机测量仪在机测量示意图。

图2为大型齿轮齿距偏差在机测量仪示意图。

图3为齿距偏差测量装置俯视图。

图4为齿距偏差测量装置原理图。

图中，1大齿轮、2 回转工作台、3立柱径向运动滑台、4运动控制及信号处理软件、5滚齿机立柱、6滚刀架、7大型齿轮齿距偏差在机测量仪、8齿距偏差测量装置、9纵向伺服电动模组、10支架、11、分齿触发接近开关、12纵向运动平台、13伺服电动模组固定板、14伺服电动模组、15紧固螺栓、16机床滑轨压板一、17伺服电动模组固定板、18机床滑轨压板二、19电感测微仪一、20电感测微仪固定块一、21、齿距偏差测头一、22弹性测杆一、23齿距偏差测头二、24电感测微仪固定块二、25电感测微仪二、26弹性测杆二、27固定螺栓二、28测量元件固定板二、29齿距测量装置安装板、30测量元件固定板一、31测头中心距调整导轨、32固定螺栓一、33测头中心距调整导轨。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明包括齿距偏差测量机构、测量机构往复运动机构、机床连接与调整机构、运动控制及测量信号处理软件；其特征在于，所述齿距偏差测量机构设置于测量机构往复运动机构上，测量机构往复运动机构设置于机床连接与调整机构上。

优选地，所述齿距偏差测量机构包括由弹簧钢材料制成的弹性测杆、齿距偏差测头、电感测微仪、测量元件固定板、测头中心距调整导轨、电感测微仪固定块及齿距测量装置安装板；齿距偏差测头设置于弹性测杆顶端，弹性测杆设置于测量元件固定板上，电感测微仪设置于电感测微仪固定块上，电感测微仪固定块设置于测量元件固定板上，测量元件固定板设置于测头中心距调整导轨上，测头中心距调整导轨设置于测量装置安装板上。

优选地，所述测量机构往复运动机构包括纵向伺服电动模组、伺服电动模组固定板、纵向运动平台、分齿触发接近开关及支架；纵向伺服电动模组设置于伺服电动模组固定板上，伺服电动模组固定板设置于纵向运动平台上，分齿触发接近开关设置于支架上，支架设置于纵向运动平台上。

优选地，所述机床连接与调整机构由伺服电动模组、伺服电动模组固定板、机床滑轨压板及紧固螺栓构成，机床滑轨压板设置于机床左右两侧滑轨上，伺服电动模组固定板设置于机床滑轨压板上，固定螺栓设置于机床滑轨压板上。

优选地，所述运动控制及测量信号处理软件包括运动控制卡，伺服电机驱动器，运动控制软件及测量软件。

本专利的工作原理和工作过程如下：本装置采用相对法测齿距原理，运用圆周封闭原则，采取异步驱动同步测量的方式进行齿距偏差的在机测量，通过使用机床回转工作台带动齿轮持续旋转，齿轮在转动期间，两测头往复伸缩于齿槽并对齿距偏差进行逐齿测量，待测量全部齿距偏差后，通过数据处理得出整个齿轮的齿距偏差。

测量开始前，升高滚齿机滚刀架6，将大型齿轮齿距偏差在机测量仪7固定于滚齿机滑轨上；控制伺服电动模组14移动使齿距偏差测量装置8停留在适当高度，控制纵向伺服电动模组9移动将齿距偏差测头一21、齿距偏差测头二 23停留在齿轮分度圆附近并将其设置为测量位，移动测量元件固定板一30、测量元件固定板二28使得齿距偏差测头一21、齿距偏差测头二 23分别压紧齿面，拧紧固定螺栓一32、固定螺栓二27使测量元件固定板一30、测量元件固定板二28固定不动，并在运动控制及信号处理软件4中进行记录测量位置及传感器读数；随后控制纵向伺服电动模组9退出测量位，齿轮旋转开始进行测量。

齿轮旋转过程中，齿顶接近分齿触发接近开关11后，分齿触发接近开关11传输信号至运动控制及信号处理软件4并控制纵向伺服电动模组9向前移动将齿距偏差测量装置8移动至测量位置，同时齿距偏差测头一21、齿距偏差测头二 23分别伸入两相邻齿槽中，随着齿轮的旋转齿面率先接触齿距偏差测头一21并使其偏转，齿距偏差测头一21带动弹性测杆一22偏转，电感测微仪一19显示读数；随后齿面接触齿距偏差测头二23并带动弹性测杆二26偏转，电感测微仪二25开始显示读数，当电感测微仪二25到达指定位置时，运动控制及信号处理软件4发出指令记录电感测微仪一19读数，纵向伺服电动模组9退出测量位，完成一次测量。

直至齿轮所有齿距测量完成一次之后，运动控制及信号处理软件4将所有齿距数据进行计算处理，得出齿距偏差测量结果。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种大型齿轮齿距偏差在机测量仪，包括齿距偏差测量机构、测量机构往复运动机构、机床连接与调整机构、运动控制及测量信号处理软件；其特征在于，所述齿距偏差测量机构设置于测量机构往复运动机构上，测量机构往复运动机构设置于机床连接与调整机构上；

齿距偏差测量机构包括由弹簧钢材料制成的弹性测杆、齿距偏差测头、电感测微仪、测量元件固定板、测头中心距调整导轨、电感测微仪固定块及齿距测量装置安装板；齿距偏差测头设置于弹性测杆顶端，弹性测杆设置于测量元件固定板上，电感测微仪设置于电感测微仪固定块上，电感测微仪固定块设置于测量元件固定板上，测量元件固定板设置于测头中心距调整导轨上，测头中心距调整导轨设置于测量装置安装板上；

测量机构往复运动机构包括纵向伺服电动模组、伺服电动模组固定板、纵向运动平台、分齿触发接近开关及支架；纵向伺服电动模组设置于伺服电动模组固定板上，伺服电动模组固定板设置于纵向运动平台上，分齿触发接近开关设置于支架上，支架设置于纵向运动平台上；

机床连接与调整机构由伺服电动模组、伺服电动模组固定板、机床滑轨压板及紧固螺栓构成，机床滑轨压板设置于机床左右两侧滑轨上，伺服电动模组固定板设置于机床滑轨压板上，固定螺栓设置于机床滑轨压板上；

测量仪采用相对法测齿距原理，运用圆周封闭原则，采取异步驱动同步测量的方式进行齿距偏差的在机测量，通过使用机床回转工作台带动齿轮持续旋转，齿轮在转动期间，两测头往复伸缩于齿槽并对齿距偏差进行逐齿测量，待测量全部齿距偏差后，通过数据处理得出整个齿轮的齿距偏差。

2.根据权利要求1所述的一种大型齿轮齿距偏差在机测量仪，其特征在于：运动控制及测量信号处理软件包括运动控制卡，伺服电机驱动器，运动控制软件及测量软件。

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