CN113175903A - 面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统 - Google Patents

面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统，面齿轮误差检测及加工控制方法包括以下步骤：获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标；根据标准面齿轮的齿面网格节点坐标确定齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc；获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；根据齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定待修正面齿轮的修正值H；根据修正值H控制面齿轮修正设备对待修正面齿轮进行修正。本方案操作简单，且提高了面齿轮检测及加工精度，减小误差，同时适用于不同面齿轮齿面的误差检测与控制。

Description

面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及齿轮加工技术领域，尤其涉及一种面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统。
背景技术
面齿轮是实现空间相交或交错传动的关键件，具有重合度大、承载能力强、高速传动平稳等诸多优势，在交通运输、大型装备、航空航天、工程机械等领域，具有广阔的应用前景。因此，面齿轮的精密制造是世界制造强国在传动领域长期竞争的技术高地和前沿研究领域之一。面齿轮的传统机械加工，其半精和精加工方法一般采用插齿或滚齿或铣齿+磨齿，磨齿是曲面齿轮的精密机械加工方法之一。由于共轭曲面齿轮是一种变齿厚齿形，一般需采用范成法加工，磨齿机复杂、调整困难、磨削效率和精度较低，加工成本高。
目前采用飞秒激光精微修正加工点接触共轭曲面齿轮是一种新的先进精密制造方法，对于提高其加工质量和降低制造成本，具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景，然而飞秒激光修正面齿轮存在齿面结构复杂、齿面误差不易确定与控制的问题，亟待开发一种有效的面齿轮精密加工齿面误差检测与控制方法。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统，旨在解决现有面齿轮存在齿面结构复杂、齿面误差不易确定与控制的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种面齿轮误差检测及加工控制方法，所述面齿轮误差检测及加工控制方法包括以下步骤：
获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标；
根据所述标准面齿轮的齿面网格节点坐标确定齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc；
获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H；
根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正。
优选地，所述获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标的步骤包括：
将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点；
根据所述网格节点在所述待修正面齿轮轴向截面上的投影确定所述网格节点坐标。
优选地，所述将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点的步骤包括，所述网格节点避开所述待修正面齿轮齿面上的过渡曲面、齿根、齿顶、大端和小端。
优选地，所述获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
获取所述待修正面齿轮的单齿齿距极限偏差fp、齿距累积公差Fp、齿厚偏差Es及齿廓总公差Fa；
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf。
优选地，所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿廓总公差Fa确定齿面实际坐标系中齿面网格节点的实际坐标Te；
获取所述标准面齿轮的齿厚；
根据所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述标准面齿轮的齿厚确定所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure BDA0003009085590000031
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C、所述齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Te及所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure BDA0003009085590000032
确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；
所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的计算公式为：
Tf＝(Xif，Yif，Zf)
Figure BDA0003009085590000033
Figure BDA0003009085590000034
Zf＝Ze
式中，(Xe，Ye，Ze)为所述齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
优选地，所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H的步骤，具体包括：
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定误差向量nh；
根据所述误差向量nh与所述齿中心理论坐标系中齿面法向矢量nc计算所述修正值H；
所述修正值H的计算公式为：
Figure BDA0003009085590000035
其中，
Figure BDA0003009085590000036
式中，(Xif，Yif，Zf)为所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
优选地，所述根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正的步骤，具体包括：
控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度设置一定倾斜角度，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面；
控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正。
优选地，在所述控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度倾斜设置，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面的步骤、以及控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤中：控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿的侧面进行修正时，同时向所述待修正面齿轮各齿的侧面喷吹气体；和/或，
所述控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤之后还包括：
再次获取所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1；
再次根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1确定所述待修正面齿轮修正后的修正值H1；
再次根据所述面齿轮修正值H1控制所述修正设备对修正后的所述待修正面齿轮进行修正。
此外，本发明还提供一种面齿轮误差检测及加工控制装置，所述面齿轮误差检测及加工控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序，所述面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的面齿轮误差检测及加工控制方法的步骤。
此外，本发明还提供一种面齿轮误差检测及加工控制系统，所述面齿轮误差检测及加工控制系统包括：
面齿轮修正设备，包括飞秒脉冲激光仪及三维测量装置；以及，
控制装置，分别与所述飞秒脉冲激光仪及所述三维测量装置电连接，且所述控制装置为如上所述的面齿轮误差检测及加工控制装置。
本发明中，所述面齿轮误差检测及加工控制方法先获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标；根据所述标准面齿轮的齿面网格节点坐标确定齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc；再获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H；最后根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正。本方案对所述标准面齿轮齿面进行网格节点划分以准确模拟所述待修正面齿轮齿面的形状尺寸，提高所述待修正面齿轮齿面的坐标精度，进而保证所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc作为参考的标准性；从而通过所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf能够准确判断所述待修正面齿轮的误差，以计算所述待修正面齿轮的修正值H，并根据所述待修正面齿轮的修正值H进行修正。本方案操作简单，且提高了面齿轮检测及加工精度，减小误差，同时适用于不同面齿轮齿面的误差检测与控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的面齿轮误差检测及加工控制装置的结构示意图；
图2为本发明面齿轮误差检测及加工控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明实施例中网格节点在标准面齿轮轴向截面上的投影坐标侧视示意图；
图4为本发明实施例中对标准面齿轮进行展成法加工的插齿刀具的齿廓截面参数示意图；
图5为本发明实施例中标准面齿轮展成坐标系示意图；
图6为本发明实施例中标准面齿轮的理论坐标系的俯视示意图；
图7为本发明实施例中齿面理论坐标系与三维测量处理系统的测量坐标系示意图；
图8为本发明实施例中待修正面齿轮的实际坐标系的俯视示意图；
图9为本发明实施例中差曲面法计算修正值H的示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。还有就是，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前采用飞秒激光精微修正加工点接触共轭曲面齿轮是一种新的先进精密制造方法，对于提高其加工质量和降低制造成本，具有重大科学理论意义和广泛工程应用前景，然而飞秒激光修正面齿轮存在齿面结构复杂、齿面误差不易确定与控制的问题，亟待开发一种有效的面齿轮精密加工齿面误差检测与控制方法。
鉴于此，本发明提供一种面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统，旨在改善现有技术中的面齿轮存在齿面结构复杂、齿面误差不易确定与控制的技术问题。请参阅图1至图9为本发明提供的一种面齿轮误差检测及加工控制方法、装置及系统的实施例。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的面齿轮误差检测及加工控制装置的结构示意图。
如图1所示，所述面齿轮误差检测及加工控制装置可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口，对于用户接口1003的有线接口在本发明中可为USB接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的存储器(Non-volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对所述面齿轮误差检测及加工控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，认定为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及面齿轮误差检测及加工控制方法的控制程序。
在图1所示的所述面齿轮误差检测及加工控制装置中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与所述后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接用户设备；所述面齿轮误差检测及加工控制装置通过处理器1001调用存储器1005中存储的所述面齿轮误差检测及加工控制方法的控制程序，并执行本发明实施例提供的面齿轮误差检测及加工控制方法。
基于上述硬件结构，提出本发明一种面齿轮误差检测及加工控制方法的实施例。
参照图2，图2为本发明面齿轮误差检测及加工控制方法的第一实施例的流程示意图，提出本发明面齿轮误差检测及加工控制方法的第一实施例。
步骤S10：获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标。
步骤S20：根据所述标准面齿轮的齿面网格节点坐标确定齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc。
应当理解的是，本实施例的执行主体是所述面齿轮误差检测及加工控制装置，其中，所述面齿轮误差检测及加工控制装置可为个人电脑或服务器等电子设备。
需要说明的是，所述标准面齿轮可为尺寸符合要求的标准件面齿轮，也可为建模模拟的理想面齿轮，在本实施例中，所述标准面齿轮为理想面齿轮。通过对理想面齿轮的齿面进行网格节点划分，提高对齿面尺寸参数捕捉精度，进而保证所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc作为参考的标准性。具体而言，请参阅图3，将齿面进行网格离散化，同时将面齿轮齿面的点投影到同一截面上，得到网格节点在该截面的投影；再将网格中任意一点代入齿面方程，得出所述标准面齿轮的齿中心坐标系中齿面网格节点的理论坐标Tf与齿面法向矢量nc。其中，齿面方程可根据对面齿轮进行展成法加工的插齿刀具参数与面齿轮渐开线之间的联系得到，具体如下：
插齿刀具的齿廓截面参数如图4所示，设渐开线上任意一点的法矢为nf，插齿刀具的基圆半径为rbf，任意一点的法矢与基圆切点到渐开线起始点之间的圆心角为θf，刀具在齿槽上的对称线和渐开线起始点的夹角为θf0，ab、cd分别为对应于刀具两侧齿槽的渐开线，uf为沿刀具轴线zf的齿宽参数。
根据插齿刀具的齿廓截面参数可以得到刀具加工面的曲面矢量方程，从而得到刀具齿面上任意一点的单位法线nf为：
Figure BDA0003009085590000091
面齿轮展成坐标系见图5，可以看出，对面齿轮和插齿刀具的运动坐标系做了重合处理，其中{Sk}(Okxfyfzf)和{Sp}(Opxpypzp)分别为面齿轮和插齿刀具的初始位置坐标系，{Sr}(Orxryrzr)和{Sf}(Ofxfyfzf)分别为面齿轮和插齿刀具的动坐标系，γk为面齿轮与插齿刀具轴线间的夹角，
Figure BDA0003009085590000092
与
Figure BDA0003009085590000093
分别为加工时面齿轮和插齿刀具的转角。
根据刀具和面齿轮的啮合原理，由刀具加工面的曲面矢量方程可得面齿轮的齿面方程。同理，可以得到面齿轮齿面的法向矢量方程M。
Figure BDA0003009085590000094
式中，α为面齿轮齿面对应点切向方向与刀具的夹角。
如上所述，根据齿面方程以及法向矢量方程，可得到所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc。
步骤S30：获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf。
需要说明的是，所述待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf可通过三维测量与处理系统，如桥式三坐标测量机或齿轮测量中心等获得。
步骤S40：根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H。
步骤S50：根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正。
可以理解的是，通过所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf能够准确判断所述待修正面齿轮的误差，以计算所述待修正面齿轮的修正值H，并根据所述待修正面齿轮的修正值H进行修正。本方案操作简单，且提高了面齿轮检测及加工精度，减小误差，同时适用于不同面齿轮齿面的误差检测与控制。
在第二实施例中，所述的所述获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标的步骤包括：
步骤S11：将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点；
步骤S12：根据所述网格节点在所述待修正面齿轮轴向截面上的投影确定所述网格节点坐标。
需要说明的是，为便于对所述网格节点采集分析，将各所述网格节点向所述待修正面齿轮的同一面上投影，以得到所述网格节点在面上的投影。可以是在所述标准面齿轮的径向截面上投影，也可以是在其他面上投影，在此不做限制。本实施例中，在所述标准面齿轮的轴向截面上投影，以减小所述网格节点的投影面积，便于操作分析。
可以理解的是，本实施例的执行主体是所述面齿轮误差检测及加工控制装置，其中，所述面齿轮误差检测及加工控制装置可为个人电脑或服务器等电子设备。
在第三实施例中，所述将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点的步骤包括：
步骤S111：所述网格节点避开所述待修正面齿轮齿面上的过渡曲面、齿根、齿顶、大端和小端。
可以理解的是，将所述待修正面齿轮齿面上的过渡曲面、齿根、齿顶、大端和小端避开，使得所述网格节点在轴面的投影，必然位于面齿轮齿顶线、过渡曲线、大端齿距线和小端齿距线构成的封闭区域内，以四条边为边界条件，能更准确的测量齿面的误差。
在第四实施例中，所述的所述获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
步骤S31：获取所述待修正面齿轮的单齿齿距极限偏差fp、齿距累积公差Fp、齿厚偏差Es及齿廓总公差Fa；
步骤S32：根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf。
需要说明的是，面齿轮通过高速数控精密铣削留一定余量后，选择一种三维测量与处理系统(桥式三坐标测量机或齿轮测量中心等)检测，将所述齿面理论坐标系与所述三维测量与处理系统的测量坐标系重合，其中Y轴零点与方向以网格中心点P在齿面上的实际接触点为依据。
同时，如图6所示，将所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc，转换至齿面理论坐标系中齿面网格节点理论坐标T以及对应的齿面法向矢量nt。其中齿中心理论坐标系Xi轴位于单齿轴向对称剖面上，齿面理论坐标系X轴位于面齿轮圆心和网格中心点P的连线上。具体过程如下：
设所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C与齿面法向矢量nc为：
C＝(Xic,Yic,Zc)
nc＝(Xnc,Ync,Znc)
则所述齿面理论坐标系中齿面网格节点理论坐标T与齿面法向矢量nt为：
T＝(Xt，Yt，Zt)
Figure BDA0003009085590000121
Figure BDA0003009085590000122
Zt＝Zc
nt＝(Xnt，Ynt，Znt)
Figure BDA0003009085590000123
Figure BDA0003009085590000124
Znt＝Znc
其中
Figure BDA0003009085590000125
为齿中心理论坐标系Xi轴和齿面理论坐标系X轴的理论夹角。此外，由于左右齿面坐标系对称，所以左右齿面的齿面网格节点理论坐标T与齿面法向矢量nt。
根据计算得到的所述面齿轮齿面网格节点理论坐标和齿面法向矢量，可在测量坐标系内测得齿面网格节点处的法向误差，即为齿廓总公差Fa，如图7所示。左右齿面的网格中心点P之间的实际直线距离为实际齿厚ss，与理论齿厚sm比较得到齿厚偏差Es。再以网格中心点P为测量点，测量单齿齿距极限偏差fp、齿距累积公差Fp、径向跳动公差Fr，同时可测量齿面粗糙度Ra，齿面误差测量所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa，以与齿面网格节点理论坐标T及齿面法向矢量nt结合能更准确的反映齿面精度。
在第五实施例中，所述的所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
步骤S321：根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿廓总公差Fa确定齿面实际坐标系中齿面网格节点的实际坐标Te；
步骤S322：获取所述标准面齿轮的齿厚；
步骤S323：根据所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述标准面齿轮的齿厚确定所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure BDA0003009085590000131
步骤S324：根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点的理论坐标值C、所述齿面实际坐标系中齿面网格节点的实际坐标Te及所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure BDA0003009085590000132
确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；
所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的计算公式为：
Tf＝(Xif，Yif，Zf)
Figure BDA0003009085590000133
Figure BDA0003009085590000134
Zf＝Ze
式中，(Xe，Ye，Ze)为所述齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
需要说明的是，任意两个相邻的齿，顺时针前一个齿为齿Q，其存在齿左面齿厚偏差Es左Q和齿右面齿厚偏差Es右Q；顺时针后一个齿为齿U，其存在齿左面齿厚偏差Es左U和齿右面齿厚偏差Es右U；两齿之间存在齿左面单齿齿距极限偏差fp左和齿右面单齿齿距极限偏差fp右。连续相邻的任意一段面齿轮的齿数为n，顺时针第一个齿为齿1，顺时针最后一个齿为齿n，其存在齿左面齿距累积公差Fp左1～n和齿右面齿距累积公差Fp右1～n。上述值满足下列式子，由此确定每个齿的齿左右面的齿厚偏差Es左和Es右。
fp左＝Es左Q-Es左U
Fp左1～n＝Es左1-Es左n
fp右＝Es右U-Es右Q
Fp右1～n＝Es右n-Es右1
Es＝Es左+Es右
如图8所示，以齿右面为例，确定齿左面的齿厚偏差Es右后，再结合理论齿厚确定齿中心实际坐标系和齿面实际坐标系X轴的实际夹角
Figure BDA0003009085590000135
确定齿面实际坐标系的定位。
再根据每个网格节点的齿廓公差Fa，结合齿面理论坐标系中齿面网格节点理论坐标T与齿面法向矢量nt得到齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标值Te，其为：
Te＝(Xe,Ye,Ze)
Figure BDA0003009085590000141
Figure BDA0003009085590000142
Figure BDA0003009085590000143
在第六实施例中，所述的所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H的步骤，具体包括：
步骤S41：根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定误差向量nh；
步骤S42：根据所述误差向量nh与所述齿中心理论坐标系中齿面法向矢量nc计算所述修正值H；
所述修正值H的计算公式为：
Figure BDA0003009085590000144
其中，
Figure BDA0003009085590000145
式中，(Xif，Yif，Zf)为所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
可以理解的是，如图9，采用差曲面法，由齿中心实际坐标系中齿面实际坐标Tf和齿中心理论坐标系中齿面理论坐标C得到误差向量nh，再得到飞秒激光修正厚度，也即修正值H。
在第七实施例中，所述根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正的步骤，具体包括：
步骤S51：控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度设置一定倾斜角度，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面；
步骤S52：控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正。
可以理解的是，所述待修正面齿轮的倾斜角度与修正激光入射角度相适配，在对所述待修正面齿轮进行加工时，先绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面，再将所述待修正面齿轮反向设置，以在不调整所述面齿轮修正设备的情况下，实现对所述待修正面齿轮齿面的另一侧进行修正，提修正精度，同时可避免所述修正设备在所述待修正面齿轮各齿的两侧面来回移动，以提高加工效率。
进一步地，所述步骤S52还包括：
步骤S521：在所述控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度设置一定倾斜角度，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面的步骤、以及控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤中：控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿的侧面进行修正时，同时向所述待修正面齿轮各齿的侧面喷吹气体。
可以理解的是，在修正过程中通过吹气系统向所述待修正面齿轮的齿面喷吹气体，降低等离子体的膨胀与辐射区高度，减少熔凝物对齿面的覆盖，清除废屑，改善修正质量。其中，喷吹气体可为氩气或氦气等惰性气体。
在第八实施例中，所述控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤之后还包括：
步骤S522：再次获取所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1；
步骤S523：再次根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1确定所述待修正面齿轮修正后的修正值H1；
步骤S524：再次根据所述面齿轮修正值H1控制所述修正设备对修正后的所述待修正面齿轮进行修正。
可以理解的是，初次加工修正完成后，再次对修正后的所述待修正面齿轮进行检测，确定修正值H1，以判断前一次修正后的修正效果和齿面误差。当前一次修正后的齿面误差未达标准时，可重复如上所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，以提高所述待修正面齿轮的精度。
此外，本发明还提供一种面齿轮误差检测及加工控制装置，所述面齿轮误差检测及加工控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序，所述面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序被所述处理器执行时实现如上所述的面齿轮误差检测及加工控制方法的步骤。
此外，本发明还提供一种面齿轮误差检测及加工控制系统，所述面齿轮误差检测及加工控制系统包括面齿轮修正设备及控制装置，所述面齿轮修正设备包括飞秒脉冲激光仪及三维测量装置；所述控制装置分别与所述飞秒脉冲激光仪及所述三维测量装置电连接，且所述控制装置为如上所述的面齿轮误差检测及加工控制装置。
本发明所述的面齿轮误差检测及加工控制装置及面齿轮误差检测及加工控制系统的其他实施例或具体实现方式可参照上述各方法实施例，此处不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器镜像(Read Only Memory image，ROM)/随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标；
根据所述标准面齿轮的齿面网格节点坐标确定齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc；
获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H；
根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正。
2.如权利要求1所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述获取标准面齿轮的齿面网格节点坐标的步骤包括：
将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点；
根据所述网格节点在所述待修正面齿轮轴向截面上的投影确定所述网格节点坐标。
3.如权利要求2所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述将所述标准面齿轮进行网格节点划分以确定网格节点的步骤包括，所述网格节点避开所述待修正面齿轮齿面上的过渡曲面、齿根、齿顶、大端和小端。
4.如权利要求1所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述获取待修正面齿轮的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
获取所述待修正面齿轮的单齿齿距极限偏差fp、齿距累积公差Fp、齿厚偏差Es及齿廓总公差Fa；
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf。
5.如权利要求4所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc、所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述齿廓总公差Fa确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的步骤，具体包括：
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿廓总公差Fa确定齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Te；
获取所述标准面齿轮的齿厚；
根据所述单齿齿距极限偏差fp、所述齿距累积公差Fp、所述齿厚偏差Es及所述标准面齿轮的齿厚确定所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure FDA0003009085580000021
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C、所述齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Te及所述齿中心实际坐标系与所述齿面实际坐标系的X轴实际夹角
Figure FDA0003009085580000022
确定所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf；
所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf的计算公式为：
Figure FDA0003009085580000023
Figure FDA0003009085580000024
Figure FDA0003009085580000025
Zf＝Ze
式中，(Xe，Ye，Ze)为所述齿面实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
6.如权利要求1所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定所述待修正面齿轮的修正值H的步骤，具体包括：
根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C与所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf确定误差向量nh；
根据所述误差向量nh与所述齿中心理论坐标系中齿面法向矢量nc计算所述修正值H；
所述修正值H的计算公式为：
Figure FDA0003009085580000031
其中，
Figure FDA0003009085580000032
式中，(Xif，Yif，Zf)为所述齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标，(Xic，Yic，Zc)为所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标。
7.如权利要求1所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，所述根据所述修正值H控制面齿轮修正设备对所述待修正面齿轮进行修正的步骤，具体包括：
控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度设置一定倾斜角度，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面；
控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正。
8.如权利要求7所述的面齿轮误差检测及加工控制方法，其特征在于，在所述控制所述面齿轮修正设备将所述待修正面齿轮根据修正激光入射角度设置一定倾斜角度，且根据所述修正值H沿绕所述待修正面齿轮周向环绕的一时钟方向依次修正所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面的步骤、以及控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤中：控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿的侧面进行修正时，同时向所述待修正面齿轮各齿的侧面喷吹气体；和/或，
所述控制所述面齿轮修正设备在所述待修正面齿轮各齿被所述一时钟方向穿入的一侧面修正完成后，将所述待修正面齿轮反向设置一定倾斜角度，以对所述待修正面齿轮各齿的另一侧面进行修正的步骤之后还包括：
再次获取所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1；
再次根据所述齿中心理论坐标系中齿面网格节点理论坐标C及齿面法向矢量nc与所述待修正面齿轮修正后的齿中心实际坐标系中齿面网格节点实际坐标Tf1确定所述待修正面齿轮修正后的修正值H1；
再次根据所述面齿轮修正值H1控制所述修正设备对修正后的所述待修正面齿轮进行修正。
9.一种面齿轮误差检测及加工控制装置，其特征在于，所述面齿轮误差检测及加工控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序，所述面齿轮误差检测及加工控制方法控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的面齿轮误差检测及加工控制方法的步骤。
10.一种面齿轮误差检测及加工控制系统，其特征在于，包括：
面齿轮修正设备，包括飞秒脉冲激光仪及三维测量装置；以及，
控制装置，分别与所述飞秒脉冲激光仪及所述三维测量装置电连接，且所述控制装置为如权利要求9所述的面齿轮误差检测及加工控制装置。
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