CN115393972A - 一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法 - Google Patents

一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，应用于法向截面检测，检测滚柱螺纹法向截形的径向尺寸，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O，以理论圆心O作为比较的基准点；检测滚柱螺纹法向截形的被测圆弧，获取被测圆弧各个数据点以理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)；比较各个数据点的极半径rN与理论半径R的对比误差值△r＝rN‑R；本发明利用极坐标进行比较，不需要拟合整个圆，仅需要对检测区域进行比较，对圆弧自身的弧形具有较高的判断精度，并且根据极角θN可以定位数据点的方位，可以判断圆弧在牙侧面的位置是否精准；能够真实反映加工实体上各个点的加工误差，指导后续装配及应用合格性分析。

Description

一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法
技术领域
本发明涉及行星滚柱丝杠传动技术领域，更进一步涉及一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法。
背景技术
行星滚柱丝杠是一种实现直线运动和旋转运动转化的传动装置,如图1所示，为行星滚柱丝杠的结构示意图，包括丝杆01、滚柱02、螺母03、内齿圈04、保持架等组件，由众多的螺纹啮合点实现载荷分散承载，具有高承载、高精度、高刚度、长寿命的系列特点。其中，行星滚柱丝杠中的滚柱截形通常采用牙侧面设置一段长度较短的圆弧形造型，从而提升传动效率。
滚柱的牙侧面圆弧形需要精准(圆弧本身的弧形精准、圆弧在牙侧面的位置精准)才能保证传动效率，需要对滚柱进行相应的检测。目前传统的滚柱螺纹法向截形测量过程，需要通过轮廓提取，并采用最小二乘法等方法进行曲线拟合，通过小弧度(10度左右)曲线拟合得到整个圆形(360度)；由于滚柱螺纹法向截形牙侧面上圆弧段较短，通过轮廓提取之后进行曲线拟合常用最小二乘法等方法得出的结果误差太大，不仅难以精准地确定圆弧本身的弧形是否精准，且无法检测圆弧在牙侧面的位置。传统的检测方式对加工质量的判断缺乏客观考量，测试结果不利于指导生产实践。
对于本领域的技术人员来说，如何更为精准地检测滚柱截形面圆弧，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，定位理论圆心，利用极坐标作为判断的依据，能够判断出圆弧本身的弧形是否准确，以及圆弧所在位置是否准确，具体方案如下：
一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，包括：
检测滚柱螺纹法向截形的径向尺寸，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；
检测滚柱螺纹法向截形的所述被测圆弧，获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)；
比较所述极半径rN与理论半径R的对比误差值△r＝rN-R。
可选地，所述比较所述极半径rN与理论半径R的对比误差值，包括：
计算各个所述数据点的极半径rN与理论半径R的对比误差值，结合极角θN拟合为误差值波动曲线。
可选地，所述结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；包括：
检测滚柱螺纹法向截形的大径和小径，获取滚柱螺纹法向截形的中径；
获取被测牙侧面所在牙槽的中垂线；
根据所述中径与设计圆心的间距X1、以及所述中垂线与设计圆心的间距Y1，获取理论圆心O。
可选地，所述获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，包括：
利用轮廓仪检测各个数据点的直角坐标，并转换为实际极坐标值(rN，θN)。
可选地，所述获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，包括：
以所述中径、所述被测圆弧的交点与所述理论圆心O的连线为对称轴，检测的角度范围为±5°。
本发明提供一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，应用于法向截面检测，检测滚柱螺纹法向截形的径向尺寸，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O，以理论圆心O作为比较的基准点；检测滚柱螺纹法向截形的被测圆弧，获取被测圆弧各个数据点以理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)；比较各个数据点的极半径rN与理论半径R的对比误差值△r＝rN-R；本发明利用极坐标进行比较，不需要拟合整个圆，仅需要对检测区域进行比较，对圆弧自身的弧形具有较高的判断精度，并且根据极角θN可以定位数据点的方位，可以判断圆弧在牙侧面的位置是否精准；能够真实反映加工实体上各个点的加工误差，指导后续装配及应用合格性分析。
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获得其他的附图。
图1为行星滚柱丝杠的结构示意图；
图2为滚柱螺纹法向截形的局部示意图；
图3为图2中A部分的局部放大图；
图4为被测圆弧上若干个数据点的示意图；
图5为一个牙槽的两个侧面与理论圆弧的拟合示意图。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，定位理论圆心，利用极坐标作为判断的依据，能够判断出圆弧本身的弧形是否准确，以及圆弧所在位置是否准确。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的滚柱螺纹法向截形偏差检测方法进行详细的介绍说明。
本发明提供一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，应用于滚柱螺纹法向截形的检测，法向截形为垂直于螺纹螺旋线的截面，该截面并不沿轴线方向做切线，而是以轴线方向转动β角度(β指螺旋角)得到滚柱螺纹法向截形。该方法包括如下步骤：
S1、检测滚柱螺纹法向截形的径向尺寸，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；结合图2，其中的L表示轴线，L1表示中径，L2表示小径，L3表示大径；大径为整个滚柱螺纹法向截面的外径，大径是牙槽的槽顶；小径为牙槽的槽底；中径为大径和小径之和一半，也即：中径＝(大径+小径)/2。
结合图2，大径的尺寸和小径的尺寸可较为容易测量，且精度较高，由实际测量得到的径向尺寸，并结合该滚柱螺纹法向截形的理论设计理论数据，可以得到被测圆弧的理论圆心O，理论圆心O可以在轴线L上，也可以偏离轴线L。
S2、检测滚柱螺纹法向截形的被测圆弧，获取被测圆弧各个数据点以理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，其中N表示数据点的采样点数，r表示极半径，θ表示极角；结合图4所示，其中展示了六个数据点，这六个数据点均为实际测量得到，每个数据点对应一个极角θN(θ1、θ2、θ3……)和一个极半径rN(r1、r2、r3……)。实际极坐标值(rN，θN)在以理论圆心O为原点的极坐标系内，各个数据点位于相同的极坐标系内。
S3、比较极半径rN与理论半径R的对比误差值△r＝rN-R；将上述对比误差值△r即为数据点的加工误差，能够真实反映加工实体上各个点的加工误差，指导后续装配及应用合格性分析。
由于法向截形不沿轴向切割得到，每个牙槽切割得到的截面并不在同一平面内，图2所示的截形相当于若干个截形面在一个面内投影映射得到。在实际测量时，每个牙槽测量单独进行。
本发明利用极坐标进行误差比较，不需要根据若干个点拟合得到整个圆，仅需要对检测区域进行比较，对圆弧自身的弧形具有较高的判断精度，并且根据极角θN可以定位数据点的方位，可以判断圆弧在牙侧面的位置是否精准；能够真实反映加工实体上各个点的加工误差，指导后续装配及应用合格性分析。该方法利用理论圆心为基准去考核实测轮廓的符合度，避免了通过数据拟合算法中与理论设计基准不统一的问题或者缺少基准的问题，显著优化并提高了行星滚柱丝杠滚柱螺纹零件的测试精度。
在上述方案的基础上，在上述步骤S3中，比较极半径rN与理论半径R的对比误差值，具体包括如下步骤：
计算各个数据点的极半径rN与理论半径R的对比误差值，结合极角θN拟合为误差值波动曲线。结合图3，其中的曲线表示轮廓理论弧线，波浪线表示实测轮廓曲线。将上述对比误差值△r以及θN对应关系曲线记录为误差值波动曲线，测试结果即为加工轮廓的加工误差曲线，能够真实反映加工实体上各个点的加工误差，指导后续装配及应用合格性分析。
上述步骤S1中，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；包括如下具体步骤：
检测滚柱螺纹法向截形的大径和小径，获取滚柱螺纹法向截形的中径；中径＝(大径+小径)/2。
获取被测牙侧面所在牙槽的中垂线(如图2中D所示)，中径与牙槽的两个交点(P1、P2)，根据两个交点P1、P2的直角坐标值可以得到中垂线，中垂线与中径已经知晓的情况下，根据中径与设计圆心的间距X1、以及中垂线与设计圆心的间距Y1，获取理论圆心O，其中间距X1、Y1均为已经长度，此长度均为设计图纸当中已知的数据，根据理论尺寸的几何关系可得到；两者的交点即为理论圆心O。
需要注意的是，上述根据中垂线、中径、X1、Y1的关系确定出理论圆心O仅为一种具体的实施方式，还可以通过其他的几何关系得到，得到利用大径、中垂线的相应关系等，这些具体的实施方式都应包含在本发明的保护范围之内。
上述步骤S2中，获取被测圆弧各个数据点以理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，具体包括：
利用轮廓仪检测各个数据点的直角坐标，并转换为实际极坐标值(rN，θN)。轮廓仪检测各个数据点直角坐标，检测时，固定工件，通过在一定的直角坐标系OXY下，利用轮廓仪或其他采集设备提取法向截形完整轮廓，采集的点坐标都在OXY之内，由此可得出大径、小径值以及轴线位置，再由法向截形可得出牙槽的中垂线。
上述步骤S2中，获取被测圆弧各个数据点以理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，包括：
以中径、被测圆弧的交点与理论圆心O的连线为对称轴，检测的角度范围为±5°，包含两端点值。结合图2，其中半径R所指向的点为中径与被测圆弧的交点，以此半径为基准，测量的范围为顺时针和逆时针各5°，具体的测量范围按设计图纸实际情况自定义指定。
结合图5，其中H表示取样长度(在X轴方向上)，S1、S2分别为拟合圆弧中径位置点切线。在取样长度内对法向截形扫描测到的轮廓数据点进行拟合，拟合原则为以理论半径R为目标值，获得相对于实测轮廓点的最佳拟合曲线，拟合曲线与中径与左/右牙侧轮廓交点分别为P1、P2，过P1、P2分别做拟合圆弧的切线，则两条切线之间的夹角即为实测牙型角，单条切线与中径线的夹角的余角即为牙型半角。该种牙型(半)角测试方法真实的反映了实际加工轮廓弧面在工作中的接触角，能够反向指导设计，有利于对工作过程进行进一步切合实际的分析。解决了行星滚柱丝杠零件螺纹法向截形为弧形时测试误差与真实工况不匹配的问题。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，其特征在于，包括：
检测滚柱螺纹法向截形的径向尺寸，结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；
检测滚柱螺纹法向截形的所述被测圆弧，获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)；
比较所述极半径rN与理论半径R的对比误差值△r＝rN-R。
2.根据权利要求1所述的滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，其特征在于，所述比较所述极半径rN与理论半径R的对比误差值，包括：
计算各个所述数据点的极半径rN与理论半径R的对比误差值，结合极角θN拟合为误差值波动曲线。
3.根据权利要求2所述的滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，其特征在于，所述结合被测滚柱螺纹法向截形的设计理论数据，得到被测圆弧的理论圆心O；包括：
检测滚柱螺纹法向截形的大径和小径，获取滚柱螺纹法向截形的中径；
获取被测牙侧面所在牙槽的中垂线；
根据所述中径与设计圆心的间距X1、以及所述中垂线与设计圆心的间距Y1，获取理论圆心O。
4.根据权利要求2所述的滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，其特征在于，所述获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，包括：
利用轮廓仪检测各个数据点的直角坐标，并转换为实际极坐标值(rN，θN)。
5.根据权利要求2所述的滚柱螺纹法向截形偏差检测方法，其特征在于，所述获取所述被测圆弧各个数据点以所述理论圆心O为原点的实际极坐标值(rN，θN)，包括：
以所述中径、所述被测圆弧的交点与所述理论圆心O的连线为对称轴，检测的角度范围为±5°。
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