[发明专利]一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，包括：直齿锥齿轮（1）、齿轮定位夹具（2）、定位夹具支撑装置（3）、底座（4）、测量机器人（5）、非接触式激光测头（6）、测头防护罩（7）、计算机（8）、数据线（9）；其特征在于：底座（4）通过地脚螺栓固定在地面上；定位夹具支撑装置（3）通过内六角螺钉固定连接在底座（4）上；齿轮定位夹具（2）通过内六角螺钉固定连接在定位夹具支撑装置（3）上；测量机器人（5）通过内六角螺钉固定连接在底座（4）上；激光测头防护罩（7）通过内六角螺钉固定连接在测量机器人（5）的第六轴（5b）上；非接触式激光测头（6）通过内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩（7）上；计算机（8）通过数据线（9）与非接触式激光测头（6）实现数据通讯；所述的直齿锥齿轮（1）为普通渐开线齿廓直齿锥齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的齿轮定位夹具（2），包括齿部定位体（2a）、齿部支撑体（2b）；其中，齿部定位体（2a）通过内六角螺钉拧紧在齿部支撑体（2b）上，齿部支撑体（2b）内加工有螺纹；齿部定位体（2a）通过一个内六角螺钉，与齿部支撑体（2b）固定连接；齿部支撑体（2b）内孔与齿部定位体（2a）的外圆采用间隙配合，齿部支撑体（2b）通过四个内六角螺钉固定连接在定位夹具支撑装置（3）上。

3.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的定位夹具支撑装置（3）上端通过内六角螺钉与齿轮定位夹具（2）固定连接，下端通过内六角螺钉固定连接在底座（4）上；其中，定位夹具支撑装置（3）采用中空设计的形式；所述的底座（4）采用长方形方板结构，通过地脚螺栓固定连接在地面上。

4.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的测量机器人（5）采用六轴关节测量机器人，测量机器人（5）通过四个内六角螺钉将测量机器人底座（5a）固定连接在底座（4）上；测量机器人第六轴（5b）上设置有四个螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的非接触式激光测头（6）自身包含有激光信号发射器（6a）、激光信号接收器（6b）及与计算机实现对接的线路接口（6c）；其中，非接触式激光测头（6）上有四个螺纹孔，可用内六角螺钉将非接触式激光测头（6）固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）上。

6.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的激光测头防护罩（7），包括激光测头防护罩盖板（7a）、激光测头防护罩壳体（7b）、激光测头防护罩开口（7c）、耐热玻璃（7d）、玻璃盖板（7e）、玻璃垫（7f）、玻璃上侧垫板（7fa）、玻璃下侧垫板（7fb）；其中，激光测头防护罩壳体（7b）通过四个内六角螺钉与非接触式激光测头（6）固定连接；激光测头防护罩盖板（7a）通过四个内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）上；激光测头防护罩壳体（7b）下表面有一个凹槽，耐热玻璃（7d）放置在凹槽中，在耐热玻璃（7d）与激光测头防护罩壳体（7b）之间安装有一个玻璃上侧垫板（7fa）；玻璃盖板（7e）通过四个内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）的下表面上，从而将耐热玻璃（7d）固定安装在激光测头防护罩壳体（7b）的下端凹槽中；在玻璃盖板（7e）与激光测头防护罩壳体（7b）之间安装有一个玻璃下侧垫板（7fb）；激光测头防护罩盖板（7a）通过内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）上；测头防护罩（7）后端有四个孔，通过四个内六角螺钉固定连接在测量机器人第六轴（5b）上。

7.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：所述的计算机（8）安装在整个检测装置旁，通过数据线（9）将计算机（8）与非接触式激光测头（6）相连接。

8.根据权利要求1所述的一种精锻直齿锥齿轮在线检测装置，其特征在于：具体在线检测方法步骤如下：

【1】安装在线检测装置：将底座（4）通过地脚螺栓固定连接在齿轮锻压设备旁地面的合适位置；测量机器人（5）通过四个内六角螺钉将测量机器人底座（5a）固定连接在底座（4）上；齿轮定位夹具（2）中的齿部定位体（2a）采用六个齿三点定位的方式，通过内六角螺钉，固定连接在齿部支撑体（2b）上；齿部支撑体（2b）通过四个内六角螺钉固定连接在底座（4）上；非接触式激光测头（6）通过四个内六角螺钉，固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）后端面上；激光测头防护罩（7）通过四个内六角螺钉将激光测头防护罩壳体（7b）固定连接在测量机器人第六轴（5b）上；激光测头防护罩盖板（7a）通过四个内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）上；耐热玻璃（7d）放置在激光测头防护罩壳体（7b）下表面凹槽中，在耐热玻璃（7d）与激光测头防护罩壳体（7b）的下表面凹槽中垫有一个玻璃上侧垫板（7fa）；玻璃盖板（7e）通过四个内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）的下表面上，在玻璃盖板（7e）与激光测头防护罩壳体（7b）下表面之间垫有一个玻璃下侧垫板（7fb）；激光测头防护罩盖板（7a）通过内六角螺钉固定连接在激光测头防护罩壳体（7b）上；激光测头防护罩（7）对非接触式激光测头（6）起到保护作用；计算机（8）通过数据线（9）与非接触式激光测头（6）相连接，将非接触式激光测头（6）的检测结果进行采集、显示及反馈，与整个在线检测系统实现通讯；

【2】检测直齿锥齿轮（1）：锻打成形的高温锻件直齿锥齿轮（1）被放置在齿轮定位夹具（2）上；随后，非接触式激光测头（6）上的激光信号发射器（6a）向直齿锥齿轮（1）的齿面发射激光束，激光信号接收器（6b）用来接收被测信号；非接触式激光测头（6）内置有数据采集卡，将激光信号接收器（6b）接收到的检测结果进行收集，以备后续计算使用；

【2-1】直齿锥齿轮（1）表面缺陷的检测：锻打成形的高温直齿锥齿轮（1）被放置在齿轮定位夹具（2）上，非接触式激光测头（6）与测量机器人第六轴（5b）固定连接，通过测量机器人（5）的自身运动实现非接触式激光测头（6）沿直齿锥齿轮（1）节锥母线方向的移动，检测出直齿锥齿轮（1）一个齿中，沿齿长方向上多个法截面的齿面点数据，再将多个法截面的齿面点数据拟合成为一整个齿面，将该检测齿面同标准齿面作对比，便可直观的观察出是否存在表面缺陷及表面缺陷的所在位置，若直齿锥齿轮（1）存在表面缺陷，则需停止生产，判断该缺陷产生的原因；

【2-2】直齿锥齿轮（1）弦齿厚（1f）的检测：在这个检测出的齿面上，分别沿直齿锥齿轮（1）的齿长方向截取距小端（1a）处、（1b）处和（1c）处的三处法截面，得出该三处法截面上的齿面点数据，从而利用直齿锥齿轮（1）法截面与节锥母线交点的左齿面齿面点坐标（n）减去直齿锥齿轮法截面与节锥母线交点的右齿面齿面点坐标（m）便可计算出三处法截面上的弦齿厚（1f）；

【2-3】直齿锥齿轮（1）锻造闭模高度（C）的检测：通过测量机器人（5）控制非接触式激光测头（6），分别使激光束在垂直于直齿锥齿轮（1）的上表面及下表面上各打一个点，检测出工件上表面坐标值P与工件下表面在同一坐标系中的坐标值Q，便可通过相对坐标差P-Q计算出锻造闭模高度（C）；通过锻造闭模高度（C）的检测，可将直齿锥齿轮（1）的高度信息反馈给锻压设备，从而调整设备锻造压力的大小，实现锻造过程的闭环控制；

【3】显示检测结果：齿面检测结果通过非接触式激光测头（6）的激光信号接收器（3b）接收被测信号，通过非接触式激光测头（6）内置的数据采集卡将测得的法截面齿面点数据、拟合出的被检测齿面、检测出的热态弦齿厚（1f）及锻造闭模高度（C）通过数据线（9）传递给计算机（8）上已安装好的配对软件系统，将测量结果在计算机（8）上完整显示；

【4】判断检测结果：对于直齿锥齿轮（1）热态下检测出的弦齿厚（1f）和锻造闭模高度（C），需要与直齿锥齿轮（1）冷态下计算出的弦齿厚和锻造闭模高度分别乘以相应测量温度时的线膨胀系数所得出的数值进行对比；由于每次测量时，被测量的直齿锥齿轮（1）可能处在不同的温度之下，也可能由于直齿锥齿轮（1）往齿轮定位夹具（2）上放时，不可避免的会产生定位误差，从而会造成测量误差的产生，因此需要给检测出的弦齿厚（1f）和锻造闭模高度（C）设定一个公差范围，只要在这个公差范围之内，均判定直齿锥齿轮（1）合格；若检测值不在这个公差范围之内，则判定直齿锥齿轮（1）不合格；则需停止生产，查找原因，从而可避免大量不合格直齿锥齿轮（1）的产生。