[发明专利]一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法

说明书

本发明公开了一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法，该方法首先建立被测齿轮齿面的三维标称数学模型，结构光由间距相等的一系列光斑组成，基于结构光本身特性并在结构光的有效计值范围内。建立齿轮齿廓偏差项的数学模型；最终实现对圆柱齿轮的齿廓总偏差、齿廓倾斜偏差、齿廓形状偏差的高精度测量。本发明可实现在较复杂环境对圆柱齿轮各轮齿进行检测，测量速度快、效率高；能适应多种类型的圆柱齿轮检测，不存在测头磨损和半径补偿的问题；通过大数据能提高测量的精度，重复性好，避免齿轮检测中的阴影效应。能同时对转换到齿轮坐标系的所有实测数据进行齿廓误差计算，该方法的运算速度高。

技术领域

本发明涉及一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。

背景技术

齿廓偏差是实际齿廓偏离标称齿廓的量，是齿轮传动平稳性最重要的指标之一。目前齿廓偏差测量的方法主要有：展成法、坐标法、投影法和啮合法，但这四种方法在测量效率、测量齿轮类型、经济成本方面各有取舍。以圆柱齿轮为例，一种测速快、效率高、测量准确和能测不同参数齿轮的测量方法将是齿轮检测技术领域的一场革命。

根据仪器与被测齿轮接触与否，将齿轮测量方法分为接触式测量和非接触式测量。目前进行齿轮测量主要采用的是接触式测量方法，但是接触式测量存在测量效率低、易损伤被测物表面、测头本身易磨损等缺点。为了克服接触式测量方法存在的弊端，从20世纪80年代开始，开始发展各种非接触式的测量方法。线结构光测量齿轮方法属于非接触式齿轮测量。线结构光测量具有测量速度快、无测头的磨损、精确度高、量程可调节等优点，适用于齿轮的快速、高精度检测。线结构光的基本原理是：通过投射一条理想的直线形的点列光源到被测齿轮表面，通过考虑传感器上的输入信号的位置和光电检测器阵列的轴线与激光束之间的角度以及它们之间的距离，使用三角法来计算齿轮表面和测头之间的距离参数。

在线结构光进行圆柱齿轮测量时，存在三个方面的难点阻碍了非接触齿轮测量的推广应用：第一，结构光本身特性限制测量不能直接在径向测量。结构光即为间距相等一系列光斑组成，如果径向直接投射结构光测量齿轮，将使得齿廓数据不可信。第二，由于齿轮各轮表面形貌的影响，将会存在阴影效应使得无法收集到齿廓数据。第三，结构光所测得的齿轮数据为某一齿廓相对于测头空间位置的参数，而该测量参数无法直接进行误差项的测量。

要从实测的齿轮数据中获取齿廓偏差，必须首先确定实测曲线的齿廓计值范围，经过理论分析可以计算出起始点E的位置，结合齿轮标准可以得到有效长度L_α评定区间。传统的评定方式在一定程度上推动了齿廓测量技术的进步，而对于齿轮检测效果来说，传统的评定区间的方式就局限住了测量的速度。为了进一步提高测量的速度、精度和重复性，提出以同心圆的形式表征L_α区间，能同时对转换到齿轮坐标系的所有实测数据进行齿廓误差计算，推出了理论模型的设计齿廓和实测的平均齿廓计算公式，提出了本发明的一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的线结构光齿轮测量中存在的问题，提供一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法，可以对圆柱齿轮的齿廓总偏差、齿廓倾斜偏差、齿廓形状偏差的高精度测量。该方法既可以应用于四轴卧式测量机上，也可以应用在四轴立式测量机上。

本发明所采用的技术方案为一种基于线结构光的圆柱齿轮齿廓偏差测量方法，该方法包括如下步骤，

W1：建立被测齿轮齿面的三维标称数学模型

检测前需要限定被测齿轮的六个自由度，将限定齿轮的坐标系δ_p＝[O_p；X_p,Y_p,Z_p]定义为一个固定的直角坐标系。δ_p中齿面上任意一点B处的参考方程B(X_B,Y_B,Z_B)表示为：