[发明专利]一种实现齿轮齿距偏差测量中测量仪器系统误差分离的方法

说明书

本发明涉及精密测量技术领域，具体涉及一种实现齿轮齿距偏差测量中测量仪器系统误差分离的方法。该方法主要是在齿轮齿距测量仪器中引入圆光栅和两个间隔一定角度的微位移传感器，通过对齿轮齿距进行多圈测量并进行数据处理，分离出齿轮齿距偏差和测量仪器的系统误差。与现有的基于闭环测量技术的系统误差分离方法相比，该方法在测量过程中不需要对齿轮进行转位，具有测量过程简单、测量效率和自动化程度高的技术优势，特别适合于齿轮齿距偏差在机在线测量时测量仪器系统误差的分离。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，具体涉及一种实现齿轮齿距偏差测量中测量仪器系统误差分离的方法。

背景技术

齿轮是大多数机器传动系统中普遍使用的基础元件，具有高负载、高传动精度以及高效率等优点。齿距偏差是齿轮检测中重要的精度指标，其大小对齿轮的传动精度和传动的平稳性有重大的影响。齿距偏差的测量方法主要有绝对法和相对法两大类。由于绝对法具有测量装置和数据处理简单、测量精度高等优点，是齿轮测量中普遍采用的测量方法。目前高精度齿轮齿距偏差的测量仪器主要有齿轮测量中心和坐标测量机等。

为了提高齿轮齿距偏差的测量精度，德国联邦物理技术研究院(PTB)和日本计量院(NMIJ)分别将闭环测量技术用于齿轮测量中心和三坐标测量机中齿距偏差的测量，以分离齿距偏差测量过程中的系统误差。两种方法都是将齿距偏差测量结果分解为实际齿距偏差、测量仪系统误差和随机误差三部分，然后通过转位改变齿轮在测量机中的位置，重复对齿距偏差进行测量。测量结束后，通过对测量数据进行处理，从中分离出实际齿距偏差、测量仪系统误差和随机误差。对于一个具有Z个轮齿的齿轮，这两种方法都需要分别从Z个不同位置开始对所有轮齿进行逐齿测量，即需要进行Z²次测量，因此其测量过程异常繁琐，测量效率很低。目前这两种方法仅适用于计量实验室对溯源用的标准齿轮进行标定，很难应用于工业生产。针对上述问题，大连理工大学的娄志峰、贺海钊等人提出了改进的多步法和两步法对齿距偏差测量中的测量仪系统误差进行分离，使得测量效率有了显著提高，但是测量精度有所下降。

无论是德国联邦物理技术研究院(PTB)和日本计量院(NMIJ)提出的闭环测量方法，还是大连理工大学提出的改进的多步法和两步法，都需要借助人工或者误差分离转台对齿轮进行转位以改变齿轮在测量仪器中的位置，然后重复对齿距偏差进行测量。这导致了以下问题：(1)在测量过程中需要停止测量仪器的测量状态，以便通过人工或者误差分离转台实现齿轮的转位，不利于自动化测量。(2)在人工对齿轮进行转位的过程中，需要重新对齿轮进行装夹、重新调整齿轮与回转工作台同心(在齿轮测量中心上测量时)或者重新确定齿轮坐标系的位置(在三坐标测量机上测量时)，这些都将引入新的误差源，从而降低测量精度。(3)借助误差分离转台对齿轮进行转位，虽然不存在人工转位时的重新装夹与调整问题，但误差分离转台的使用同样会引入新的误差源，从而降低测量的精度。(4)上述方法测量过程繁杂、测量效率低、测量时间长，从而在测量过程中会引入更多的测量误差，如传感器的漂移、电气噪声、环境温度变化等带来的误差，这些都不利于实现高速、高效和高精度的测量。(5)对于齿轮在机在线测量，无论人工转位还是借助于误差分离转台进行转位，都难以实现，因此上述误差分离方法很难用于齿轮的在机在线测量。

发明内容

本发明提供了一种实现齿轮齿距偏差测量中测量仪器系统误差分离的方法，以解决现有技术存在的测量精度低、过程繁杂、测量效率低、测量时间长和很难用于大齿轮的在机在线测量的问题，

为了达到本发明的目的，本发明提供的技术方案是：一种实现齿轮齿距偏差测量中测量仪器系统误差分离的方法，包括以下步骤：

步骤一、输入齿轮相关参数，包括齿轮齿数Z、齿轮端面模数m_t、测量时的间隔齿数k

步骤二、齿轮装夹及测量装置的调整：

a.将被测齿轮1装夹在回转工作台2上，调整被测齿轮1与回转工作台2同心，圆光栅3固设于回转工作台2上且与其转子相联，圆光栅读数头4固设于回转工作台2上且与回转工作台2的定子相联。