[发明专利]一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法

说明书

本发明公开了一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。该方法首先斜齿轮的数据获取，转换数据至斜齿轮坐标系，建立齿轮齿向偏差数学模型，建立的斜齿轮数学模型，对左、右齿廓上的齿向偏差评定都有效。本发明通过一个线结构光测头即可快速获取斜齿轮左右齿面数据，提取有效的特征螺旋线数据；数据稳定且比一般方法数据全面、效率更高；因此可准确提取齿面上任意螺旋特征线；通过建立理论三维坐标模型和测头安装参数的调整函数，初始角ξ₀可进行自适应的调整，且避免阴影效应的不利影响，纠正加工机床的随机误差的影响。

技术领域

本发明公开了一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。

背景技术

齿向误差是在齿轮的轴线方向上的主要误差项目，是影响承载时齿轮接触精度最重要指标之一，对于8级或更高精度的齿轮，必须保证齿向精度的要求。齿向误差的定义：在分度圆柱面上(允许在齿高中部测量)，齿宽工作部分范围内(不包含倒角)，包容实际齿向线的两条最近的设计齿向线之间的端面距离。

直齿圆柱齿轮因为其公称齿向与齿轮中心基准线平行，在进行齿向误差测量比较简单，是属于斜齿圆柱齿轮螺旋角为0°的一种特例。斜齿圆柱齿轮由于齿面为渐开螺旋面，对其进行齿向误差测量时往往会存在以下问题：1、按照标准中的分度圆柱面准确测量难实现。不同直径圆柱面上的螺旋角是不同的，即使通过测量导程的原理进行螺旋线的测量，要精确定位到分度圆不容易。2、测量速度慢、效率低。随着齿轮需求的增加，为了保障大批量齿轮质量必须实现100％检测，目前已有的方法在测量效率上有待提升，那么需要一种能够快速检测的方法。3、数据关联性缺失。众所周知，齿轮属于精密设计的零部件，各个参数之间存在很强关联性，而现有的方法往往难将齿轮数据进行关联，检测一个偏差项之后另一个偏差项又需要重新进行新的数据获取，在方法本身上限制了检测的速度。线结构光测量是有效获取齿轮数据的方法之一，属于非接触式齿轮测量，可将测量数据归一至齿轮坐标系，可实现偏差测量乃至齿轮三维重构或齿轮逆向工程，具有测量速度快、精度高、不存在磨损、数据关联性强等特点。线结构光测量的基本原理：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(直齿、斜齿)测量时，存在几方面阻碍推广应用：1、结构光直接径向投射到齿轮面，被测齿廓数据可信度低。2、齿轮物理表面形貌的影响，存在阴影效应齿廓数据难拾取。

发明内容

本发明针对现有的线结构光斜齿轮测量中存在的问题，提供一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法，可以对斜齿轮的螺旋角偏差、螺旋线总偏差、螺旋线形状偏差、螺旋线倾斜偏差和平均螺旋线倾斜偏差的高精度测量。本方法不仅仅可以按照标准在分度圆上精确评定误差项，而且在齿廓有效检测区间内的任意评定圆上都可以实现误差的评定。

本发明所采用的技术方案为一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法，该方法包括如下步骤：

T1：斜齿轮的数据获取

1)建立被测齿轮齿面的三维标称数学模型

测量机转台上定义一个固定直角坐标系δ_w＝[O_w；X_w，Y_w，Z_w]。在测量前，限制被测齿轮的六个自由度，实现齿轮和测量机转台的定位。设B(X_B,Y_B,Z_B)为齿面上任意一点，那么被测齿轮齿面S(X₁,Y₁,Z₁)的三维标称数学模型表示为：