一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107860313A(43)申请公布日2018.03.30(21)申请号201711007999.2(22)申请日2017.10.25(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人石照耀王涛汤洁(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人沈波(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法(57)摘要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。CN107860313ACN107860313A权利要求书1/3页1.一种基于线结构光的斜齿轮齿向偏差测量方法，其特征在于：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δw＝[Ow；Xw，Yw，Zw]；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(XB,YB,ZB)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：其中，rb为齿轮的基圆半径，βb为基圆螺旋角，α1、α2为A点和B点所在渐开线的压力角，ξ0表示固定坐标系δw的Yw轴与被测齿轮渐开线起始点的初始夹角；2)线结构光测头姿态参数计算线结构光测头测量斜齿时，安装角度β等于被测齿轮的螺旋角，其次，在测头的有效计值范围S0内，将y轴向偏置结构光测头位置参数a0；测量斜齿轮左齿面时，调整角度ξ0避免阴影效应，使前一轮齿不遮挡射在被测齿面的投射光，那么投射光面实现对轮齿法平面的齿廓数据获取；线结构光测头与被测齿轮固定坐标系的位置参数关系:其中，b表示结构光测头与x轴的偏置距离，与T1中的数学模型相对应；u0、v0表示被测齿廓中渐开线起始点A0与测头安装位置的两轴向距离，u0、v0通过测头实际测量值计算出来；同理，被测齿廓上的任意点也可求出对应的各参数；其中，a0、v0、b、ξ0、β和u0参数之间能相互换算，通过各参数验算互校准、调整两个线结构光测头的姿态及位置参数；3)计算斜齿轮测量时，θ轴转动和线结构光测头联动速度若以齿轮θ轴转角为自变量，让齿轮绕齿轮轴线以ω角速度旋转，这时线结构光测头上对应的完整法向齿廓线值将不会变化，只有测头沿着z轴以速度v变化，对应的ZB＝vt；其中，ω为斜齿轮固定轴系中θ轴旋转的角速度，v为测头沿斜齿轮中心轴线方向移动2CN107860313A权利要求书2/3页的速度，ZB为斜齿面上任意点B多对应的z轴参数值，t为联动测量的时间，b为齿宽；左齿面数据获取时，齿轮绕齿轮轴线逆时针方向转动；右齿面数据获取时，齿轮绕齿轮轴线顺时针方向转动；从而实现左、右螺旋曲面的数据获取；T2：转换数据至斜齿轮坐标系从T1中获取的数据为被测法向齿廓在线结构光测头坐标系δT＝[OT；XT,YT,ZT]中获取的数据，直接测得的数据必须要归一到斜齿轮坐标系中才能进行误差的评定；因此，数据转换属于方法中关键部分之一；齿轮的轮齿由左齿面和右齿面组成，所以齿轮坐标系中数据分为两部分：左齿面数据转换和右齿面数据转换；1)左齿面数据转换其中，b1、a1、c1物理意义为：变换前的坐标系δT的坐标原点OT在变换后齿轮坐标系中的坐标；2)右齿面数据转换式(5)和(6)中参数与前面的公式(1)、(2)相对应；其中，b0、a0、c0物理意义为：变换前的坐标系δT的坐标原点OT在变换后齿轮坐标系中的坐标；3)提取螺旋特征线数据评定圆柱面数据(XK1，YK1，ZK1)和齿面数据(XK，YK，ZK)的交集得到螺旋特征线数据；评定圆柱面：222螺旋特征线提取：XK+YK＝Rrf≤R≤ra所有符合式(7)的(XK，YK，ZK)即为特征线坐标值；当R＝r时为符合标准中齿向测量特征线数据，r为齿轮分度圆半径；当rf≤R≤ra且R≠r时为其他评定圆柱的特征线数据；T3：建立齿轮齿向偏差数学模型1)取值范围Lβ的确定齿向误差的取值范围Lβ按照设计给定的齿宽工作部分确定；如果未给定齿宽工作部分长度，则Lβ距离齿轮两端面用Δb表示，Δb＝Lβ·5％，