一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法.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CN107588737A(43)申请公布日2018.01.16(21)申请号201711007555.9(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)发明人石照耀王涛于渤(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.G01B11/14(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图5页(54)发明名称一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法，该方法包括建立被测齿轮齿面的三维数学模型；测量轮齿右表面时，调整角度前一轮齿不会遮挡射在齿根部位的投射光，能避免阴影效应，且测量数据可信。轮齿齿廓分为左齿廓和右齿廓，采用两个结构光测头同时对左齿廓、右齿廓进行测量，为提升测量效率，两测头依据计算的偏置参数进行安装。建立齿轮齿距偏差数学模型；所建立的齿轮齿距偏差数学模型，对左、右齿廓上的齿距偏差评定都有效。本发明能对齿廓上所有的位置进行齿距偏差测量，数据利用率高，通过角度能自适应齿轮初始位置，能实现当即安装马上测量。CN107588737ACN107588737A权利要求书1/3页1.一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，T1：建立被测齿轮齿面的三维数学模型通过限制被测齿轮的六个自由度，将齿轮固定在测量仪器转台之上；在转台上定义一个固定的δp＝[Op；Xp,Yp,Zp]直角坐标系，表示直角坐标系δp中OpA与x轴的初始转角，B(XB,YB,ZB)表示为齿面上任意一点：其中，z0为直角坐标系δp中齿面B点对应的轴向高度值；rb为齿轮的基圆半径，α为渐开线在B点处的压力角，A点为渐开线的在基圆柱上的起始点；由式(1)可得被测齿面的三维数学模型；T2：在两个线结构光测头的有效计值范围S0和S1内，将y轴向偏置结构光测头位置定义为参数a0、a1；测量轮齿右表面时，调整角度前一轮齿不会遮挡射在齿根部位的投射光，能避免阴影效应，且测量数据可信；右线结构光测头空间位置参数与被测右齿廓的关系:其中，rb表示齿轮的基圆半径，b表示结构光测头与x轴的偏置距离，表示被测齿廓与δp坐标系y轴的转角，与T1中的数学模型相对应；u1、v1分别表示被测齿廓中渐开线起始点A1与测头安装位置的两轴向距离，u1、v1通过实际测量值计算出来；被测齿廓上的任意点求出对应的各参数；左结构光测头空间位置参数与被测右齿廓的关系:通过rb和建立起两个线结构光测头之间的关系；表示坐标系中被左测齿廓与右齿面渐开线起始点的转角；u0、v0分别表示右齿廓中渐开线起始点A0与安装位置两轴向距离；其中，a1、a0、v1、v0、b、u1和u0参数之间可相互换算，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；T3:轮齿齿廓分为左齿廓和右齿廓，采用两个结构光测头同时对左齿廓、右齿廓进行测2CN107588737A权利要求书2/3页量，为提升测量效率，两测头依据计算的偏置参数进行安装；左齿廓、右齿廓都以转角为增量角，实现所有齿廓的数据提取，以为转角对第n齿直接进行数据获取；其中τ为两侧头之间相隔的轮齿数，通过T1、T2建立被测量轮齿左齿面、右齿面的空间坐标转换，将测量数据归一到齿轮坐标系；1)左线结构光测头坐标转换至齿轮坐标系直角坐标系δp＝[Op；Xp,Yp,Zp]、δK＝[OK；XK,YK,ZK]、δI＝[OI；XI,YI,ZI]和δII＝[OII；XII,YII,ZII]分别表示为固定坐标系、被测齿轮的坐标系、左线结构光测头坐标系、右线结构光测头坐标系；左齿面齿廓的测量值表示为：δI→δP→δK,即通过坐标系的位置关系，将结构光测头坐标系δI数据转换到被测齿轮的坐标系δK中，得到(XK1,YK1,ZK1)左齿面实测方程：其中，b、a0、c表示变换前的坐标系δI的坐标原点OI在变换后齿轮坐标系δK中的坐标；2)右线结构光测头坐标转换至齿轮坐标系右齿面齿廓的测量值表示为：δII→δP→δK，将结构光测头坐标系δII数据转换到被测齿轮的坐标系δK中，得到(XK2,YK2,ZK2)右齿面实测方程：其中，b、a1、c表示变换前的坐标系δII的坐标原点OII在变换后齿轮坐标系δK中的坐标；T4：建立齿轮齿距偏差数学模型在齿轮坐标系中用评定圆的形式建立齿距偏差数学模型；定义评定圆半径rx，将归一至齿轮坐标系的齿廓数据所有的数据点(xi,yi)与rx进行搜索匹配；222xi+yi＝rx(8)那么，同向齿廓在评定圆上符合式(8)的点即为实际评定点，轮齿同侧齿廓至少一点(xiJ,yiJ)符合条件，i为定义的轮齿序号，J为齿廓上符