小模数圆弧齿轮非接触式光学精密测量方法.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(10)申请公布号CNCN103712567103712567A(43)申请公布日2014.04.09(21)申请号201310201470.X(22)申请日2013.05.27(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人张之敬金鑫叶鑫陆钧程旭(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人郭德忠仇蕾安(51)Int.Cl.G01B11/14(2006.01)G01B11/24(2006.01)G01B11/06(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书7页说明书7页附图4页附图4页(54)发明名称小模数圆弧齿轮非接触式光学精密测量方法(57)摘要本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种小模数圆弧齿轮的测量方法。一种小模数圆弧齿轮非接触式光学精密测量方法，其技术方案是，步骤如下：一、采集小模数圆弧齿轮的显微图像；二、准确识别小模数圆弧齿轮图像边缘；三、利用最小二乘圆法拟合小模数圆弧齿轮的几何中心；四、利用最大内接圆法拟合小模数圆弧齿轮中心圆孔装配中心；五、利用极坐标系测量小模数圆弧齿轮齿距偏差；六、采用分段测量法测量小模数圆弧齿轮齿廓偏差；七、测量小模数圆弧齿轮最大齿厚偏差；本方法解决模数在0.2mm以下、齿顶圆直径在2mm以下的圆弧齿轮基本参数、几何参数以及齿距偏差、齿廓偏差和最大齿厚偏差难以测量的问题。CN103712567ACN1037256ACN103712567A权利要求书1/3页1.一种小模数圆弧齿轮非接触式光学精密测量方法，步骤如下：步骤一、采集小模数圆弧齿轮的显微图像；步骤二、识别小模数圆弧齿轮显微图像的边缘；步骤三、利用最小二乘圆法拟合小模数圆弧齿轮的几何中心；在步骤二识别出的被测齿轮中心孔圆弧边缘上选取不少于三个的不同的点，代入最小二乘圆心坐标和半径公式，得到小模数圆弧齿轮中心圆圆心O的坐标(x0,y0)和中心圆的半径rc，中心圆的圆心即小模数圆弧齿轮的几何中心；步骤四、利用最大内接圆法拟合小模数圆弧齿轮中心圆孔装配中心；4.1根据凸包理论确定小模数圆弧齿轮的内接圆点集；4.2将步骤三得到的几何中心O作为初始圆心；4.3从内接圆点集中选取离初始圆心距离最近的三点N1、N2、N3；4.4计算N1、N2、N3三点形成圆的圆心和半径；4.5检查内接圆点集中其它点是否在N1、N2、N3三点形成圆的圆外，若是，转到步骤4.6，若不是，转到步骤4.7；4.6检查N1、N2、N3三点是否构成锐角三角形，若是，转到步骤4.8，若不是，说明N1、N2、N3三点形成圆非最大内接圆，转到步骤4.7；4.7找到离圆心最近的点N4，在N1、N2、N3、N4中选取三个点，形成新的N1、N2、N3，转到步骤4.4；4.8得到最大内接圆顶点N1、N2、N3，计算最大内接圆圆心和半径，最大内接圆圆心即为小模数圆弧齿轮的中心圆孔装配中心；步骤五、利用极坐标系测量小模数圆弧齿轮齿距偏差；5.1根据步骤三得到的几何中心坐标，建立以被测小模数圆弧齿轮几何中心为基准中心的极坐标系，对被测小模数圆弧齿轮外轮廓边缘点进行极坐标转换；5.2以小模数圆弧齿轮分度圆半径r作检测线，在被测小模数圆弧齿轮外轮廓边缘点极坐标系中求出极径等于分度圆半径r的齿廓点，并将交点依次标记为P1，P2，P3……Pk+2；5.3以第一个交点P1为测量起点，则第一个交点P1和第三个交点P3之间所夹分度圆之间的劣弧长就是一个齿的分度圆弧长，与理论上单个齿的分度圆弧长比较，得出第一个齿的齿距偏差；第三个交点P3和第五个交点P5之间所夹分度圆之间的劣弧长与理论上单个齿的分度圆弧长比较，得出第二个齿的齿距偏差；依次递推计算出每一个齿的齿距偏差；5.4计算得到第k齿到第1,2,…k-1齿的所有齿距偏差，k为齿轮齿数,并对每个齿的所有齿距偏差求和，得到每个齿的齿距累计偏差；5.5在所有齿的齿距累计偏差中找到最大齿距累积偏差和最小齿距累积偏差，并对两者求差，得到齿距累积总偏差；步骤六、采用分段测量法测量小模数圆弧齿轮齿廓偏差；6.1找到小模数圆弧齿轮齿顶圆弧、齿廓径向直线和齿根圆弧三段同侧的衔接点A、B，按下式计算齿轮基本参数βc、ψc、ηc、τ，并根据齿轮基本参数计算得到A、B的坐标A(xa,ya)、B(xb,yb)，2CN103712567A权利要求书2/3页ψc＝arcsin(ρa/rc)-βcτ＝360/z其中为端面齿厚系数，r为分度圆半径，ρa为齿顶圆弧半径，rc为中心圆半径，z为齿轮齿数，βc为中心圆圆心与齿顶圆弧圆心的连线OOa与所对齿轮中心线的夹角、ψc为齿廓径向直线与所对齿轮中心线的夹角、ηc为齿廓径向直线和中心圆圆心与齿根圆弧圆心的连线OOf的夹