大型齒輪在機測量技術(shù)的發(fā)展研究

葉宇辰

摘 要：本文闡述了國內(nèi)外大型齒輪在線測量技術(shù)及其測量儀器的研究現(xiàn)狀，探討了在線測量的優(yōu)越性和可操作性。提出了大型齒輪在線測量的關(guān)鍵技術(shù)難點和解決方案，并進一步分析了大齒輪在機測量技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：大型齒輪;在機測量;技術(shù);發(fā)展研究

大型齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)部件，已在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其制造技術(shù)和精密檢測技術(shù)不斷更新和完善。本文力圖通過控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計，使大型齒輪在線測量系統(tǒng)易于調(diào)整，精度高，適應(yīng)性強。提高大型齒輪在線測量系統(tǒng)的整體性能，促進大型齒輪在線測量技術(shù)的發(fā)展和完善。以下內(nèi)容和大家分享以及進行互相探討，希望對大型齒輪在機測量技術(shù)的發(fā)展有幫助。

一、發(fā)展趨勢

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，當前制造業(yè)對制造零件的精度和效率提出了更高的要求，這使得機床探針的精度和質(zhì)量不斷提高。零件的測量方法也從三坐標測量過渡到機上測量。目前，國內(nèi)外專家對這方面的機上測量做了大量的研究，但大多數(shù)都太有限，因此測量速度和精度不統(tǒng)一。未來，隨著高精度復雜曲面的應(yīng)用，高密度CAD和CAM集成系統(tǒng)的高效率和高精度加工是機內(nèi)測量的發(fā)展方向，并實現(xiàn)了以下特點：1.多功能性，無論表面的復雜程度如何，測量系統(tǒng)都能給出相應(yīng)的計劃，在一定的順序內(nèi)準確不是腳的高速測量。2.集成，未來的控制系統(tǒng)和測量軟件不再需要通過各種接口對接并通過協(xié)議自封閉。相反，根據(jù)某些規(guī)范高度集成接口以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和共享。3.智能，將各種傳感器集成到測量系統(tǒng)中，如聽覺，視覺，氣味等傳感器，將這些傳感器集成到測量系統(tǒng)中，根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)，測量系統(tǒng)自動調(diào)整測量方案，實現(xiàn)智能測量。4.測量系統(tǒng)高速，高精度，不僅實現(xiàn)了高速處理，而且實現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)采集。在CNC系統(tǒng)循環(huán)中，測量系統(tǒng)以更快的速度收集數(shù)據(jù)。高精度取決于機床探頭的精度和加工中心的精度。

二、大型齒輪在線測量的優(yōu)勢和難點

1.幾何尺寸大，齒數(shù)大

測試齒輪的重量，體積和直徑超過了傳統(tǒng)要求，這必然會帶來兩個不便：首先不利于大齒輪的安裝和拆卸;其次，由于精確對準和調(diào)整，難以確保不可預(yù)測的加工誤差和測量誤差。如果在測量室中測量直徑為6-9 m的大型齒輪，相應(yīng)的臺式壓力表將增加到11 m。另外，當大齒輪的齒數(shù)大于42時，齒根圓大于基圓，并且在實際測量中不容易確保調(diào)節(jié)精度。2.難以選擇測量參考。特別是，當在測量基準中再現(xiàn)機床工作臺的主軸的旋轉(zhuǎn)誤差時，齒齒方向和齒距的測量效果受到影響，并且測量結(jié)果失真。另外，由于定位基準的影響和測量的齒輪的尺寸，測量期間測量儀器坐標系和工件坐標系之間的轉(zhuǎn)換誤差也難以確定。因此，本文采用可變嚙合角法測量大齒輪，可有效提高測量精度。3.測量環(huán)境影響測量效率，在測量大齒輪之前，技術(shù)人員需要逐個調(diào)整和測試測量儀器和整個測量系統(tǒng)的安裝位置。這些手動過程將花費大量時間和精力并降低測量效率。在實際測量中，車間噪聲溫度和振動等不利因素也會影響其測量結(jié)果和效率。因此，有效解決測量設(shè)備的安裝調(diào)試問題，有效消除不利測量因素的影響，將成為提高測量效率的關(guān)鍵。

三、齒輪的光學平行測量

無論是使用探頭還是標準齒輪，基于接觸方式的齒輪測量都是一系列測量，即首先測量一個點，然后測量下一個點。通過測量一系列點來完成測量要求，但是通過齒輪系列測量方法獲得的齒面信息不夠豐富。并且測量效率低，當基于非接觸測量的光學方法及時發(fā)展時，它可以同時獲得測量信息。因此，它也被稱為并行測量。主要是由于光電子技術(shù)的發(fā)展和IT技術(shù)為并行測量提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，測量齒輪的光學方法主要有兩種方法，即采用相移法的齒面測量和基于攝影的齒輪參數(shù)測量。

1.基于相移的三維齒面測量技術(shù)

測量系統(tǒng)通常采用基于四步相移法的測量技術(shù)，其實際測量測量的齒輪和標準齒輪之間的差異。這是一種比較測量。此外，測量齒輪還可以測量斜齒輪，但為了保證測量的準確性，必須首先確保標準齒輪的精度。已經(jīng)開發(fā)出異常測量的牙齒表面測量系統(tǒng)。

2.基于攝影的齒輪參數(shù)測量

通常的測量系統(tǒng)包括光學照明系統(tǒng)，CCD相機，圖像采集系統(tǒng)，計算機和相應(yīng)的軟件。其工作原理是通過照明系統(tǒng)發(fā)出的平行光線產(chǎn)生齒輪的陰影輪廓。在被透鏡系統(tǒng)集中后，在CCD區(qū)域陣列上成像，CCD將圖像信號轉(zhuǎn)換為電荷信號，并使用圖像采集卡將其存儲到計算機存儲器中。然后，通過軟件處理，存儲和計算所收集的圖像，并且通過使用圖像測量技術(shù)來執(zhí)行齒輪的非接觸測量。測量齒輪的中心，尖端圓的半徑，根圓的半徑，螺距，模數(shù)，尖端的高度，高度變化系數(shù)，位移系數(shù)，壓力角和螺距等參數(shù)。這種測量系統(tǒng)的精度取決于校準精度，并且校準方法通常涉及將標準尺寸的測試塊放置在視場中。測量系統(tǒng)在處理工件時讀取測試塊的像素值，然后將工件的像素值除以測試塊的像素值。就可達到自動校正的目的。在實際測量中，測量精度不僅取決于校準精度，還取決于CCD本身的誤差和光學系統(tǒng)的誤差。

四、結(jié)語

大型齒輪在線測量儀器包括根據(jù)該系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)是機上測量儀器的核心。它也是測量儀器可以正常工作和工作的“大腦”。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，大齒輪的精度要求越來越高，傳統(tǒng)的測量方法已經(jīng)不能滿足大齒輪的測量要求。因此，技術(shù)人員需要加強大型齒輪在線測控系統(tǒng)的設(shè)計和研究，以促進機上測量技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]金嘉琦，趙豐慧.大型齒輪在機測量技術(shù)的發(fā)展研究[J].機械設(shè)計與制造，2010（12）：264-266.

[2]張惠蓉，陳閩鄂，徐守品.齒輪在機測量中齒距誤差分析[J].精密制造與自動化，2009（02）：27-28+1.

[3]金嘉琦，李文龍，商向東.大型齒輪的特點及在機測量[J].沈陽工業(yè)大學學報，2002（04）：274-278.

[4]王興妹.大型齒輪加工精度在機測量誤差信號的采集與分析[D].沈陽工業(yè)大學2009.

[5]李文龍.大型齒輪在機測量原理及技術(shù)的研究[D].大連理工大學2000.