[发明专利]齿轮测量系统、齿轮测量方法及专用手持活动式光学逆反射器

说明书

技术领域

本发明涉及特大型齿轮的在位测量系统及测量方法。针对特大型齿轮检测时测量空间范围超大，被测特征量细微、类型多样，局部测量空间复杂的技术难点，该测量系统及测量方法采用了将大范围空间全局测量和较小尺寸的近距离前端测量相结合的组合测量体制。

背景技术

本领域将直径大于3000mm的齿轮定义为特大型齿轮。

目前世界最大的齿轮测量中心德国Klingelnberg公司的P300最大可测直径为3000mm。而对于直径大于3000mm的特大型齿轮，由于没有独立的测量仪器，目前唯一的检测方法是直接将齿轮测量装置集成于齿轮加工机床上进行在位测量，并根据测量结果对机床参数实时调整。然而，这种在位测量系统必须依赖于机床自身的精度，如果机床自身产生问题，将直接影响到测量精度，而且很难获知和分离由于机床带来的测量误差。因此，上述的在位测量方式难以满足直径为3000～10000mm、最小模数为6mm、精度6级及以上的特大型高精度齿轮的测量要求。开发出不受加工机床精度影响的特大型齿轮在位检测技术一直是困扰本领域的技术难题。

然而，要使特大型齿轮的在位检测不受加工机床精度的影响，又面临着测量空间范围超大，而局部测量特征复杂、精密、类型多样的技术难点和矛盾。为了解决这个矛盾和难点，本发明采用了一个基本的思路，即将大范围空间全局测量和近距离小范围局域测量相结合，构成组合测量体制，以全局测量设备作为全局整体精度控制手段，建立全局坐标控制与约束，以局域测量设备实现不同类型的齿轮局部参数坐标测量，在测量软件配合下获取被测特大型齿轮的几何参数，如几何尺寸、齿廓、螺旋线、接触线齿厚、齿距等。

已经有人对上述的组合测量体制进行了实践。比如公开号为CN101551240A的中国发明专利申请就公开了一种基于激光跟踪技术的大型齿轮测量方法，其主要步骤为：1)利用激光跟踪仪建立被测齿轮的端平面和基准轴线；2)确定被测齿轮和三坐标测量单元的位置；3)调整三坐标测量单元相对于被测齿轮的位置并对参数进行测量。该申请实际上就是通过激光跟踪仪作为全局测量设备来实现上述基本思路中所说的大范围空间全局测量，通过三坐标测量单元作为前端测量设备来实现近距离前端测量，通过其步骤2)确定了被测齿轮和三坐标测量单元的位置，也就实现了将全局测量和前端测量相结合的组合测量体制。虽然通过该方法在位测量大型齿轮不再受加工机床精度的影响，但仍存在如下问题：

首先，激光跟踪仪采用的是角度传感和测长相结合的球坐标测量原理(可参考公开号为CN101371160A的发明专利公开文本中记载的激光跟踪仪及其测量原理)，在长距离测量时受到角度测量精度的影响，随着距离增加，空间坐标测量精度明显下降。以精度最高的Leica最新型号激光跟踪仪AT901-LR为例，其测量10m处的空间点坐标时测距不确定度为10微米，角度不确定度±10μm+5μm/m，则总的坐标点测量不确定度为而大型风力发电、大型锻压设备、大型冶金设备以及大型船舶传动装置所需齿轮大多是直径为3000～10000mm、最小模数为6mm、精度6级及以上的特大型高精度齿轮。如下表所示，GB/T10095.1-2001中规定直径3000～10000mm，模数大于6mm的6级精度的齿轮精度要求为：