[发明专利]一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法

说明书

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。

技术领域

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，属于精密测试技术与仪器、齿轮检测技术领域。

背景技术

齿距偏差测量最重要的齿轮精度指标之一，其反映了齿轮轮齿的分度精度及相对于回转中心分布的不均匀性。至今，齿距偏差的测量方法不是确定齿距本身实际值大小，而通过检测齿距的均匀性来反映齿距误差，主要测量齿距的方法分为两大类：绝对测量法和相对测量法，实际有三种测量形式：1、通过圆光栅或分度盘的方式测量齿距角；2、整体误差测量方式，从截面整体误差曲线提取各齿距偏差；3、以某齿为基准，沿同一轴截面依次测量其他齿距相对于基准的偏差值。已存的齿距偏差的测量方法为齿轮设计、加工和制造做出了巨大贡献，还存在进一步提升的空间。

现有的齿距偏差测量方法存在如下的提升空间为：1、现有方法数据获取耗时长、效率低。如，车用齿轮和塑料齿轮普遍为大批量生产，现有方法难以保证产品质量进行100％检测。即现有方法测量的形式、数据获取的手段待进一步提升。2、现有方法数据利用率低。现有方法评定齿距的评定圆单一，一般均在齿轮分度圆或相邻两个齿高中部附近的某一个圆周上进行齿距误差评定，而在齿轮有效啮合区间任意评定圆上的齿距偏差都应该有效利用。

线结构光测量是有效获取齿轮数据的方法之一，属于非接触式齿轮测量。线结构光测量具有测量速度快、无测头的磨损、精确度高、量程可调节等优点，适用于齿轮的快速、高精度检测。线结构光测量的基本原理：通过投射一条理想的直线形的点列光源到被测齿轮表面，通过考虑传感器上的输入信号的位置和光电检测器阵列的轴线与激光束之间的角度以及它们之间的距离，使用三角法来计算齿轮表面和测头之间的距离参数。

在线结构光进行圆柱齿轮测量时，存在三个方面的难点阻碍了非接触齿轮测量的推广应用：第一，结构光本身特性限制测量不能直接在径向测量。因为结构光为间距相等一系列光斑组成，如果径向直接投射结构光测量齿轮，将使得被测齿廓数据不可信。第二，由于齿轮各轮表面形貌的影响，将会存在阴影效应而无法收集到齿廓数据。第三，结构光所测得的齿轮数据为某一齿廓相对于测头空间位置的参数，而该测量参数无法直接进行误差项的测量。

发明内容

本发明针对现有的线结构光齿轮测量中存在的问题，提供一种基于线结构光的圆柱齿轮齿距偏差测量方法，可以对圆柱齿轮的单个齿距偏差、齿距累积偏差和齿距累计总偏差的高精度测量。该方法既可以应用于四轴卧式测量机上，也可以应用在四轴立式测量机上。

本发明采用的技术方案为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δ_p＝[O_p；X_p,Y_p,Z_p]直角坐标系，表示直角坐标系δ_p中O_pA与x轴的初始转角，B(X_B,Y_B,Z_B)表示为齿面上任意一点：