[发明专利]基于激光位移传感器的齿轮角度偏置测量装置及测量方法

权利要求书

1.基于激光位移传感器的齿轮角度偏置测量装置进行齿轮测量的方法，其特征在于，包括工作台，所述工作台上设有工件回转台，所述工作台上还设有二坐标平移机构，所述二坐标平移机构包括固定在工作台上侧的X轴导轨，所述工件回转台上垂直设有中心定位芯轴，所述X轴导轨上可滑动地连接有Y轴导轨，所述Y轴导轨上可滑动地连接有升降架，所述升降架上连接有激光位移传感器，所述X轴导轨中心平面过工件回转台中心，激光位移传感器底座为可调角度的分度盘，所述二坐标平移机构通过伺服电机驱动并通过控制器控制激光位移传感器沿X轴导轨或Y轴导轨移动，工件回转台底部设有回转驱动装置；

包括以下步骤，

(1)调节分度盘，采集中心定位芯轴外圆周数据以标定中心位置，使激光光束过中心定位芯轴中心，将被测齿轮安装在中心定位芯轴上，通过伺服电机驱动激光位移传感器沿Y轴运动到待测量的高度；

(2)通过伺服电机驱动激光位移传感器沿X轴运动使测量数据在激光位移传感器量程范围内，调节分度盘到预设偏置角度，使激光位移传感器发射的激光束直射到被测齿廓上；

(3)通过回转驱动装置驱动工件回转台沿从被测齿面转到X轴方向匀速旋转，激光位移传感器发射的激光束依次直射在被测齿轮齿廓上，采集光束在被测齿廓上投射点相对激光位移传感器坐标中心位移数据；

(4)调节分度盘，使激光位移传感器偏置角度到齿轮另一侧，沿另一侧被测齿面转到X轴方向旋转回转台，采集激光束在被测齿廓上投射点相对激光位移传感器坐标中心位移数据；

(5)将两次测量的位移数据转化为极坐标，将齿廓的坐标点描述拟合，以判定被测齿廓的误差。

2.根据权利要求1所述的齿轮测量的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，对中标定方法为：调节分度盘，使激光束打在中心定位芯轴外圆周，调整一次分度盘通过传感器示数采集一次激光位移传感器到中心定位芯轴外圆周的位移数据，当激光头光束接近中心定位芯轴的中心时，数据先减小后增大，调节分度盘进行多次比较，示数最小处刚好通过中心定位芯轴的中心轴线。

3.根据权利要求2所述的齿轮测量的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，激光位移传感器标准量程为D,被测齿轮分度圆半径为r，预设偏置角度α，激光位移传感器到齿轮坐标系原点的最佳距离为β＝arcsin(Dsinα/r)为激光光束在分度圆上的点与被测齿轮坐标中心X轴的夹角，通过伺服电机调节激光位移传感器沿X轴移动到最佳距离d位置，此时被测齿轮的分度圆刚好在激光位移传感器的标准量程D处，将被测齿轮安装在中心定位芯轴上，与工件回转台同轴转动，调整分度盘使刻度增加α，使激光光束偏置角度α。

4.根据权利要求1所述的齿轮测量的方法，其特征在于，所述步骤(3)，规定从被测齿面转到X轴方向为当前转向，回转驱动装置驱动工件回转台带动被测齿轮转动，同时激光位移传感器将激光束投射到被测齿廓上，进行被测齿面上的点到激光位移传感器的位移坐标数据的采集，以被测齿轮坐标系的中点为极点，采集到的数据为被测齿轮以极点为中心转过的角度和该角度对应的激光位移传感器到齿面的距离。

5.根据权利要求1所述的齿轮测量的方法，其特征在于，所述步骤(4)，调整分度盘刻度减少2α，使激光位移传感器在另一个方向偏置的角度为α，此时被测齿面为齿轮的另一侧齿面，以从被测齿面转到X轴的方向为当前转向，回转驱动装置驱动工件回转台带动被测齿轮转动，同时激光位移传感器将激光束投射到被测齿廓上，进行另一侧齿面上的点到激光位移传感器的位移坐标数据的采集，以被测齿轮坐标系的中点为极点，采集到的数据为被测齿轮以极点为中心转过的角度和该角度对应的激光位移传感器到齿面的距离。

6.根据权利要求3～5任一项所述的齿轮测量的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，极坐标的转换方法具体为，取任意两点p_m和p_n，以p_m为基准，两点的测量值为p_m(l_测m，θ_测m)，p_n(l_测n，θ_测n)，l_测为激光位移传感器到齿面被测点的距离，l_测m为激光位移传感器到齿面被测点p_m的距离，l_测n为激光位移传感器到齿面被测点p_n的距离，θ_测m为激光位移传感器测量点p_m时工件回转台内的角度传感器所对应的点p_m的角度读数，θ_测n为激光位移传感器测量点p_n时角度传感器所对应的点p_n的角度读数，激光位移传感器到X轴的距离为d，则被测点到坐标原点的距离为则p_m与X轴夹角为θ_m＝2π-arcsin(l_测msinα/l_m)，p_n与Y轴夹角为90°-θ_n＝arcsin(l_测nsinα/l_n)，从p_m到p_n转过的角度为θ_测n-θ_测m，则p_m与p_n之间的夹角θ＝90°-(θ_m+θ_测n-θ_测m+90°-θ_n)＝θ_n-θ_m-θ_测n+θ_测m，设定p_m为初始点，p_n为p_m的下一个转换点，将p_m和p_n转化为极坐标为p_m(l_m，0)，p_n(l_n，θ)，转换下一个点时，令下一个点为p_n+1，点p_n+1的测量值为p_n+1(l_测n+1，θ_n+1)，转换点p_n+1的极坐标公式为p_n+1(l_n+1，θ+θ′₁)，θ₁′＝θ_n+1-θ_n-θ_测n+1+θ_测n，转换下i个点时，p_n+i的极坐标公式为θ_j′＝θ_n+j-θ_n+j-1-θ_测n+j+θ_测n+j-1。