[发明专利]基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统及方法，基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统包括：光路入射装置，光路入射装置包括：入射装置导轨；入射光源；激发滤光片；起偏镜；谐波传动装置,谐波传动装置包括：支撑台面；谐波减速器；伺服电机；磁粉制动器；光路采集装置,光路采集装置包括：采集装置导轨，采集装置导轨适于与入射装置导轨配合放置；第一波片；玻璃板；第二波片；分析镜；发射滤光片；摄像机。根据本发明实施例的基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统具有使用简便、测试准确等优点。

主权项

1.一种基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统的测试方法，其特征在于，所述基于光弹性涂层法的谐波齿轮齿面摩擦力测试系统包括：光路入射装置，所述光路入射装置包括：入射装置导轨；入射光源，所述入射光源安装在所述入射装置导轨上；激发滤光片，所述激发滤光片安装在所述入射装置导轨上；起偏镜，所述起偏镜安装在所述入射装置导轨上；谐波传动装置,所述谐波传动装置包括：支撑台面，所述支撑台面适于与所述入射装置导轨配合放置；谐波减速器，所述谐波减速器可拆卸地安装在所述支撑台面上，所述谐波减速器包括待测齿轮，所述待测齿轮的端面上涂覆有发光光弹性涂层；伺服电机，所述伺服电机安装在所述支撑台面上且与所述谐波减速器传动连接；磁粉制动器，所述磁粉制动器安装在所述支撑台面上且与所述谐波减速器传动连接；光路采集装置,所述光路采集装置包括：采集装置导轨，所述采集装置导轨适于与所述入射装置导轨配合放置；第一波片，所述第一波片安装在所述采集装置导轨上；玻璃板，所述玻璃板安装在所述采集装置导轨上；第二波片，所述第二波片安装在所述采集装置导轨上；分析镜，所述分析镜安装在所述采集装置导轨上；发射滤光片，所述发射滤光片安装在所述采集装置导轨上；摄像机，所述摄像机安装在所述采集装置导轨上，所述入射光源、所述激发滤光片和所述起偏镜可滑动地设在所述入射装置导轨上，所述伺服电机、所述谐波减速器和所述磁粉制动器固设在所述支撑台面上，所述玻璃板、所述第一波片、所述第二波片、所述分析镜、所述发射滤光片和所述摄像机可滑动地设在所述采集装置导轨上，准备阶段和测试阶段，其中所述准备阶段包括以下步骤：制备发光光弹性涂层，通过测试获取所述发光光弹性涂层的基本物理参数；将所述发光弹性涂层涂覆在所述待测齿轮的端面上；调整所述伺服电机、所述谐波减速器和所述磁粉制动器的位置，使三者的中心轴线重合；调整所述采集装置导轨的位置，保证所述采集装置导轨的轴线与所述伺服电机、所述谐波减速器和所述磁粉制动器的中心轴线平行；调整所述第一波片、所述第二波片、所述分析镜、所述发射滤光片和所述摄像机的位置，使其光轴重合，并保证光轴通过所述待测轮齿端面上的所述发光光弹性涂层，记录所述分析镜的初始位置；调整所述入射装置导轨的位置，使其与所述采集装置导轨相互垂直；调整所述入射光源、所述激发滤光片和所述起偏镜的位置，使三者的光轴重合，保证所述光路入射装置和所述光路采集装置的光轴高度相同且均经过所述玻璃板；调整所述玻璃板的角度，使其法线与所述光路入射装置和所述光路采集装置的光轴均成45°；所述测试阶段包括以下步骤：设置所述伺服电机和所述磁粉制动器的参数，使所述谐波减速器在预定驱动转速和预定载荷下正常工作；所述入射光源发出预定波长的光波，所述光波通过所述激发滤光片和所述起偏镜，经过所述玻璃板反射，再经过所述第一波片后形成圆偏振光，照射到涂有所述发光光弹性涂层的所述待测轮齿的端面上，所述发光光弹性涂层中的荧光染料受到激发并发射荧光信号，所述荧光信号经过所述第一波片、所述玻璃板、所述第二波片、所述分析镜和所述发射滤光片后通过所述摄像机进行采集，完成多个完整啮合周期的采集后关闭摄像机，对采集到的荧光信号进行处理得到不同啮合位置处的荧光信号强度图像；将所述分析镜以所述光路采集装置的光轴为转动轴线转动10°，重新打开所述摄像机，重复上一步骤，直至所述分析镜转满180°为止，所述分析镜每转动一次，记录一次所述分析镜和所述起偏镜偏振轴方向的夹角，当采集完不同夹角下的强度图像后，对每个啮合位置的强度图像中每一个像素点对应的夹角和光强进行正弦拟合，得到该啮合位置处所述待测轮齿的端面的应力、应变分布信息，并计算出沿所述待测轮齿的啮合齿面切向的切应力，将切应力沿啮合齿面进行积分得到沿啮合齿面切向的摩擦力大小和方向，得到任意啮合位置处齿面摩擦力的大小和方向；调节所述磁粉制动器和所述伺服电机的参数，重复上一步骤，得到所述谐波减速器在不同工况下齿面摩擦力的变化规律。