齒輪測量技術新發(fā)展

王維毅

摘 要：齒輪測量技術發(fā)展到今天已經(jīng)有一百多年的歷史，隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，齒輪測量技術也呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢，面對新時代下齒輪制造業(yè)的快速發(fā)展，基于新測量原理的齒輪快速測量技術與基于光學方法的齒輪并行測量技術以及面向網(wǎng)絡的齒輪閉環(huán)測量技術相應發(fā)展起來，開啟了齒輪測量技術的新發(fā)展。該文研究者對齒輪測量技術在進入新時代后的新發(fā)展進行深入分析并探討。

關鍵詞：齒輪測量 齒輪誤差 測量技術

中圖分類號：TG86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0076-01

齒輪測量技術的發(fā)展屹今為止已有近百年歷史，一般將其分為以齒廓、齒向與齒距測量為基礎的分析式測量，以綜合測量為基礎的功能式測量和將單項與綜合集于一體的齒輪整體誤差測量，隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，齒輪測量技術也有了新的發(fā)展，主要體現(xiàn)在三個方面，首先是在測量原理方面實現(xiàn)了從“比較測量”到“嚙合運動測量”再到“模型化測量”；再者就是實現(xiàn)測量原理的技術手段在經(jīng)歷了“以機械為主”到“機電結合”的過程后，發(fā)展為現(xiàn)在的“光-機-電”與“信息技術”的綜合集成；最后是在表述與利用測量結果方面經(jīng)歷了“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”再到現(xiàn)在“計算機自動分析并將測量結果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。并且與此同時，齒輪測量儀也是經(jīng)歷了從單品種單參數(shù)儀器到單品種多參數(shù)儀器的轉變，最后演變?yōu)楝F(xiàn)在的多品種多參數(shù)的儀器。該文研究者針對齒輪測量技術的新發(fā)展進行分析，分別論述基于新測量原理的齒輪快速測量技術、基于光學方法的齒輪并行測量技術以及面向網(wǎng)絡的齒輪閉環(huán)測量技術。

1 基于齒輪雙面嚙合多維測量原理的齒輪在線快速測量技術

傳統(tǒng)的齒輪在線快速測量技術一般都是采用齒輪雙面嚙合測量的原理，因為這一原理十分簡單，且測量效率又高，對環(huán)境沒有什么嚴格的要求，同時又具備可使測量齒輪制作更加簡便的特點，滿足了快速測量的要求，過去對齒輪雙面嚙合測量技術的研究主要在兩個方面，一個是采用微電子與計算機技術，實現(xiàn)測量過程的自動化，并對測量結果進行各種分析與處理；另一個是測量方法蘊涵并掩蓋的信息量，通過改變測量齒輪的結構形式來盡可能多的挖掘出新的齒輪誤差信息，但是這些努力都沒有改變齒輪以嚙測量的本質(zhì)，通過這項測量技術所獲得的徑向綜合誤差是綜合了齒輪左右齒面多種單項誤差作用的結果，主要反映了被測齒輪的徑向誤差，最后經(jīng)理論與實踐證明，通過以嚙測量所獲得的結果很難保證齒輪軸向精度指標能否合格，而且齒輪軸向的精度在一定程度上是由齒輪壽命、振動與噪聲決定的，雖然在計量室條件下測量齒輪軸向精度都是比較成熟的技術，但是面向生產(chǎn)現(xiàn)場中大批量齒輪的快速檢測中，想要快速獲取齒輪的軸向精度信息是十分困難的。而齒輪雙面嚙合多維測量原理就是這時候發(fā)展起來的，當被測齒輪與測量齒輪作無側隙嚙合滾動時，測量中心距的變化量與齒輪的軸線偏擺量，再處理多路測量信號并獲取齒輪的徑向綜合誤差與軸向誤差信息。其實就是在傳統(tǒng)的雙面嚙合測量法上增加齒輪的自由度，再通過新增的自由度來反映被測齒輪的軸向精度信息。關鍵就在于改變了傳統(tǒng)測量的一維測量的本質(zhì)，又能在一次快速測量中同時得到被測齒輪的軸向精度信息。而之所以能實現(xiàn)齒輪雙面嚙合多維測量原理，主要是因為在傳統(tǒng)雙嚙儀的基礎上增加了一個二維浮動機構，上面安裝特殊測量齒輪，不但可以徑向移動，而且二維浮動機構還能作微小徑向偏轉與切向偏轉。

2 基于光學方法的齒輪并行測量技術

不管是采用測頭還是標準齒輪，基于接觸法的齒輪測量都屬于串聯(lián)測量，也就是先測上一點然后測量下一點，通過測量一系列的點來完成相關測量要求，但是通過齒輪串聯(lián)測量方式獲得的齒面信息不夠豐富，且測量效率偏低，這時基于非接觸測量的光學方法應時發(fā)展了起來，它可以同時獲得被測量的信息，因此也被稱為并聯(lián)測量，其實對并聯(lián)測量的研究已有二十年的歷史，但真正發(fā)展起來是在近幾年，主要是由于光電技術與IT技術的發(fā)展為實現(xiàn)并聯(lián)測量提供了堅實的技術基礎。目前光學方法測量齒輪主要有兩種方法，即采用相移法的齒面測量與基于攝影的齒輪參數(shù)測量。

2.1 基于相移的三維齒面測量技術

該測量系統(tǒng)一般多采用基于四步相移法的測量技術，實際上就是測量被測齒輪與標準齒輪的差別，屬于一種比較測量，測量一個齒面只需一秒鐘的時間，而且分辨率在一微米，它能獲得面齒上1 000*1 000點的信息，而且使用這種測量方法還可測量斜齒輪，但是要保證測量的精度必須先保證標準齒輪的精度，目前已研制出絕對測量的齒面測量系統(tǒng)。

2.2 基于攝影的齒輪參數(shù)測量

通常的測量系統(tǒng)由光學照明系統(tǒng)、CCD攝像頭、圖像采集系統(tǒng)、與計算機以及相應的軟件組成，其工作的原理是由照明系統(tǒng)發(fā)出的平行光線而使齒輪產(chǎn)生陰影輪廓，再經(jīng)透鏡系統(tǒng)聚集后成像于CCD面陣上，CCD將圖像信號變?yōu)殡姾尚盘?，利用圖像采集卡存入到計算機內(nèi)存中，然后所采集到的圖像經(jīng)由軟件的處理、存儲并計算出相應的各個尺寸，利用圖像測量技術進行齒輪非接觸測量，測得齒輪中心、齒頂圓半徑、齒根圓半徑、齒烽、模數(shù)、齒頂高系數(shù)、齒頂高變動系數(shù)、變位系數(shù)、壓力角與齒距等參數(shù)。這種測量系統(tǒng)的精度取決于標定精度，而標定的方法一般是在視場內(nèi)放置一標準尺寸的試塊，測量系統(tǒng)處理工件時讀取該試塊的像素值，然后再用工件的像素值除以該試塊的像素值，就可達到自動校正的目的。在實際的測量中，測量精度不但取決于標定精度，還取決于CCD本身的誤差與光學系統(tǒng)的誤差。

2.3 面向網(wǎng)絡的齒輪閉環(huán)測量技術

齒輪閉環(huán)測量是將齒輪幾何精度的測量結果反饋給機床，并以此為依據(jù)來修磨刀具并調(diào)整機床，屬于主動測量，其主要是應用于螺旋錐齒輪的檢驗與機床、刀具參數(shù)的調(diào)整上，以往主要是依據(jù)螺旋錐齒輪的配對檢驗機的檢驗結果來進行判斷的，然而這種測量方法測量出來的結果帶有隨機性，完全依靠經(jīng)驗來判斷，同時測量與機床調(diào)整都需要耗費大量的時間，而且難度大、生產(chǎn)成本高、周期長。在螺旋錐齒輪試切時質(zhì)量不能完全達到要求，這時可以通過齒輪測量閉環(huán)系統(tǒng)的相應軟件依據(jù)測量結果重新計算并調(diào)整機床加工參數(shù)，以使再次試切時加工出質(zhì)量更好的產(chǎn)品。面向網(wǎng)絡的齒輪閉環(huán)測量技術是結合傳統(tǒng)齒輪閉環(huán)測量技術與網(wǎng)絡技術，目前還正在研究中，研究的主要內(nèi)容主要是局域范圍內(nèi)齒輪質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)與全域范圍的齒輪質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，可同時實現(xiàn)單臺機床產(chǎn)品質(zhì)量的測量與基于測量的機床調(diào)整、區(qū)域內(nèi)產(chǎn)品流程中質(zhì)量的變化與整體工藝性能的監(jiān)控等。

3 結語

綜上所述，齒輪在線快速檢測就是雙面嚙合多維測量，是創(chuàng)新雙面嚙合一維測量原理的進一步發(fā)展，適用于齒輪的大批量現(xiàn)場快速檢測；齒輪非接觸并聯(lián)測量則是在齒輪測量中應用數(shù)字圖像處理技術，但受到精度與被測齒輪材質(zhì)的限制，還在剛起步階段；面向網(wǎng)絡的齒輪閉環(huán)測量已不僅僅用于螺旋錐齒輪的檢驗與機床、刀具參數(shù)的調(diào)整，從根本上得到改變。

參考文獻

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