大模數(shù)分段齒單齒段的三坐標檢測

張 穎 李艷秋（北方重工集團傳動設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110027）

?

大模數(shù)分段齒單齒段的三坐標檢測

張 穎 李艷秋
（北方重工集團傳動設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110027）

摘 要：本文基于三維數(shù)模的三坐標檢測方法的基本原理，把零件的三維數(shù)模導(dǎo)入到三坐標測量機的檢測軟件中，并通過坐標系的對齊，使機器坐標系與工件坐標系保持一致，然后通過捕獲零件的理論坐標與檢測得到的工件的實際坐標點相比較。通過三維數(shù)模的導(dǎo)入、坐標系的對齊、三坐標測量機自動檢測、測量結(jié)果評定及模擬裝配等檢測步驟完成整個檢測過程。

關(guān)鍵詞：三坐標檢測；分段齒；逆向檢測；三維數(shù)模

一、前言

超大型齒圈（直徑大于5000mm）被廣泛運用于礦山、船舶、建材、航天等領(lǐng)域，但由于其質(zhì)量重，體積大，導(dǎo)致制造、運輸、安裝均很困難。為解決這些問題，我公司在針對超大齒圈分段加工方法上自主研發(fā)了整套分段齒加工工藝，并已成功試制模數(shù)40，分為12段，組合后直徑達6720mm的超大齒圈。

超大齒圈的加工精度直接影響設(shè)備運行是否安全、可靠、平穩(wěn)，檢測該精度是否達標便尤為重要，所以精確測量超大齒圈結(jié)構(gòu)參數(shù)是定量評價其齒面幾何質(zhì)量的關(guān)鍵，是齒輪加工機床參數(shù)修正的基礎(chǔ)，是確保設(shè)備安全可靠平穩(wěn)運行的依據(jù)。

目前國內(nèi)對于小型齒圈的測量技術(shù)已經(jīng)非常成熟，能實現(xiàn)幾乎所有誤差特征的精密測量，然而大齒圈尤其是超大型齒圈，其結(jié)構(gòu)、體積大的特點導(dǎo)致無法按照常規(guī)的儀器及測量方法測量，且在測量技術(shù)和測量設(shè)備上都要落后于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，即使是在國外也沒有有效的超大型齒圈測量技術(shù)與可靠設(shè)備。

現(xiàn)階段超大型齒圈的測量技術(shù)只能借助大齒圈的一些測量分析方法或測量裝置，誤差較大，可測量齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)有限，測量結(jié)果并不理想?，F(xiàn)我們將大齒圈拆分，采用三維數(shù)模的三坐標檢測方法對每一段分段齒進行精確分析測量，確保每段分段齒論加工誤差在整體平均誤差以內(nèi)，從而實現(xiàn)裝配后安全、穩(wěn)定的運行。

二、具體三坐標檢測方法

基于三維數(shù)模的三坐標檢測方法的基本原理是把零件的三維數(shù)模導(dǎo)入到三坐標測量機的檢測軟件中，并通過坐標系的對齊，使機器坐標系與工件坐標系保持一致，然后通過捕獲零件的理論坐標與檢測得到的工件的實際坐標點相比較。因此，為實現(xiàn)這一目的必須要解決三維數(shù)模的導(dǎo)入、坐標系的對齊、三坐標測量機自動檢測、測量結(jié)果評定及模擬裝配四個技術(shù)問題。

（一）三維數(shù)模的導(dǎo)入

要實現(xiàn)零件基于三維數(shù)模的零件精度檢測，必須把零件的三維數(shù)模導(dǎo)入到三坐標的測量軟件中，但由于不同的CAD軟件生成的文件格式不一樣，并且不能互讀，為了解決這一技術(shù)上的矛盾，我們采用美國的初始圖形交換標準IGES（Initial Graphics Exchange Specification）與CAD數(shù)據(jù)接口交換，來實現(xiàn)三維數(shù)模導(dǎo)入三坐標測量軟件。

（二）坐標系的對齊

坐標系的對齊是零件基于三維數(shù)模的零件精度檢測最重要的一環(huán)，要使檢測能夠順利進行并且得到高精度的檢測結(jié)果，那么在三維數(shù)模導(dǎo)入三坐標測量機后，如何實現(xiàn)機器坐標系與工件坐標系保持一致就變得異常重要，坐標系的對齊我們采用坐標找正法，工件只需放置在檢測區(qū)域內(nèi)，無需定位，充分簡化了檢測前準備工作。將分段齒表面加工精度高的定位銷孔作為測量定位及定向點，建立工件坐標系，從而實現(xiàn)機器坐標與工件坐標的對齊，再在工件的3D數(shù)模中找出這些定位及定向點的理論值，通過三坐標測量機的迭代，實現(xiàn)坐標系的對齊，只有坐標系精準的對齊，后續(xù)自動檢測才能正確的進行。

（三）三坐標測量機自動檢測

在三坐標測量機上根據(jù)建立的理論齒面模型，在齒面的旋轉(zhuǎn)投影面上進行測量網(wǎng)格規(guī)劃，在加工質(zhì)量檢測中，根據(jù)CAD得到的產(chǎn)品模型，選擇合適的路徑，編制并生成自動測量程序，控制三坐標機的測量軌跡，全面自動掃描分段齒輪輪齒表面及所有待測參數(shù)。

（四）測量結(jié)果評定及模擬裝配

利用三坐標測量機掃描功能測量分段式漸開線圓柱齒輪，完成各個齒的數(shù)據(jù)采集，再用逆向工程方法對所采集的數(shù)據(jù)完成單段齒輪的精準計算，根據(jù)實際測繪數(shù)據(jù)重新生成CAD數(shù)模，三坐標AC-DMIS軟件將實際數(shù)模與理論數(shù)模進行比較，計算出齒輪各個參數(shù)誤差值，直接輸出測量評定結(jié)果。最后將各齒段標號記錄，利用CAD軟件將數(shù)模模擬組合，確定各標號齒段對應(yīng)位置，充分提高裝配精度及效率。

結(jié)語

三維數(shù)模逆向工程的三坐標測量方法，可以完成專用齒輪測繪設(shè)備完成不了的工作。并可延伸至測量螺旋錐齒輪、異形曲線曲面、滾齒刀、插齒刀等各類復(fù)雜線、面、體的檢測。充分提高產(chǎn)品加工精度，為后續(xù)裝配乃至運行打下高效、安全、穩(wěn)定的扎實基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]謝華錕.近年來齒輪測量技術(shù)與儀器的發(fā)展[J].工具技術(shù)，2004，38（09）：27-33.

[2]王立新，柴書彥，王飛，張曉華.基于三坐標測量的復(fù)雜多曲面體反求工程CAD建模[J].機床與液壓，2008，36（08）.

[3]趙英劍，王建利，馬新輝，等.三坐標測量機智能技術(shù)[J].計量學報，2001，22（03）：164-167.

[4]汪玉璽，王萬龍，董玉德，等.基于三坐標測量機的測量軟件MworksCAD[J].計算機輔助工程，2007，16（02）：28-31，37.

中圖分類號：TH312

文獻標識碼：A