大型齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展研究

葉宇辰

摘 要：本文闡述了國(guó)內(nèi)外大型齒輪在線測(cè)量技術(shù)及其測(cè)量?jī)x器的研究現(xiàn)狀，探討了在線測(cè)量的優(yōu)越性和可操作性。提出了大型齒輪在線測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)和解決方案，并進(jìn)一步分析了大齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：大型齒輪;在機(jī)測(cè)量;技術(shù);發(fā)展研究

大型齒輪作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)部件，已在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，其制造技術(shù)和精密檢測(cè)技術(shù)不斷更新和完善。本文力圖通過(guò)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，使大型齒輪在線測(cè)量系統(tǒng)易于調(diào)整，精度高，適應(yīng)性強(qiáng)。提高大型齒輪在線測(cè)量系統(tǒng)的整體性能，促進(jìn)大型齒輪在線測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和完善。以下內(nèi)容和大家分享以及進(jìn)行互相探討，希望對(duì)大型齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展有幫助。

一、發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前制造業(yè)對(duì)制造零件的精度和效率提出了更高的要求，這使得機(jī)床探針的精度和質(zhì)量不斷提高。零件的測(cè)量方法也從三坐標(biāo)測(cè)量過(guò)渡到機(jī)上測(cè)量。目前，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)這方面的機(jī)上測(cè)量做了大量的研究，但大多數(shù)都太有限，因此測(cè)量速度和精度不統(tǒng)一。未來(lái)，隨著高精度復(fù)雜曲面的應(yīng)用，高密度CAD和CAM集成系統(tǒng)的高效率和高精度加工是機(jī)內(nèi)測(cè)量的發(fā)展方向，并實(shí)現(xiàn)了以下特點(diǎn)：1.多功能性，無(wú)論表面的復(fù)雜程度如何，測(cè)量系統(tǒng)都能給出相應(yīng)的計(jì)劃，在一定的順序內(nèi)準(zhǔn)確不是腳的高速測(cè)量。2.集成，未來(lái)的控制系統(tǒng)和測(cè)量軟件不再需要通過(guò)各種接口對(duì)接并通過(guò)協(xié)議自封閉。相反，根據(jù)某些規(guī)范高度集成接口以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和共享。3.智能，將各種傳感器集成到測(cè)量系統(tǒng)中，如聽(tīng)覺(jué)，視覺(jué)，氣味等傳感器，將這些傳感器集成到測(cè)量系統(tǒng)中，根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)，測(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整測(cè)量方案，實(shí)現(xiàn)智能測(cè)量。4.測(cè)量系統(tǒng)高速，高精度，不僅實(shí)現(xiàn)了高速處理，而且實(shí)現(xiàn)了高速數(shù)據(jù)采集。在CNC系統(tǒng)循環(huán)中，測(cè)量系統(tǒng)以更快的速度收集數(shù)據(jù)。高精度取決于機(jī)床探頭的精度和加工中心的精度。

二、大型齒輪在線測(cè)量的優(yōu)勢(shì)和難點(diǎn)

1.幾何尺寸大，齒數(shù)大

測(cè)試齒輪的重量，體積和直徑超過(guò)了傳統(tǒng)要求，這必然會(huì)帶來(lái)兩個(gè)不便：首先不利于大齒輪的安裝和拆卸;其次，由于精確對(duì)準(zhǔn)和調(diào)整，難以確保不可預(yù)測(cè)的加工誤差和測(cè)量誤差。如果在測(cè)量室中測(cè)量直徑為6-9 m的大型齒輪，相應(yīng)的臺(tái)式壓力表將增加到11 m。另外，當(dāng)大齒輪的齒數(shù)大于42時(shí)，齒根圓大于基圓，并且在實(shí)際測(cè)量中不容易確保調(diào)節(jié)精度。2.難以選擇測(cè)量參考。特別是，當(dāng)在測(cè)量基準(zhǔn)中再現(xiàn)機(jī)床工作臺(tái)的主軸的旋轉(zhuǎn)誤差時(shí)，齒齒方向和齒距的測(cè)量效果受到影響，并且測(cè)量結(jié)果失真。另外，由于定位基準(zhǔn)的影響和測(cè)量的齒輪的尺寸，測(cè)量期間測(cè)量?jī)x器坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換誤差也難以確定。因此，本文采用可變嚙合角法測(cè)量大齒輪，可有效提高測(cè)量精度。3.測(cè)量環(huán)境影響測(cè)量效率，在測(cè)量大齒輪之前，技術(shù)人員需要逐個(gè)調(diào)整和測(cè)試測(cè)量?jī)x器和整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的安裝位置。這些手動(dòng)過(guò)程將花費(fèi)大量時(shí)間和精力并降低測(cè)量效率。在實(shí)際測(cè)量中，車(chē)間噪聲溫度和振動(dòng)等不利因素也會(huì)影響其測(cè)量結(jié)果和效率。因此，有效解決測(cè)量設(shè)備的安裝調(diào)試問(wèn)題，有效消除不利測(cè)量因素的影響，將成為提高測(cè)量效率的關(guān)鍵。

三、齒輪的光學(xué)平行測(cè)量

無(wú)論是使用探頭還是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，基于接觸方式的齒輪測(cè)量都是一系列測(cè)量，即首先測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，然后測(cè)量下一個(gè)點(diǎn)。通過(guò)測(cè)量一系列點(diǎn)來(lái)完成測(cè)量要求，但是通過(guò)齒輪系列測(cè)量方法獲得的齒面信息不夠豐富。并且測(cè)量效率低，當(dāng)基于非接觸測(cè)量的光學(xué)方法及時(shí)發(fā)展時(shí)，它可以同時(shí)獲得測(cè)量信息。因此，它也被稱為并行測(cè)量。主要是由于光電子技術(shù)的發(fā)展和IT技術(shù)為并行測(cè)量提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，測(cè)量齒輪的光學(xué)方法主要有兩種方法，即采用相移法的齒面測(cè)量和基于攝影的齒輪參數(shù)測(cè)量。

1.基于相移的三維齒面測(cè)量技術(shù)

測(cè)量系統(tǒng)通常采用基于四步相移法的測(cè)量技術(shù)，其實(shí)際測(cè)量測(cè)量的齒輪和標(biāo)準(zhǔn)齒輪之間的差異。這是一種比較測(cè)量。此外，測(cè)量齒輪還可以測(cè)量斜齒輪，但為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須首先確保標(biāo)準(zhǔn)齒輪的精度。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出異常測(cè)量的牙齒表面測(cè)量系統(tǒng)。

2.基于攝影的齒輪參數(shù)測(cè)量

通常的測(cè)量系統(tǒng)包括光學(xué)照明系統(tǒng)，CCD相機(jī)，圖像采集系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件。其工作原理是通過(guò)照明系統(tǒng)發(fā)出的平行光線產(chǎn)生齒輪的陰影輪廓。在被透鏡系統(tǒng)集中后，在CCD區(qū)域陣列上成像，CCD將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷信號(hào)，并使用圖像采集卡將其存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。然后，通過(guò)軟件處理，存儲(chǔ)和計(jì)算所收集的圖像，并且通過(guò)使用圖像測(cè)量技術(shù)來(lái)執(zhí)行齒輪的非接觸測(cè)量。測(cè)量齒輪的中心，尖端圓的半徑，根圓的半徑，螺距，模數(shù)，尖端的高度，高度變化系數(shù)，位移系數(shù)，壓力角和螺距等參數(shù)。這種測(cè)量系統(tǒng)的精度取決于校準(zhǔn)精度，并且校準(zhǔn)方法通常涉及將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的測(cè)試塊放置在視場(chǎng)中。測(cè)量系統(tǒng)在處理工件時(shí)讀取測(cè)試塊的像素值，然后將工件的像素值除以測(cè)試塊的像素值。就可達(dá)到自動(dòng)校正的目的。在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量精度不僅取決于校準(zhǔn)精度，還取決于CCD本身的誤差和光學(xué)系統(tǒng)的誤差。

四、結(jié)語(yǔ)

大型齒輪在線測(cè)量?jī)x器包括根據(jù)該系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)是機(jī)上測(cè)量?jī)x器的核心。它也是測(cè)量?jī)x器可以正常工作和工作的“大腦”。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大齒輪的精度要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的測(cè)量方法已經(jīng)不能滿足大齒輪的測(cè)量要求。因此，技術(shù)人員需要加強(qiáng)大型齒輪在線測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，以促進(jìn)機(jī)上測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。

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