一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法技术

一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法，该布局方法是将直角校准块布局固定安装在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置，再利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法，该坐标标定方法为：1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标；2)、确定测头在回转中心的位置坐标，3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标。本发明专利技术解决传统齿轮测量系统中坐标标定程序繁琐、精度低、计算方法复杂、对测头定位安装位置要求高等难题，精确确定直角校准块在相对回转中心为零点的切向X轴、径向Y轴和垂直方向Z轴的位置坐标，进而确定测头球心相对测量系统的位置坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法
本专利技术属于齿轮精度测量
，具体涉及一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法。
技术介绍
应用于齿轮测量的电子展成式齿轮量仪，即齿轮测量中心是由一个回转轴Φ和三个直线轴(切向X轴，径向Y轴和垂直方向Z轴)组成的四坐标轴测量系统，如图1所示。与通用的三坐标坐标测量机不同的是，齿轮测量中心除增加一个回转Φ轴、增加上下中心顶尖布局外，用于拾取测量误差的测头也由三坐标的“触发式”测头更换成“测微式”测头。由此，齿轮测量中心更适合回转类工件的测量，同时，也更适合连续空间曲线误差的测量。齿轮测量中心能够根据测量误差项目的不同，由软件控制实现X、Y、Z轴方向及回转Φ轴之间的多轴联动。如图1所示。使用时通过X、Y、Z轴及回转轴Φ轴之间按照所需要测量的轨迹进行比例运动精确的运动控制，同时，采集工件测量位置的坐标数据及测微式测量测头的测量误差数据，通过数学算法求解工件表面的误差，达到多项误差参数的测量。在仪器进行测量工作之前，首先必需解决的问题是要建立仪器的坐标系统，实现齿轮测量中心精确测量的前提条件就是建立测头中心与仪器回转中心的坐标关系，建立仪器测量坐标系，是保证测量结果的精度以及准确度的关键步骤。也即仪器的“坐标标定”过程。鉴于此，目前测量中心普遍使用的坐标标定方法可以分为两大类：1.利用特殊元件直接标定法(1)标准芯轴标定法：将一已知直径的标准芯轴装夹在回转轴台与上顶尖上，然后通过测头接触测量芯轴上多点位置，得到芯轴上一系列点的位置坐标值，利用最小二乘圆拟合等方法可计算得到测头测球中心的坐标与芯轴的圆心(即为仪器回转中心)位置坐标关系，完成坐标系的建立。(2)浮动标准球法：将一个带磁性底座支撑的“标准球”安装在齿轮测量中心的回转轴台上的某一位置上，通过测头与标准球接触，采集到标准球球面上的点，运用最小二乘圆拟合的方法求出标准球球心的坐标位置1，然后将回转轴台旋转一定角度，利用相同的方法求得该标准球球心的坐标位置2，通过标准球位置与回转中心直线距离的不变性和两个相对位置值确定标准球与回转中心的相对位置。该方法利用仪器的主轴回转圆光栅及所测量的球的位置，经过计算，可以确定测头中心相对于仪器坐标，完成坐标标定，该方法还适用于大型齿轮量仪的特殊情况，不要求测头行程必须达到回转中心的位置，也可以实现坐标标定。(3)样板标定法：将标准渐开线样板装夹在回转轴台上，通过测头接触渐开线样板一侧，首先得到渐开线上接触点的绝对坐标(r1，q1)，然后将回转轴转过一定角度，采集渐开线样板与测球的另一接触点绝对坐标(r2，q2)，重复上述步骤可获得渐开线样板的一系列接触点的绝对坐标点(ri，qi)，i＝1,2,3,....n。假设回转中心坐标为r0，渐开线起点对应的回转角为q0，构造渐开线方程：将(ri，qi)代入上式可计算得到回转中心坐标r0，起始回转角q0。其中最具代表性的要属德国的克林贝格齿轮测量中心，它采用浮动标准球标定的方式，将带有磁铁底座的标准球固定安装在回转轴台上，然后通过测头与标准球接触，将采集到标准球球面上的点运用最小二乘法拟合出标准球球心的坐标，然后通过空间矢量运算确定测量坐标原点的位置。通过坐标转换法，将测球球心在机器坐标系统中的位置转换到测量坐标系，实现了对测头球心位置的标定。标定完毕后，需要将标准球取下，否则会影响测量。“直接标定”法最大的缺点是在每次仪器开机后都需要利用特殊元件对仪器进行标定，另一种情况是在仪器使用过程中，如果需要更换测头或者发生测头碰撞测头定位位置改变后，也需要重新进行标定，操作较为麻烦，特别是对大型齿轮量仪，工件往仪器上安装、调整都比较费时，而为了仪器标定，还需要卸下工件，标定完成后重新进行工件安装、调整，会给仪器测量带来很大的不方便。为解决该问题，国外量仪不得不采用建立“测头库”的办法，在仪器使用之前，逐个对各种测头进行单独标定，测头在整个齿轮测量中心坐标系的坐标位置会自动存储至建立的数据库中，建立测头数据库数据，这样解决了每次仪器开机或者更换测头后，直接调用测头库数据，进行测量，避免反复拆卸工件进行仪器标定的繁琐。但是该方法对测头的安装定位要求极高，必须保证每次更换完测头，测头的球心位置不能有任何变化，对测头定位工艺要求严格，如果发生测头碰撞，测头球心位置发生变化，也不易及时发现，而测头球心位置发生变化无疑会带来测量误差，并且建立测头数据库的成本很高，额外增加仪器动作，并不是很好的办法。而对于目前国内齿轮测量中心测头大部分采用的TESA电感式测微传感器作为齿轮测量中心的测头核心部件，该传感器具有自动测量换向、微测力、反映灵敏、使用维修方便等多项特点，但是由于该传感器本身为实现测头保护，在各个方向都有机械旋转保护机构，测头中心位置更难于固定，只要更换测头或者再次重新安装更换测针，或者测量过程中对测头的轻微碰撞，测头相对于整个齿轮测量中心坐标系的坐标就会有改变，所以采用“直接标定”法并不适用于目前国内齿轮测量中心坐标标定，建立“测头库”更是得不偿失之举。2.利用仪器固定属性的第三方基准间接标定法固定球/块规标定法：将一个标准球/块规固定安装在齿轮测量中心的非回转轴台上的某一固定位置上(即该位置不能在回转轴台上)，在仪器制造过程中，通过块规等测量方法精确计量出该标准球球心/块规与回转中心的相对精确位置值，并将此作为齿轮测量中心的固定机械属性。工作测量前，通过测头接触测量标准球/块规，计算得到校准球/块规的相对于测头的位置，从而可以快速方便得到测头相对于回转中心的相对位置。该方法涉及仪器结构布局中该固定属性的设定方式，应与整个仪器使用测量过程的结合，难点是在仪器制造过程中确定该固定属性的固定球/块规到仪器回转中心的坐标确定，确定固定球/块规到仪器回转中心实现高精度数据测量很难实现，从而对坐标标定造成额外的误差。
技术实现思路
本专利技术为克服上述缺陷，提供了一种齿轮测量中心的直角校准块布局方法、坐标标定方法和坐标调整方法，其目的是为了解决传统齿轮测量系统中坐标标定程序繁琐、精度低、计算方法复杂、对测头定位安装位置要求高等难题，采用在非回转轴台上的测量行程之外的某一位置安装直角校准块，进而提供了一种利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法。本专利技术的齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，采用的技术方案在于：将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，将齿轮测量中心的切向坐标轴导轨行程采用前后非对称布局。基于上述直角校准块的布局方法进行的齿轮测量中心的坐标标定方法，采用的技术方案在于：利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法。本专利技术的利用渐开线误差特性进行齿轮测量中心坐标标定的方法，的所采用的技术方案在于：1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标，将齿轮测量中心进行系统复位，系统复位完成后，将测头沿切向导轨X轴移动至回转中心为零点的位置，然后使测头沿径向Y轴运动，移动至对准回转轴台下顶尖，所得切向、径向和垂直方向光栅值为x0、y0、z0，再使测头沿径向Y轴后退，沿切向导轨X轴向直角校准块侧面A运动，当测头压表量为e＝200μm时，测头停止靠近运动，得到切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，其特征在于：将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，将齿轮测量中心的切向坐标轴导轨行程采用前后非对称布局。

【技术特征摘要】
1.一种齿轮测量中心中直角校准块的布局方法，其特征在于：将直角校准块固定安装在齿轮测量中心的基座上的测量行程之外的位置，将齿轮测量中心的切向坐标轴导轨行程采用前后非对称布局。2.一种基于权利要求1所述的直角校准块的布局方法进行的齿轮测量中心的坐标标定方法，其特征在于：利用基准样板与直角校准块建立间接的齿轮测量中心的坐标标定方法。3.一种利用渐开线误差特性进行权利要求2所述的齿轮测量中心坐标标定的方法，其特征在于包括以下步骤：1)、初步确定直角校准块在回转中心的位置坐标，将齿轮测量中心进行系统复位，系统复位完成后，将测头沿切向导轨X轴移动至回转中心为零点的位置，然后使测头沿径向Y轴运动，移动至对准回转轴台下顶尖，所得切向、径向和垂直方向光栅值为x0、y0、z0，再使测头沿径向Y轴后退，沿切向导轨X轴向直角校准块侧面A运动，当测头压表量为e＝200μm时，测头停止靠近运动，得到切向光栅值x1，之后使测头沿着直角校准块侧面A移动至脱离直角校准块棱边B，得到垂直方向光栅值z1，测头贴着直角校准块侧面A垂直向下移动设定距离后，沿径向正方向运动，直到脱离直角标准块棱边C，得到径向光栅值y1，粗略确定直角校准块侧面A相对回转中心为零点的位置坐标(x1-x0-e，y1-y0，z1-z0)；2)、确定测头在回转中心的位置坐标，首先进行测头标定，重复上述步骤1)，使测头贴着直角校准块侧面A的动作，所得测头球心的切向、径向和垂直方向光栅值分别为x、y、z，由于测头切向存在压表量e，故测头球心相对回转中心的坐标值为(x-e，y，z)，然后与步骤1)确定的直角校准块位置坐标(x1-x0-e，y1-y0，z1-z0)比较，可得两者之间的切向、径向以及垂直方向的坐标差值，将此差值补偿到测头在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，使得此时的测头切向、径向以及垂直方向的坐标值等于步骤1)确定的直角校准块在回转中心的切向、径向以及垂直方向的坐标值，既而确定了测头在回转中心的坐标位置；3)、精确直角校准块在回转中心的位置坐标，利用基准样板的反调功能，首先将基准样...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红梅，周广才，
申请(专利权)人：哈尔滨精达测量仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23