圆弧端齿的数字化测量方法技术

本发明专利技术公开了一种圆弧端齿的数字化测量方法，采用超高精度的三坐标测量机作为圆弧端齿数字化检测采集设备，实现了对于圆弧端齿的数字化检测。并且，基于扫描数据进行了零件虚拟建模，采用虚拟着色的方式对齿面进行着色分析，替代了人工目视识别，提高了检测效率，可以准确地对齿面啮合质量进行判别，并且具有具体的量化实测值，为圆弧端齿的批量检测和加工参数优化提供了重要的理论依据。另外，通过两个虚拟模型进行啮合仿真匹配，可以计算得到最佳的啮合状态，替代了原有依靠人工逐齿配对试错的检测方法，在凹齿和凸齿的几何参数测量完成后即可自动计算出最佳啮合齿对，大大缩短了检测时间，为圆弧端齿零件的数字化装配奠定了基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
圆弧端齿的数字化测量方法


[0001]本专利技术涉及圆弧端齿测量
，特别地，涉及一种圆弧端齿的数字化测量方法。

技术介绍

[0002]圆弧端齿主要用于现代小型发动机高速旋转的叶片盘、转子、叶轮等部件连接，通过圆弧端齿把压气机、涡轮等各个转动部件连接起来。圆弧端齿是航空涡轴类发动机的涡轮盘、叶片盘核心结构，其设计为凸凹齿成对配合使用，精度要求非常高，在工作中承受较大载荷和扭矩，需要具备足够大的强度、表面积和支撑，并且有非常高的互换性要求。圆弧端齿参数的测量是航空发动机研制和生产过程中的一项关键重要检测要素，对于保证该机型产品质量起着重要的作用。圆弧端齿在加工过程中涉及检测的主要几何要素有：端齿的齿形轮廓、齿距、跳动和接触面、齿槽与齿厚相等的齿顶高、端面跳动、径向跳动等参数，端其齿面质量及其相关尺寸形位公差的检测非常严格和重要。
[0003]现有的圆弧端齿检测方法通过校对检验量规对零件进行检测，采用标准规
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校对规
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工作规
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零件的标准传递和着色检测方式，检测量规采用二维截面检测，检测过程和数据处理过程人工干预多，误差大，检测效率较低。而且，着色面积判断靠目视，无量化实测值，检测时着色剂、着色刷、着色工艺对着色质量的判定都有较大影响。另外，进行齿顶高检验时是采用深度千分尺进行的，存在人为误差，无法检测条件齿顶高参数(即齿槽宽度等于齿厚时的齿顶高度)。另外，在进行径向和轴向跳动检查时也是采用分度转台和千分表等通用量具进行径向和轴向跳动检测，存在人为误差，并且，最佳的匹配啮合位置只能通过“试错法”进行，效率较低。另外，现有的检测方法由于量规的尺寸有限，故而无法对较大形状规格的圆弧端齿零件进行端齿参数检测，也无法进行数据逆向建模。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种圆弧端齿的数字化测量方法，以解决现有的圆弧端齿检测方法存在的检测误差大、检测效率低的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种圆弧端齿的数字化测量方法，包括以下内容：
[0006]利用三坐标测量机搭载的三维模拟测头对圆弧端齿轮廓进行自动化扫描，获得大量齿面轮廓数据点，并计算得到圆弧端齿的几何参数；
[0007]基于扫描数据对零件进行虚拟建模，并对圆弧端齿的齿面进行虚拟着色分析；
[0008]采用两个虚拟模型进行啮合仿真匹配，并计算得到最佳的啮合状态。
[0009]进一步地，所述利用三坐标测量机搭载的三维模拟测头对圆弧端齿轮廓进行自动化扫描，获得大量齿面轮廓数据点，并计算得到圆弧端齿的几何参数的过程具体为：
[0010]以圆弧端齿的端平面为基准建立笛卡尔坐标系；
[0011]设定圆弧端齿的理论参数，并配置好三坐标测量机的扫描参数；
[0012]三坐标测量机根据建立的坐标系和配置好的扫描参数生成齿面网格坐标点，并依
据齿面网格坐标点进行网格式扫描；
[0013]根据三坐标测量机的扫描点云数据得到圆弧端齿的几何参数。
[0014]进一步地，所述三坐标测量机分两次进行网格式扫描，第一次扫描测量是对每个齿的两个工作面进行网格扫描，得到圆弧端齿的齿面数据，第二次扫描测量是沿圆弧端齿的端面进行径向扫描，得到圆弧端齿的齿顶高原始数据。
[0015]进一步地，圆弧端齿的几何参数包括条件齿顶高，条件齿顶高的计算过程为：
[0016]利用第二次扫描得到的点数据进行测头三维半径补偿，得到圆弧端齿的表面点数据；
[0017]采用圆弧展开算法，基于笛卡尔坐标系和极坐标系之间的转换公式对每个圆弧端齿的表面点数据进行转换，并对极坐标系的横轴进行比例缩放，从而将三维圆弧转换为二维轮廓；
[0018]从二维轮廓中选择相邻的齿和槽来分段截取数据，找到齿槽宽度和齿厚相等时的齿顶高，从而得到每个齿的条件齿顶高。
[0019]进一步地，所述基于扫描数据对零件进行虚拟建模，并对圆弧端齿的齿面进行虚拟着色分析的过程包括以下内容：
[0020]利用圆弧端齿的几何参数进行虚拟建模；
[0021]基于圆弧端齿的齿面点数据进行测头三维半径补偿，得到圆弧端齿的齿面实测点数据；
[0022]计算每个齿面实测点在法向矢量方向上的投影长度，即每个齿面实测点的偏差值；
[0023]将每个齿面实测点的坐标值投影到XY平面上，并以偏差值作为Z值，得到二维化的点偏差矩阵；
[0024]基于每个实测点的偏差值对点偏差矩阵进行虚拟着色，以二维绘图的形式进行展现。
[0025]进一步地，所述基于每个实测点的偏差值对点偏差矩阵进行虚拟着色，以二维绘图的形式进行展现的过程具体为：
[0026]设置偏差值的公差变量，针对不同的公差变量范围定义不同的颜色，将每个实测点的偏差值与公差变量范围进行比对以确定每个实测点的着色，并根据实测点的点数计算不同着色的百分比，将百分比以着色图进行显示。
[0027]进一步地，所述采用两个虚拟模型进行仿真匹配，并计算得到最佳的啮合状态的过程具体包括以下内容：
[0028]利用一个虚拟模型的一个凹齿与另一个虚拟模型的多个凸齿逐一进行啮合仿真，或者利用一个虚拟模型的一个凸齿与另一个虚拟模型的多个凹齿逐一进行啮合仿真，在每次啮合仿真时分别进行平行度仿真匹配和同轴度仿真匹配，并根据多次啮合仿真的平行度仿真匹配结果和同轴度仿真匹配结果得到最佳匹配状态对应的配对齿号。
[0029]进一步地，所述在每次啮合仿真时进行平行度仿真匹配的过程具体为：
[0030]每次啮合后，计算得到每对齿的齿顶高之和，并筛选出齿顶高之和的最大值和最小值，计算得到齿顶高之和最大值和齿顶高之和最小值之间的齿顶高之和偏差值，齿顶高之和偏差值越小，平行度越好。
[0031]进一步地，所述在每次啮合仿真时进行同轴度仿真匹配的过程具体为：
[0032]每次啮合后，计算得到两个零件的中心距偏差值，中心距偏差值越小，同轴度越好。
[0033]进一步地，所述根据多次啮合仿真的平行度仿真匹配结果和同轴度仿真匹配结果得到最佳匹配状态对应的配对齿号的过程具体为：
[0034]每次啮合仿真时计算得到齿顶高之和偏差值和中心距偏差值的平方和的二次方根值，基于多次啮合仿真的计算结果筛选出最小者，该最小者对应的啮合状态即为最佳啮合状态，并得到最佳拟合状态对应的凹齿配对齿号和凸齿配对齿号。
[0035]本专利技术具有以下效果：
[0036]本专利技术的圆弧端齿的数字化测量方法，采用超高精度的三坐标测量机作为圆弧端齿数字化检测采集设备，将长期以来依靠量规传递的圆弧端齿测量方法替代为基于坐标检测原理的自动化和数字化测量方法，实现了对于圆弧端齿的数字化检测。并且，基于扫描数据进行了零件虚拟建模，采用虚拟着色的方式对齿面进行着色分析，替代了人工目视识别，提高了检测效率，不再存在着色剂、着色刷、着色工艺等对着色质量的影响，可以准确地对齿面啮合质量进行判别，并且具有具体的量化实测值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆弧端齿的数字化测量方法，其特征在于，包括以下内容：利用三坐标测量机搭载的三维模拟测头对圆弧端齿轮廓进行自动化扫描，获得大量齿面轮廓数据点，并计算得到圆弧端齿的几何参数；基于扫描数据对零件进行虚拟建模，并对圆弧端齿的齿面进行虚拟着色分析；采用两个虚拟模型进行啮合仿真匹配，并计算得到最佳的啮合状态。2.如权利要求1所述的圆弧端齿的数字化测量方法，其特征在于，所述利用三坐标测量机搭载的三维模拟测头对圆弧端齿轮廓进行自动化扫描，获得大量齿面轮廓数据点，并计算得到圆弧端齿的几何参数的过程具体为：以圆弧端齿的端平面为基准建立笛卡尔坐标系；设定圆弧端齿的理论参数，并配置好三坐标测量机的扫描参数；三坐标测量机根据建立的坐标系和配置好的扫描参数生成齿面网格坐标点，并依据齿面网格坐标点进行网格式扫描；根据三坐标测量机的扫描点云数据得到圆弧端齿的几何参数。3.如权利要求2所述的圆弧端齿的数字化测量方法，其特征在于，所述三坐标测量机分两次进行网格式扫描，第一次扫描测量是对每个齿的两个工作面进行网格扫描，得到圆弧端齿的齿面数据，第二次扫描测量是沿圆弧端齿的端面进行径向扫描，得到圆弧端齿的齿顶高原始数据。4.如权利要求3所述的圆弧端齿的数字化测量方法，其特征在于，圆弧端齿的几何参数包括条件齿顶高，条件齿顶高的计算过程为：利用第二次扫描得到的点数据进行测头三维半径补偿，得到圆弧端齿的表面点数据；采用圆弧展开算法，基于笛卡尔坐标系和极坐标系之间的转换公式对每个圆弧端齿的表面点数据进行转换，并对极坐标系的横轴进行比例缩放，从而将三维圆弧转换为二维轮廓；从二维轮廓中选择相邻的齿和槽来分段截取数据，找到齿槽宽度和齿厚相等时的齿顶高，从而得到每个齿的条件齿顶高。5.如权利要求3所述的圆弧端齿的数字化测量方法，其特征在于，所述基于扫描数据对零件进行虚拟建模，并对圆弧端齿的齿面进行虚拟着色分析的过程包括以下内容：利用圆弧端齿的几何参数进行虚拟建模；基于圆弧端齿的齿面点数据进行测头三维半径补偿，得到圆弧端齿的齿面实测点数据；计算每个齿面实测点在法向矢量方向上的投影长度，即每个齿面实测点的偏差值；将每个齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁园，黄沙，程世杨，张周斌，黄意，龚帆，
申请(专利权)人：中国航发南方工业有限公司，
类型：发明
国别省市：