本发明专利技术提出了一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法，属于齿轮表面检测领域。解决了行星轮系中的太阳轮与行星轮在润滑接触下油膜厚度不易实现在机测量，影响使用寿命和稳定性的问题。测量装置包括机械臂、磁悬浮导轨、机械臂基座、光纤发射器、光纤位移传感器、可见光激光器和可见光激光采集器。根据不同工作需求，机械臂多功能测量头可以实现测量转换，避免由于频繁更换测量仪器而造成数据偏差，采用磁悬浮轨道可以使机械臂在运动过程中减小摩擦阻力的同时减少振动，使测量数据更加精准，再结合模糊自适应控制算法对机械臂的运动进行反馈微调，更适合油膜厚度的在机测量需求。更适合油膜厚度的在机测量需求。更适合油膜厚度的在机测量需求。
【技术实现步骤摘要】
行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法
[0001]本专利技术属于齿轮表面检测领域，特别是涉及齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法。
技术介绍
[0002]由于在弹流润滑接触状态下齿轮间的高压力、剧烈磨损等特殊条件下，对于弹流润滑模型的建立以及弹流润滑理论的构建造成了极大的困难，因此需要新的测量方法对油膜厚度进行测量。太阳轮与行星轮齿轮间的油膜厚度测量方法一般分为光干涉法、电涡流法、电容法。其中光干涉法在精度上可以到达纳米级，但需要对光信号进行后续处理。电涡流法通过测头中的传感器信号变化得到油膜厚度，缺点是测量速度较慢。电容法属于典型的非接触式测量，动态响应好，但电容传感器的电容量易受到外界条件干扰产生不稳定结果。
[0003]齿轮表面分形特征测量方法一般分为样板比较法和量仪检验法。样板比较法将用目测、放大镜对齿轮与标准件进行观察比对，这种测量方法准确度较低。量仪检验法通过干涉显微镜和电动轮廓仪，显微镜精度可以达到微米级，测量结果准确。
[0004]行星轮系由于其传递效率高的优点在机械传动方向被广泛应用，太阳轮与行星轮的啮合状态对于行星轮系工作的精确、稳定、高效、使用寿命等都起着至关重要的作用，啮合不稳定则会发生齿面点蚀、齿根断裂等失效现象，对齿轮寿命造成不良影响。对于润滑条件下的齿轮接触分析尤为重要，因此，对于太阳轮与行星轮啮合间的油膜厚度的在机测量及其他参数的准确性显得至关重要。
技术实现思路
[0005]本专利技术为了解决行星轮系中的太阳轮与行星轮在润滑接触下油膜厚度不易实现在机测量，影响使用寿命和稳定性，提出了一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置，它包括机械臂、磁悬浮导轨、机械臂基座、光纤发射器、光纤位移传感器、可见光激光器、可见光激光采集器，所述机械臂基座与磁悬浮导轨连接，所述机械臂与机械臂基座通过定位螺栓连接，所述油膜厚度测量装置和齿轮表面分形特征测量装置固定在机械臂末端多功能测量头上，所述机械臂四个关节通过内部法兰做连接，所述内部法兰通过螺钉固定。
[0007]更进一步的，所述机械臂基座与机械臂通过压紧垫圈和定位螺栓的配合相连接。
[0008]更进一步的，所述机械臂通过机械臂基座下方磁悬浮导轨与铸铁T形台滑槽滑动连接。
[0009]更进一步的，所述光纤位移传感器与机械臂头部相连，所述激光收发装置与机械
臂头部连接，所述机械臂末端多功能测量头可旋转角度。
[0010]更进一步的，所述机械臂的运动方式以及机械臂头部测量装置的俯仰运动均通过数据端口与用户终端微机相连，所述用户终端微机通过编程的程序对机械臂的运动进行控制。
[0011]更进一步的，所述光纤位移传感器和可见光激光采集器均与数据采集系统通过数据端口相连，所述数据采集系统通过数据端口与用户终端微机相连。
[0012]一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量方法，它包括以下步骤：
[0013]步骤一：将齿轮箱安装于铸铁T形台上并固定，将测量装置参数初始化，将磁悬浮导轨通电，机械臂运动控制器采用模糊自适应控制算法对机械臂的运动进行调控，使机械臂整体运动到待测区域，再使机械臂的腰关节、肩关节、肘关节、腕关节做出自适应调整以尽快到达待测区域，在超过待测区域后通过反馈控制对机械臂进行位置调整。
[0014]步骤二：机械臂可根据不同测量需求转动多功能测量头，在测量齿轮分形特征过程中，机械臂腕关节末端执行器转动多功能测量头切换至分形特征测量装置，校准分形特征测量装置，可见光激光器开始工作发出激光，机械臂运动控制器控制机械臂在待测齿轮处分别平稳旋转次，每次都使得转过的角度为度，在旋转过程中可见光激光器照射待测齿轮，可将光激光采集器将反射回来的光信号进行收集，并通过数据采集系统将信号传递给用户终端微机。
[0015]步骤三：在测量太阳轮与行星轮间油膜厚度的过程中，机械臂末端执行器转动多功能测量头切换至油膜厚度测量装置，通过机械臂运动控制器调整机械臂至待测位置，光纤发射器发射光信号至太阳轮和行星轮的啮合处，光纤位移传感器收集经过油膜反射回来的光信号，再通过机械臂运动控制器微调机械臂位置，采用多点位对油膜厚度进行测量，对于测量结果取平均值，光信号通过数据采集系统传递给用户终端微机。
[0016]步骤四：在用户终端微机上，利用采集到的光信号进行坐标变换，通过将数据采集系统得到的数据建立油膜厚度三维数学模型，再结合公式得到的油膜厚度三位数学模型进行修正，读取并记录光纤位移传感器的测量数据，读取并记录可见光激光采集器的测量数据，将图像进行融合处理，构建油膜厚度三维模型。
[0017]步骤五：通过控制机械臂运动控制器将机械臂复位到初始位置。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术解决了现有行星轮系太阳轮和行星轮在润滑接触下油膜厚度不易实现在机测量，影响行星轮系的使用寿命和稳定性的问题。本专利技术用于太阳轮和行星轮在啮合处的油膜厚度在机测量和弹流润滑接触模型的重建，进而实现提高润滑接触条件下的行星轮系的工作效率和稳定性的问题。测量装置以光学反射原理为基础，通过将光源发射出的光线照射到待测行星轮表面，信号接收器接收对光学信号进行处理，用户终端微机分析光学信号得到待测行星轮的表面粗糙度数值和油膜厚度信息，进而实现对行星轮系中的太阳轮和行星齿轮润滑接触下的油膜厚度数据测量。测量方法融合模糊自适应控制算法、融合数据建模技术和数字图像处理技术重建润滑接触条件下的油膜厚度三维模型。通过可见光激光器和光纤发射器对太阳轮和行星轮表面区域和啮合接触区域进行全覆盖检测，机械臂测量装置整体设计有5个自由度，能够准确调整装置测量的角度范围和与待测行星轮区域的相对位置。采用光纤技术测量得到太阳轮和行星
轮啮合处的油膜厚度，具有测量快速、准确度高、成本低等优点。采用磁悬浮轨道可以使机械臂在运动过程中减少振动，减小摩擦阻力更快达到目标位置，使测量数据更加精准。结合模糊自适应控制算法对机械臂的运动进行微调，使被检测目标的数据得到高效准确地调整。结合数据建模技术和数字图像处理技术，可实现采集到的数据的完整性和空间信息的准确性，经过对数据的后处理重建出待测区域的油膜厚度的完整模型。与传统的油膜厚度测量方法相比可以达到对待测行星轮的更快速、更准确的油膜厚度参数测量，可以满足工业加工、科学研究中的油膜厚度精确测量和在线控制的需求。与采用其他油膜厚度测量方法相比，没有硅油油膜厚度分析仪测量待测区域系统标定复杂性，也没有接触式表面粗糙度测量由于测量量具易磨损而不易取得良好的测量结果。本专利技术均对上述缺点做出相应解决方案，测量方法更高效快捷，结果准确，成本低，避免由于频繁更换测量仪器而造成数据偏差，更适合油膜厚度的在机测量需求。
附图说明
[0019]图1为本专利技术所述的行星轮系中齿轮表面分形特本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法，其特征在于：所述机械臂基座(4)下方磁悬浮导轨(1)与铸铁T形台(12)相连，所述机械臂基座(4)与磁悬浮导轨(1)滑动连接，所述机械臂腰关节(6)与机械臂肩关节(7)通过内部法兰连接，所述机械臂肩关节(7)与机械臂肘关节(9)通过连杆(8)连接，所属机械臂肘关节(9)与机械臂腕关节(10)相连，所述机械臂腕关节(10)与末端执行器多功能测量头(11)相连，所述油膜厚度测量装置(27)和分形特征测量装置(28)均布置于多功能测量头(11)上，所述油膜厚度测量装置(27)包括光纤发射器(25)和光纤位移传感器(26)，所述分形特征测量装置(28)包括可见光激光器(29)和可见光激光采集器(30)，所述磁悬浮导轨(1)设有导向槽(22)，所述磁悬浮导轨(1)旁设有凹槽。2.根据权利要求1所述的一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法，其特征在于：所述分形特征测量装置(28)包括两个可见光激光器(29)和两个可见光激光采集器(30)双目测量保证测量结果精度，所述可见光激光器(29)内包括八个光线发射器，所述可见光激光器可通过运动控制器(5)进行位置上微调整，所述油膜厚度测量装置(27)包括两个光纤发射器(25)和一个光纤位移传感器(26)，所述光纤发射器(25)上电动伸缩节(31)伸长探头长度增加探测距离，所述光纤发射器(26)上电动旋转头(32)可旋转改变发射器视觉广角，所述机械臂末端执行器多功能测量头(11)可以通过旋转编码器将用户终端微机信号转换成旋转角达到切换工作模式的目的。3.根据权利要求1所述的一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的在机测量装置及方法，其特征在于：所述磁悬浮导轨在凹槽和导向槽(22)下设置电磁线圈(24)，所述电磁线圈(24)在交流电的作用下产生交变磁场使机械臂基座(4)沿着导向槽(22)运动，所述磁悬浮轨道(1)可以使机械臂在运动过程中减小摩擦阻力的同时减少振动提高数据精度。4.根据权利要求1所述的一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的测量装置及方法，其特征在于：所述铸铁T形台(12)与齿轮箱(15)固定连接，所述电机底座(13)与铸铁T形台(12)固定连接，所述电机(14)放置在电机底座(13)上，所述机械臂的运动通过固定在机械臂腰关节(6)上的运动控制器(5)通过自适应控制算法输出的信号进行位置调整。5.根据权利要求1所述的一种行星轮系中齿轮表面分形特征和啮合处油膜厚度的测量装置及方法，其特征在于：所述机械臂基座(4)通过压紧垫圈(3)和定位螺栓(2)的配合与...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴石，管诣博，赵成睿，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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