一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法技术

一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，包括：1)基于触发式测头测量原理得到直齿面齿轮齿面测量的网格点与测量路径；根据直齿面齿轮齿面曲率小的特点得到均布测点；根据机床X、Y轴运动误差的特点得到最优方螺旋型的测量路径；2)结合最优方螺旋型的测量路径，得到测量时测头延时误差、测头测量误差以及测量坐标误差；基于测头的测量原理得到测头三角形误差模型，最后整合标定得到总误差，从而得到补偿后的精确测量点坐标；3)以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差，通过计算出齿面测量点实际位置与理论法向位置方向上的偏差来得到齿面的误差曲面，并进行精度等级评价。本发明专利技术解决了传统测量过程复杂、效率低和成本高等难题。成本高等难题。成本高等难题。

【技术实现步骤摘要】
一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法


[0001]本专利技术属于面齿轮测量领域，具体涉及一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法。

技术介绍

[0002]在生产过程中的测量技术大多依赖于离线测量，在工业生产中，待工件加工完成后，再采用离线的测量技术进行检测。当待测工件较多时，由于每个工件都要经历装夹、定位等工序，极大地降低了生产效率。并且由于重复装夹与产生的误差，使得测量结果与加工表面难以收敛。对于高精度面齿轮的在机测量，一般的测量评价方法效率低，精度差，而且一致性难以得到保证。

技术实现思路

[0003]为了解决现有行业中高精度直齿面齿轮加工测量效率低、精度差的问题，提供了一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法。该方法介绍了面齿轮在机测量运动方法和数据分析评价方法，可以更加便捷精确地进行面齿轮加工精度的分析和评价，解决了传统测量过程复杂、效率低和成本高等难题，使加工测量一体化，提高了零件的生产效率，保证了产品的质量。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0005]一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，包括以下步骤：
[0006]1)基于触发式测头测量原理得到直齿面齿轮齿面测量的网格点与测量路径；根据直齿面齿轮齿面曲率小的特点得到均布测点；根据机床X、Y轴运动误差的特点得到最优方螺旋型的测量路径；
[0007]2)结合步骤1)中最优方螺旋型的测量路径，得到测量时的测头延时误差、测头测量误差以及测量坐标误差；基于测头的测量原理得到测头三角形误差模型，最后整合标定得到总误差，从而得到补偿后的精确测量点坐标；
[0008]3)测量完成后，根据面齿轮的工艺参数与检测项目，基于面齿轮插齿渐开线加工原理、非均匀有理B样条即NURBS曲面插值方法，进行了直齿面齿轮的曲面重构，用以得到光滑的齿面模型，将该模型用于误差评价；基于渐开线圆柱齿轮的精度等级水平以及误差评价算法，得到直齿面齿轮齿面偏差的误差与精度评价算法；以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差，通过计算出齿面测量点实际位置与理论法向位置方向上的偏差来得到齿面的误差曲面，并进行精度等级评价。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：
[0010]201)基于直齿面齿轮齿面曲率较小的特点，设置均布离散的点阵式网格点，采用X、Y、Z三个直线轴联动测量，提出“逼近
‑
触发
‑
回退”几个测量阶段，各对应相应的位置；
[0011]202)基于螺旋型、S型和H型三种不同齿面测量路径规划对于齿面测量的优缺点，得到方螺旋型测量轨迹，作为最优测量轨迹。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中，基于触发式测头的三个接触副的触发特性，即测头内部由三个相隔120
°
的接触副构成的串联电回路，不同受力方向会有不同的测量误差，得到测头误差三角形模型，即测头在测量不同矢量方向时会产生不同的测头误差，并总体呈现三角形状。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，三角形误差模型还包括了测头采集数据的延时误差，大小与硬件设备和运动速度有关，且各矢量方向大小相同。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，由于测量所得数据为工件坐标系下的结果，因此要进行坐标系变换用以补偿坐标系不同带来的系统误差。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，依据面齿轮插齿加工原理，推导了面齿轮齿面数学模型，得到渐开线插齿刀具方程，从而推导出面齿轮的齿面方程，实现对齿面测量要素理论坐标的求解；首先建立插齿刀具与面齿轮的坐标系，通过渐开线直齿圆柱齿轮齿面数学模型，得到刀具齿面方程为：
[0016][0017]推导出面齿轮齿面方程为：
[0018][0019]其中，r
bs
为对应刀具齿廓的基圆半径；θ
0s
为齿槽对称线到起始点的角度参数；θ
s
为刀具渐开线上一点对应的角度；u
s
为当前点的轴向坐标；m为插齿刀具模数；f为结合齿轮啮合原理的特定参数方程；
[0020]最后结合法向方程求得实际数据坐标点。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，基于非均匀有理B样条即NURBS曲面插值得到直齿面齿轮齿面重构，根据理论点采用插值方法来计算NURBS曲面，实现对面齿轮左、右齿面以及过渡曲面的曲面重构，用以将实际测量位置与理论位置一一对应起来；首先建立NURBS曲面表达式为：
[0022][0023]其中，P
i,j
为控制顶点；w
i,j
为权因子；N
i,p
(u),N
i,q
(v)分别为节点矢量U和V的基函数；
[0024]取面齿轮齿面15*7的离散数据点，依据上文进行三次NURBS曲面重构，得到平滑重
构曲面。
[0025]本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，基于渐开线圆柱齿轮的精度等级水平以及误差评价算法，得到出直接以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差；
[0026]其中，计算齿面中点的旋转角度为φ，将齿面实际测量数据旋转角度φ得到变换后数据，计算如下：
[0027][0028]其中，利用分割逼近法计算旋转后的齿面测量数据到理论齿面的最短距离，建立齿面拓扑误差。
[0029]和现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0030]本专利技术提供的一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，基于NURBS插值齿面重构原理、触发式测头测量原理，提出测量过程中的新型路径形式与误差来源，并提出最优直齿面齿轮参数测量路径与补偿方法，提高了在机测量精度，避免了离线测量中因重复装夹产生的精度低、效率差的问题，提高了生产效率。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例中测量过程及位置图；
[0032]图2为本专利技术实施例中渐开线圆柱齿轮截面模型图；
[0033]图3为本专利技术实施例中面齿轮三种不同的测量路径图，其中图3(a)为方螺旋型，图3(b)为S型，图3(c)为H型；
[0034]图4为本专利技术实施例中面齿轮方螺旋型测量路径图；
[0035]图5为本专利技术实施例中测头不同矢量方向的误差大小模型图；
[0036]图6为本专利技术实施例中测头的标定误差大小参数示意图；
[0037]图7为本专利技术实施例中面齿轮齿面检测报告示意图；
[0038]图8为本专利技术实施例中齿面测量误差与测量中心结果比对图，其中图8(a)为左齿面误差大小，图8(b)为右齿面误差大小。
具体实施方式
[0039]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基于触发式测头测量原理得到直齿面齿轮齿面测量的网格点与测量路径；根据直齿面齿轮齿面曲率小的特点得到均布测点；根据机床X、Y轴运动误差的特点得到最优方螺旋型的测量路径；2)结合步骤1)中最优方螺旋型的测量路径，得到测量时的测头延时误差、测头测量误差以及测量坐标误差；基于测头的测量原理得到测头三角形误差模型，最后整合标定得到总误差，从而得到补偿后的精确测量点坐标；3)测量完成后，根据面齿轮的工艺参数与检测项目，基于面齿轮插齿渐开线加工原理、非均匀有理B样条即NURBS曲面插值方法，进行了直齿面齿轮的曲面重构，用以得到光滑的齿面模型，将该模型用于误差评价；基于渐开线圆柱齿轮的精度等级水平以及误差评价算法，得到直齿面齿轮齿面偏差的误差与精度评价算法；以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差，通过计算出齿面测量点实际位置与理论法向位置方向上的偏差来得到齿面的误差曲面，并进行精度等级评价。2.根据权利要求1所述的一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：201)基于直齿面齿轮齿面曲率较小的特点，设置均布离散的点阵式网格点，采用X、Y、Z三个直线轴联动测量，提出“逼近
‑
触发
‑
回退”几个测量阶段，各对应相应的位置；202)基于螺旋型、S型和H型三种不同齿面测量路径规划对于齿面测量的优缺点，得到方螺旋型测量轨迹，作为最优测量轨迹。3.根据权利要求1所述的一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，其特征在于，步骤2)中，基于触发式测头的三个接触副的触发特性，即测头内部由三个相隔120
°
的接触副构成的串联电回路，不同受力方向会有不同的测量误差，得到测头误差三角形模型，即测头在测量不同矢量方向时会产生不同的测头误差，并总体呈现三角形状。4.根据权利要求3所述的一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，其特征在于，三角形误差模型还包括了测头采集数据的延时误差，大小与硬件设备和运动速度有关，且各矢量方向大小相同。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建军，卢光超，孙林，金雨生，逄增江，曹永刚，
申请(专利权)人：青岛雷顿数控测量设备有限公司，
类型：发明
国别省市：