CN1004514B - 就地测量大齿轮齿形的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种就地测量齿轮齿形的方法和装置，它包括在加工齿轮的机床上附加：齿形传感器、角位移传感器，回转误差传感器和控制与数据处理四个装置；在由电子计算机组成的控制与数据处理装置中予先存储齿形和角位移传感器装置的系统误差；由齿形传感器检出Ｘ，角位移传感器检出θ，回转误差传感器检出ΔＺ和ΔＸ送入计算机经过动、静态误差补偿算出齿形误差。本方法和装置特别适用于大型齿轮齿形误差的就地测量。

Description

就地测量大齿轮齿形的方法与装置

本发明涉及一种齿轮齿形的测量方法与装置，更具体地说它涉及一种在机床上就地测量大型齿轮齿形的方法与装置。

现有技术中，有许多行之有效的办法用以测量中小型齿轮的齿形。但对大型齿轮，由于尺寸、重量的增加，测量起来有许多困难，采用大型台式仪器，虽可获得较高的测量精度，但仪器造价高，被测齿轮的尺寸、重量范围受到仪器规格的限制，并且难以把这种大型台式仪器用于加工现场;采用小型便携式仪器，使用虽很方便，但在现场安装时对正精度不高，影响测量的可靠性。1981年东京国际齿轮及动力传动学术讨论会文集中一篇题为“一种新的大齿轮测量系统”的文章提出了一种就地测量系统，该系统对大齿轮齿形的测量是通过在滚齿机上加上几部分辅助系统来实现的，辅助系统包括将直径为2200毫米的超大型环形磁尺安装在滚齿机工作台的外圆表面，用以测量被测齿轮的角位移;一个齿形传感器，用以测量在齿轮基圆切线方向运动的测头的直线位移;一个控制和数据处理装置，控制自动测量和计算误差。该系统实现了在滚床上就地自动测量，但在测齿轮角位移时，为避开由于尺寸大引起的结构上和精度上的困难，没有采用现成的角位移传感器，而是特制了一个超大型环形磁尺与工作台合为一体，这种超大型磁尺的制造、安装、录磁、调整等工艺相对于采用现成的角位移传感器来说要困难得多，而且难以做成一个附加在齿轮加工机床、车床、磨床及其它类型机床上通用。另外特别重要的是，就地测量是在加工机床上进行的，测量的齿形误差中包含了机床的回转误差，上述测量系统没有设法消除这种误差影响，这样测量结果的可靠性在很大程度上要依赖于机床的回转精度，而对一般机床来说，回转误差对所测的齿形误差的影响是不能忽略的。

本发明的目的是，通过在机床上附加几部分简单的辅助测量装置，实现在各种类型机床上，对各种规格、各种类型大齿轮的齿形就地测量，并设法有效地消除机床回转误差和辅助测量装置的系统误差对测量结果的影响，以获得就地测量的高精度。

本发明的构思是，靠在机床上附加四部分辅助装置来实现大齿轮齿形就地高精度测量。其方法是

（1）在齿轮加工机床上附加：

一个齿形传感器装置，使齿形测头沿被测齿轮基圆切线方向移动，用于测量齿形测头的位移量X;

一个角位移传感器装置，用于测量上述被测齿轮的回转角θ;

一个回转误差传感器装置，用于测量上述被测齿轮在回转时的轴向窜动量△Z和在齿形测量误差敏感方向上的径向跳动量△X，用于补偿上述机床的动态回转误差;

一个控制和数据处理装置，用于计算齿形误差;

（2）予先在上述控制和数据处理装置中存储上述齿形和角位移传感器装置的系统误差，用于补偿其静态误差;

（3）转动上述被测系统，带动上述齿形测头运动，检出上述X、θ、△Z、△X各信号送入上述控制和数据处理装置，根据予先存储的上述系统误差，进行静态和动态误差补偿，然后算出被测齿轮的齿形误差。

实现上述测量方法的专用设备包含：

（1）齿形传感器装置，它附加安装在上述齿轮加工机床上，它由直线滚动导轨。可沿该导轨作平行移动的齿形测头，测量齿形测头的位移量X的直线位移传感器及底座组成;测得的信号X送入控制及数据处理装置;

（2）角位移传感器装置，它附加安装在与被测齿轮同一轴线上，它包含角位移传感器固定件、角位移传感器运动件及精密轴承;上述角位移传感器运动件和固定件中任何一件安装成与被测齿轮同步回转，通过上述运动件与固定件之间的相对运动测出被测齿轮的转角θ，并送入控制与数据处理装置;

（3）回转误差传感器装置，它安装在齿轮加工机床上，它包含至少两个线位移传感器;测得被测齿轮回转时的轴向窜动量△Z、和径向跳动量△X送入控制与数据处理装置。

（4）控制和数据处理装置，它包含信号处理器，电子计算机及其输出设备。

本发明的效果是，通过在机床上附加几部分简单的辅助装置，实现了在各种类型机床上就地测量各种类型，各种规格大型齿轮齿形的目的，并且由于设法有效地消除了机床回转误差和辅助测量装置的系统误差对测量结果的影响，使得使用本发明提供的就地测量方法可以可靠地获得较高的测量精度。

附图1是本发明第一个实施例示意图。

附图2是本发明第二个实施例示意图。

附图3是角位移传感器与被测齿轮平行轴安装的示意图。

附图4是角位移传感器在由机床主轴引出的传动轴上安装的示意图。

下面将参照上述各附图对本发明的最佳实施例作详细说明。

图1所示的实施例是针对在卧式滚床或车床上测量轴齿轮的情况，在卧式滚床或车床上附加四部分辅助装置，一是齿形传感器装置;其中直线感应同步器定尺2通过底座5固定在机床的适当部位，使底座5上的滚动导轨14与机床主轴垂直，线感应同步器滑尺1通过滑板3与齿形测头4连为一体，组成一个能沿底座5上的滚动导轨平动的装置，与被测齿轮12齿面接触的齿形测头4保持沿被测齿轮12基圆切线方向移动，重锤24用以使齿形测头4与被测齿轮12齿面保持一定压力;二是角位移传感器装置：它采用高精度轴承6联结圆感应同步器定子8和圆感应同步器转子7，组成一个圆感应同步器装置，将该装置装到机床尾架的特制顶尖22上，圆感应同步器转子7可由装在被测齿轮12上的磁性拨杆21带动同步回转;三是回转误差传感器：利用被测齿轮12轴上原有的基准圆柱面a和基准端面b，每个基准面a、b各用一个电感测头11与之保持接触，在基准圆柱面a上，电感测头11在影响测量齿形误差的敏感方向上与基准圆柱面接触;四是控制和数据处理装置：它主要包括信号处理器15，电子计算机16及其输出设备17;在对上述辅助装置制造调试时，把齿形误差传感器装置和角位移传感器装置的系统误差通过固定零点方法测出并存入电子计算机16内。测量时，被测齿轮12回转，同时由线感应同步器1、2检出齿形测头4的移动距离X，由圆感应同步器7、8检出被测齿轮12的转角θ，由电感测头11检出被测齿轮12在与电感测头11接触点上的轴向窜动量△Z和在齿形测头4运动方向上的径向跳动量△X，控制和数据处理装置自动同步检出上述三路信号，经过信号处理，存入电子计算机16内，由电子计算机16根据予先存储的辅助装置的系统误差和测量中输入的数据，做出动、静态补偿并计算出实际齿形误差来。

参见本发明第二个实施例的附图2，该实施例是在立式滚床上测量齿圈齿轮的情况。在滚床上附加四部分辅助装置：一是齿形传感器装置，其中线感应同步器定尺2通过底座5固定在滚床的适当部位，使底座5上的滚动导轨与滚床主轴垂直，线感应同步器滑尺1通过滑板3与齿形测头4连为一体，组成一个能沿底座5上的滚动导轨平动的装置，与被测齿轮12齿面接触的齿形测头4保持沿被测齿轮12基圆切线方向移动;二是角位移传感器装置，它采用高精度轴承联结圆感应同步器定子8和圆感应同步器转子7，组成一个装置，将该装置装在固定于工作台锥套33内的芯轴32上，固定臂43限定圆感应同步器定子8不随芯轴32转动;三是回转误差传感器装置：将具有基准圆柱面a与基准端面b的圆环31装于芯轴32上，每个基准面a、b有一个电感测头11与之保持接触。在基准圆柱面a上，电感测头11在影响测量齿形误差的敏感方向上与基准圆柱面a接触;四是控制和数据处理装置：它主要包括信号处理器15，电子计算机16及其输出设备17，在对上述辅助装置制造调试时，把齿形误差传感器装置和角位移传感器装置的系统误差通过固定零点方法测出并存入电子计算机16内。测量时，被测齿轮12回转，同时由线感应同步器1、2检出齿形测头4的移动距离X，由圆感应同步器7、8检出被测齿轮12的转角，由电感测头11检出基准面a、b在与电感测头11接触点上的轴向串动量△Z和沿齿形测头4运动方向的径向跳动量△X，控制和数据处理装置自动同步检出上述三路信号，经过信号处理，存入电子计算机16内，由计算机16根据予先存储的辅助装置的系统误差和测量中输入的数据，作出动、静态补偿并计算出实际齿形误差来。

作为本发明的进一步特征，在回转误差传感器装置中，若被测齿轮上有基准圆柱面a和基准端面b，则直接利用（如图1）;若没有，则将具有基准圆柱面a和基准端面b的圆环31装在被测齿轮12上或机床主轴上或与机床主轴同轴线安装的芯轴32（如图2）。对角位移传感器装置，若被测齿轮芯轴直径不太大，可将角位移传感器装置安装在齿轮芯轴上;对直径较大的轴齿轮，角位移传感器装置可装在特制的顶尖22上，齿轮12通过拨杆21带动角位移传感器运动件7转动（参考图1）;对齿圈齿轮，可将角位移传感器装置安装在与机床工作台同轴的芯轴32上（参考图2）;上述办法无法实现时，可将被测齿轮的角位移通过无滑动钢带52传到安装在特制的、与机床主轴平行的转动轴53上（参考图3），将角位移传感器装置装在转轴53上;若机床主轴的角位移可以引出，可将机床主轴的角运动通过精密联轴节40引到与主轴同轴线的传动轴42上，将角位移传感器装置装在该传动轴42上（参考图4）。对于齿形传感器装置和角位移传感器装置的系统误差的补偿可采用固定零点方法通过电子计算机来实现。齿形传感器可以采用线感应同步器、长光栅或磁尺;角位移传感器可以采用圆感应同步器、圆光栅或磁鼓;回转误差传感器可以采用电感测头或电容传感器。

Claims (31)

1、一种在齿轮加工机床上就地测量齿轮齿形的方法，该方法包含：

（1）在齿轮加工机床上附加：

一个齿形传感器装置，使齿形测头沿被测齿轮基圆切线方向移动，用于测量齿形测头的位移量X;

一个角位移传感器装置，用于测量上述被测齿轮的回转角θ;

一个回转误差传感器装置，用于测量上述被测齿轮回转时的轴向窜动量△Z和齿形测量误差敏感方向上的径向跳动量△X，用于补偿上述机床的动态回转误差;

一个控制和数据处理装置，用于计算齿形误差;

（2）予先在上述控制和数据处理装置中存储上述齿形和角位移传感器装置的系统误差，用于补偿其静态误差;

（3）转动上述被测齿轮，带动上述齿形测头运动，检出上述X，θ，△Z、△X各信号，送入上述控制和数据处理装置，根据予先存储的上述系统误差，进行静态和动态误差补偿，然后计算出被测齿轮的齿形误差。

2、按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于回转误差传感器装置通过测量安装在被测齿轮上的基准端面和基准圆柱面得出被测齿轮在回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X。

3、按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于回转误差传感器装置通过测量安装在被测齿轮上的有基准端面和有基准圆柱面的圆环得出被测齿轮在回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X。

4、按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于回转误差传感器装置通过测量安装被测齿轮的机床主轴上的基准端面和基准圆柱面得出被测齿轮在回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X。

5、按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于回转误差传感器装置通过测量安装在装有被测齿轮的机床主轴上的有基准端面和基准圆柱面的圆环得出被测齿轮回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X。

6、按照权利要求1所述的测量方法，其特征在于上述回转误差传感器装置通过测量安装在与装有被测齿轮的机床主轴同轴的芯轴上的有基准端面和基准圆柱面的圆环得出被测齿轮在回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X。

7、一种按照权利要求1所述测量齿轮齿形方法的专用设备，它包含：

（1）齿形传感器装置，它附加安装在上述齿轮加工机床上，它由直线滚动导轨〔2〕、〔3〕、〔14〕、可沿该导轨作平行移动的齿形测头〔4〕、测量齿形测头的位移量X的直线位移传感器〔1〕、〔2〕及底座〔5〕组成;测得的上述位移量X送入控制及数据处理装置〔15〕〔16〕〔17〕;

（2）角位移传感器装置，它附加安装在与被测齿轮同一轴线上，它包含角位移传感器固定件〔8〕、角位移传感器运动件〔7〕及精密轴承〔6〕;上述角位移传感器运动件〔7〕和固定件〔8〕中任何一件安装成与被测齿轮同步回转，通过上述运动件〔7〕与固定件〔8〕之间的相对运动，测出被测齿轮的转角θ，并送入控制与数据处理装置〔15〕、〔16〕〔17〕;

（3）回转误差传感器装置，它安装在齿轮加工机床上，它包含至少两个直线位移传感器〔11〕，测得被测齿轮回转时的轴向窜动量△Z和径向跳动量△X送入控制与数据处理装置〔15〕、〔16〕、〔17〕;

（4）控制和数据处理装置，它包含信号处理器〔15〕、电子计算机〔16〕及其输出设备〔17〕。

8、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置附加安装在被测齿轮芯轴上。

9、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置附加安装在位于被测齿轮轴线位置的芯轴〔32〕上。

10、按权利要求7所述的测量齿轮齿形专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置附加安装在特制的顶尖〔22〕上。

11、按权利要求7所述的测量齿轮齿形专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置附加安装在用精密联轴节〔40〕从机床主轴引出的传动轴〔42〕上。

12、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置附加安装在与被测齿轮平行的轴线上。

13、按权利要求12所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器装置安装在附加的与齿轮加工机床主轴平行的转轴〔53〕上，通过无滑动钢带〔52〕将被测齿轮的角运动传递给上述角位移传感器装置。

14、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的用于测量齿形的直线位移传感器〔1〕、〔2〕是一种线感应同步器。

15、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的用于齿形传感器的直线位移传感器〔1〕、〔2〕是一种长光栅。

16、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的用于齿形传感器的直线位移传感器〔1〕、〔2〕其特征是一种磁尺。

17、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器是一种圆感应同步器。

18、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的角位移传感器是一种圆光栅。

19、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的用于测量回转误差的线位移传感器〔11〕是一种电感测头。

20、按权利要求7所述的测量齿轮齿形的专用设备，其特征在于上述的用于测量回转误差的直线位移传感器〔11〕是一种电容传感器。