[发明专利]一种基于激光位移传感器的齿轮测量装置及齿轮测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮的齿轮检测技术领域，特别涉及一种基于激光位移传感器的齿轮测量装置及齿轮测量方法。

背景技术

齿轮测量技术可以分为接触式测量和非接触式测量两大类，目前广泛使用的是通过触发式或扫描式传感测头与几何形体表面接触而记录形体表面点的三维坐标位置的接触式测量方法，这种方法的测量速度慢、操作也比较繁琐。测量齿轮时测头与被测面接触，齿轮旋转时测头沿齿廓轨迹运动。此种方法有接触测头半径较大带来的横向分辨率问题，而且需要提前规划测头运动路径。广泛使用的接触式测量能够有效的对直齿轮，斜齿轮等进行测量，但是无法测量渐开线弧齿圆柱齿轮。接触式测量在应对一般齿轮时，接触的齿面是平面，法向量方向是固定的，因此较容易通过测头中心位置、半径与法向量计算出测点的实际位置。当接触式测头测量弧齿圆柱齿轮时，接触齿面是曲面，接触点的法向量是不断变化的，因为测头体积的存在使得理论接触点与实际接触点存在差异，要对测头位置进行补偿有一定的困难且耗费大量计算。由于以上不足使得现有的齿轮测量装置难以测量圆锥齿轮和弧齿圆柱齿轮等齿面形状复杂的零件。

激光位移传感器通常使用激光三角法测量位移数据，激光三角法在测量过程中采用激光光源作为测量的光源，激光器的轴线、成像物镜的光轴以及CCD线阵，三者位于同一个平面内，将一个理想的光斑投射在被测表面上。该光斑将随其投射点位置的深、高度坐标变化而沿着激光器的轴向作同样距离的位移。光斑同时又通过物镜成像在CCD线阵上，且成像位置与光斑的深度，位置有唯一的对应关系，如图。测出CCD线阵上所成实像的中心位置，即可通过光斑与其在CCD线阵上所成像点的位置几何光学关系求出光斑的高度坐标，从而得到被测表面该点处的深度参数。

发明内容

本发明针对现有的齿轮测量技术存在的问题，提供一种基于激光位移传感器的齿轮测量装置及齿轮测量方法，以避免接触式测量中触头形状影响而造成的测量不便和测量精度不高的问题。

本发明首先提供的一种基于激光位移传感器的齿轮测量装置，包括工作台,所述工作台上设有工件回转台和带有可旋转测量头的三坐标平移装置,所述工件回转台上垂直设有标零转轴，所述三坐标平移装置包括固定在工作台上的X轴导轨，所述X轴导轨上滑动设有Y轴导轨，所述Y轴导轨上滑动设有Z轴导轨，所述Z轴导轨上滑动设有滑架，所述滑架上设有可旋转的激光位移传感器。

本发明的齿轮测量装置，采用激光位移传感器进行被测齿廓上各测量点坐标位置的采集，相比接触工测量的触头测量，具有测量精度高，测量是无需进行测头运动路径的规划，简化测量过程的优点。

作为本发明测量装置的进一步改进，所述滑架上设有分度盘，所述激光位移传感器设置在分度盘上随分度盘同步转动。本发明的测量装置，将激光位移传感器安装在分度盘，增加了激光位移传感器的调节角度的自由度，可以方便不同节锥角锥齿轮的测量。

为便于实现测量头位置的移动调节，所述三坐标平移装置通过伺服电机驱动并通过控制器控制激光位移传感器沿工作台的X轴导轨或Y轴导轨或Z轴导轨移动，所述回转工作台底部设有回转驱动装置。

本发明还提供一种采用上述基于激光位移传感器的齿轮测量装置的齿轮测量方法，包括如下步骤：

（1） 通过伺服电机驱动激光位移传感器沿X轴、Y轴导轨运动，并采集标零转轴外圆周的数据点，以标定被测齿轮坐标系中心轴的位置；

（2） 将被测齿轮平置在工件回转台上，并使被测齿轮的中心轴与标零转轴的中心重合，调节分度盘的角度，使激光位移传感器发射的激光束直射到被测齿轮的齿廓上，并沿激光束的投射方向驱动激光位移传感器的位置，使得被测齿轮的齿廓处于激光位移传感器量程内；

（3） 旋转工件回转台，激光位移传感器发射的激光束依次直射被测齿轮的齿廓上，采集激光束在被测齿廓上投射点相对被测量齿轮坐标系中心轴的位移数据并转化为极坐标；

（4） 将上步测得的齿廓的坐标点描述拟合，以判定被测齿廓的误差。

通过本发明的方法，可以实现包括直齿圆柱齿轮、锥齿轮及弧面齿轮的测量，测量过程中不需要提前规划测量头的运动路径，简单测量方法、并且提高齿轮测量精准度。