[发明专利]一种非接触激光精密检测圆柱齿轮齿廓径向偏心的方法

说明书

本发明一种非接触激光精密检测圆柱齿轮齿廓径向偏心的方法。根据激光位移传感器的量程、激光光线与齿廓法线夹角等因素建立数值优化模型，进而得到传感器的最佳安装位置和角度，避免了激光光斑被拉长和测量角过大而影响检测精度等问题。激光光线打在被测齿廓上，齿轮随着回转中心匀速旋转，继而测得齿轮单侧齿廓各被测点的数据。调整传感器的安装角度，同理即可测得齿轮另一侧齿廓上各被测点的数据。将传感器两个姿态下测得的数据融合，根据传感器与齿轮之间的几何关系进行处理：基于最小二乘线性回归，得到齿轮齿廓径向偏心量及初始偏心角度的计算初值；再利用雅可比梯度矩阵迭代循环逼近，求解得到齿轮齿廓径向偏心量及初始偏心角度的精确解。

技术领域

本发明属于圆柱齿轮齿廓径向偏心检测领域，尤其涉及一种非接触激光精密检测圆柱齿轮齿廓径向偏心的方法。

背景技术

齿轮被广泛应用于机械装置和工业设备中，是现代传动装置中关键的基础元件之一。随着当代工业技术的快速成长，齿轮的设计、制造以及检测水平一直是工程界关注的热门问题。齿轮的制造技术制约着工业机械装置的发展，是成为国家先进工业制造的关键基础技术。

在制造、安装和运行过程中，齿轮轴和齿轮避免不了出现弯曲变形和径向偏心(齿圈圆跳动)。齿轮偏心会造成机械结构的振动、噪声、磨损、疲劳和传动系统严重损坏。齿轮偏心体现在加工精度较高的齿廓工作面上，而齿顶和齿根加工精度低不能用来检测和评价齿轮偏心。常规齿轮偏心检测方法大多为接触式，常见的是齿间滚子卡位千分表测量和高精度无偏心配做标准齿轮啮合测量，前者检测时主要以人工读数、手工计算为主，时间长了容易疲劳，极易出错，工作又相当繁琐，费时费力；后者标准齿轮与被测齿轮必须参数严格一一对应，不同的被测齿轮需要更换不同的标准齿轮进行检测，成本高昂，而且由于是接触式测量，不可避免的会带来磨损问题从而影响测量精度。

综上所述，圆柱齿轮齿廓径向偏心检测技术的发展迫切需要一种普适、高效、低廉和精密的非接触激光精密检测齿轮齿廓径向偏心量检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触激光精密检测圆柱齿轮齿廓径向偏心的方法，可快速准确测试齿轮齿廓径向偏心。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

由于齿轮齿廓形状比较复杂，激光位移传感器发出的激光不能始终与齿轮齿廓面垂直。然而激光位移传感器发出的激光与齿轮齿廓面的角度对激光位移传感器的测量精度有很大的影响。为了保证激光位移传感器的测量精度，应该使激光位移传感器发出的激光与齿轮齿廓面的法线的夹角尽可能小，且要保证被测齿轮齿廓上各点到激光位移传感器的距离处于激光位移传感器的最佳量程范围。因此根据激光位移传感器的量程、激光光线与齿廓法线夹角、测量数据距量程中值的平均绝对值偏差、测量装置空间布局的紧凑度、测量装置的偏心适用度等因素对激光位移传感器的安装位置和安装角度进行优化设计，通过建立数值优化模型求解得到最佳的安装位置和安装角度。

根据数值优化模型求解得到的激光位移传感器最佳的安装位置和安装角度布置好激光位移传感器位置，控制电机使被测齿轮匀速转动，测得单侧齿廓上被测点到激光位移传感器的距离。调整激光位移传感器的角度，控制电机使被测齿轮再次匀速转动，即可测得另一侧齿廓上被测点到激光位移传感器的距离。

将激光位移传感器在两个姿态下测量得到的数据进行数据融合。根据激光位移传感器与被测齿轮之间的几何关系，对融合后的测量数据进行处理：利用最小二乘线性回归，得到被测齿轮齿廓径向偏心量及初始偏心角度的初值；再利用雅可比梯度矩阵迭代循环逼近，求解得到被测齿轮齿廓径向偏心量及初始偏心角度的精确解。