[发明专利]线阵测头及接触式直齿圆柱齿轮齿面点云的获取方法

说明书

本发明提供一种线阵测头及接触式直齿圆柱齿轮齿面点云的获取方法，以克服现有接触式方法采点效率低，光学式方法存在光路遮挡的问题。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：采用接触式测量和光学式测量相结合的方法，利用由接触式测针线阵、位移传递机构阵列以及线阵激光位移传感器构成的接触式线阵测头，将接触式测针线阵伸入齿槽中与齿面接触，接触式测针线阵中每个测针的位移通过与其相连接的位移传递机构传递至线阵激光位移传感器检测面中各自的单元平面，再通过线阵激光位移传感器对检测面中各单元平面的位移检测实现齿面点云的获取。可满足对齿面大量数据高效获取的需求，无需对不理想的待测表面进行预处理，并极大地简化了点云数据的处理过程。

技术领域

本发明涉及坐标测量机技术领域，具体涉及一种线阵测头及接触式直齿圆柱齿轮齿面点云的获取方法。

背景技术

在齿面测量数据的获取中，因为齿面位于齿槽这种半封闭区域中，其测量空间狭小，所以使用传统的扫描式或触发式测头逐点接触采集数据仍是高精度测量的主流方式。该测量方式的最大问题是数据采集速率较低，在基于少量特征点和特征线的测量方式中其测量效率尚可以接受，但是少量特征点和特征线属于整个齿面的小样本，无法客观全面的反映全齿面实际形貌，因此随着齿轮加工技术的发展，采用全齿面点云信息对齿轮进行测量评价的需求越来越迫切。但是在基于点云的测量方式中，传统单点逐点采集数据的方式无法适应齿面点云大量数据高效获取的要求，因此很多研究团队和学者为解决该问题都进行了大量的研究和探索，光三角法、阴影莫尔法、激光干涉法等各种典型的光学测量方法都可以见到应用于齿轮测量研究的文献。然而迄今为止，高效率高精度齿面点云获取问题仍未得到很好解决，这主要是因为轮齿与轮齿之间形成了半封闭空间，这种狭小的半封闭空间会对常用的光学测量方法的实施造成极大的困难，测量中的光路遮挡问题常常使测量过程无法正常进行，即使勉强完成测量过程，也会因光路角度不佳而无法达到测量精度要求。

发明内容

本发明要提供一种线阵测头及接触式直齿圆柱齿轮齿面点云的获取方法，以克服现有接触式方法采点效率低，光学式方法存在光路遮挡的问题。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

一种线阵测头，包括阵列组件和传感器，所述阵列组件由多个片状结构叠放组成，每个片状结构均由测针部和传递部组成，所述测针部由片状测针和其前端固连的测球组成，所述传递部由平动边、固定边和两条转动边组成一个中空的片状结构，所述平动边和固定边相对平行设置，平动边和固定边的两个端部分别通过柔性铰链与转动边联接；所述片状测针的后端与平动边的外侧固连，传递部上的一个转动边延伸出一个单元平面。

进一步的，将线阵测头伸入齿槽中，线阵测头前端的多个测球与齿面接触使测针发生位移，每个测针的位移传递至相连的传递部上的每个单元平面上，再通过线阵激光位移传感器对间隙叠置排列的单元平面端部共同构成的检测面的位移进行检测，实现齿面点云的获取。

进一步的，所述线阵测头通过测头基座安装于齿轮测量机直线轴滑架上实现测量运动，线阵测头从被测齿轮齿根到齿顶完成一次接触扫描定义为一个测量行程；在完成一个测量行程之后，如果一个测量行程之后采点密度未达到要求，沿齿面在垂直于扫描路径方向调整起始位置，重复执行该操作。

进一步的，所述线阵测头沿齿面在垂直于扫描路径方向进给相邻两个测针间距的二分之一，然后再次进行一个新的测量行程从而提高齿面点云的采集密度。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.统的单测针式测头相比数据采集速率大幅提高，本发明采用接触式测量和光学式测量相结合的方法实现直齿圆柱齿轮齿面点云的获取，可满足在利用全齿面点云信息对齿轮进行测量评价中对齿面大量数据高效获取的需求。