[发明专利]一种齿轮测量中心测量不确定度评定方法

说明书

本发明涉及一种齿轮测量中心测量不确定度评定方法。首先，建立了齿轮测量中心的坐标系，并根据该坐标系分别构建了直线轴定位误差和回转轴定位误差模型、测头位姿误差模型、工件位姿误差模型和工件安装误差模型；然后，将误差模型映射至虚拟齿轮测量中心(VGMC)，并通过对高精度的虚拟工件测量模型实施虚拟测量，经过采样获取实际测量点坐标，以评价算法得到一系列被测量的值Y_i＝(y₁，…，y_m)；最后，使用蒙特卡洛法对几何误差的误差分布进行多次模拟，以获得一系列Y值(Y₁，…，Y_N)，并通过统计分析获取测量任务的测量不确定度U(y)，最终得到测量报告y±U(y)。该方法具有简单、通用性好的优势，并且建立的误差模型更接近实际，评定结果更为准确。

技术领域

本发明涉及齿轮测量领域，具体涉及一种齿轮测量中心测量不确定度评定方法。

背景技术

齿轮测量中心是齿轮、刀具等回转体零件测量的主要测量仪器，具有测量功能丰富、测量精度高、测量效率高等优点，广泛应用于机械制造、汽车、船舶、航空航天等领域。《测量不确定度表示指南》(GUM)指出，完整的测量结果必须包含测量不确定度。由于齿轮测量中心结构的复杂性和功能的多样性，其测量结果受到机械结构的几何误差、测头探测误差、工件的安装误差等多种因素的影响，很难对齿轮测量中心测量任务的测量不确定度进行评定。目前商用的齿轮测量中心在应用时，通常只给出被测参量的估计值，不能直接获取估计值的测量不确定度，因此如何准确、方便、可靠地评定齿轮测量面向测量任务的测量不确定度是齿轮测量领域的难点问题。

目前，采用计算机仿真法进行测量不确定度评定研究是热点，而核心是建立测量模型和误差传递模型。德国联邦物理技术研究院(PTB)提出的虚拟坐标测量机(VCMM)、布鲁内尔大学提出的高级VCMM(AVCMM)直接针对实际测量获得的工件被测表面数据，利用几何误差模型和测头探测误差模型评估测量结果的测量不确定度。该模型未对实际测量过程进行建模，将所获得的一次测量数据作为理论数据，存在一定的偏差。日本京都大学提出的虚拟齿轮测量仪(VGC)的测量过程模型为齿轮被测曲面和测球表面的理论接触方程，并建立了几何误差、工件安装偏心误差、传感器误差的误差模型，评估了齿轮齿廓和齿向的测量不确定度。该模型针对不同类型的被测工件需要建立不同的理论接触方程，不具备通用性。石照耀等人提出了基于蒙特卡洛的CMM评定齿轮齿廓的测量不确定度评定方法，针对齿轮齿廓的理论坐标点进行叠加CMM几何误差，基于蒙特卡洛产生大量含误差的坐标点，通过齿廓偏差计算，统计获得齿廓测量不确定度。

上述方法建立的不确定度模型未对齿轮测量中心实际测量中的数据采集过程进行建模，其误差传递模型与实际情况的逼近程度无法评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种齿轮测量中心测量不确定度评定方法，解决齿轮测量中心的特定测量任务的测量不确定度评定问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种齿轮测量中心测量不确定度评定方法，包括如下步骤：

S1:建立齿轮测量中心的机器坐标系、各轴运动部件的固定坐标系和运动坐标系、几何误差的测量坐标系；

S2:在S1的基础上，建立齿轮测量中心直线轴定位误差模型和回转轴定位误差模型；

S3:建立测头位姿误差模型；

S4:建立工件位姿误差模型；

S5:建立基于上下顶尖的工件安装误差模型；

S6:将S2至S5建立的误差模型映射至虚拟齿轮测量中心(VGMC)；

S7:基于蒙特卡洛方法建立基于VGMC的测量不确定度评定模型；