[发明专利]一种齿轮渐开线样板齿廓偏差的激光测量装置

说明书

本发明属于精密测试技术领域，涉及一种齿轮渐开线样板齿廓偏差的激光测量装置，包括：底座、导轨定位板、基圆盘定位挡板、纯滚动组件、导轨、镜组、连接桥、微位移传递装置、测头夹具、侧板、铜垫片、激光干涉仪、云台、连接轴和紧定螺钉。本发明整合了双滚轮‑导轨式展成机构和任意表面形位误差的激光测量测头装置，提供了测点位置的精确调整方法，将测点偏移导轨工作面的距离控制在±2μm；测头与导轨刚性连接，消除了振动或两者相对运动误差对测量的影响；提高了基圆盘的圆度和导轨的平面度，保证展成精度。该装置具有结构及操作简单、尺寸链短、无阿贝误差等优点，测量精度达到亚微米级，实现了1级齿轮渐开线样板齿廓偏差的高精度测量。

技术领域

本发明属于精密测试技术领域，涉及一种齿轮渐开线样板齿廓偏差的激光测量装置。

背景技术

齿轮渐开线样板作为校准渐开线测量仪器的标准器具，对齿轮样板和测量仪器的精度要求都十分苛刻。齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010将齿轮渐开线样板分为两个等级：1级和2级。其中1级为最高精度等级，1级样板必须对称或左右平衡，2级样板可不对称。国外没有关于齿轮渐开线样板的标准，能提供齿廓形状偏差为1级精度(即1μm)的中小型齿轮渐开线样板，但其展长不满足国内1级齿轮渐开线样板的要求。大连理工大学已经成功开发出了1级齿轮渐开线样板，并攻克了1级齿轮渐开线样板的测试技术难题，但测量不确定度仍然不满足1级齿轮渐开线样板齿廓形状偏差最大允许公差的1/3的要求，1级齿轮渐开线样板的精密测量依然任重道远。

目前市面上最常用也最具权威性的齿轮测量仪主要有三坐标测量机和齿轮测量中心。三坐标测量机和齿轮测量中心的工作原理是基于坐标法或电子展成法，测量精度高、速度快、功能强大，但尺寸链长、结构复杂、制造成本高，精度提升困难。大连理工大学王立鼎院士团队研制了双滚轮-导轨式齿轮渐开线样板测量与磨削装置，基于机械展成法设计，严格遵循渐开线展成原理，无原理性误差，德国和日本也采用该展成机构实现了渐开线的高精度测量，是国内外普遍认为展成精度最高的机构，但存在电感位移传感器的测量精度有限、测点位置精确调整困难等问题，齿轮渐开线样板齿廓偏差的测量精度仍有较大的提升空间。

对于双滚轮-导轨式渐开线测量仪器，测头应位于导轨平面内，但实际操作过程中很难将测头调整到理论位置，仪器结构设计时必须考虑到此因素。发明专利【CN200910303302.5】公开了一种展成法渐开线齿廓测量仪测量点精确定位方法，采用齿形角比较法与测量点偏差试值补偿法用于展成法量仪中测量点位置的精密调整，测点位置调整精度为±10μm。

激光测量技术因其非接触性、快速性、自动化、测量精度高等优点近年来广泛应用于齿轮测量领域。发明专利【ZL201810704461.5】公开了基于激光外差干涉的双基圆盘式齿轮渐开线样板测量系统，将激光外差干涉技术应用在双基圆盘式齿轮渐开线样板的测量中，激光分三束直接照射到两个基圆盘和齿轮渐开线样板上，从而实现高分辨率和动态实时的测量。该专利提供了一种高精度非接触式测量方法，但是对基圆盘和样板被测表面精度要求苛刻，也没有涉及测量点位置调整问题，且未提及装置。发明专利【CN108204791A】公开了一种六轴线激光齿轮测量装置，使用线激光测头，可以在一次测量中获取齿面上一条线的数据点云，提高了数据获取的速度，可以很好的应对锥齿轮或曲线齿轮等测量较为困难的齿轮。发明专利【CN107388989A】公开了一种齿轮测量中心的非接触式测量装置，利用光感测量省去了齿轮工装的步骤，使得齿轮测量结果更为精确。以上公开的齿轮测量仪器都采用了非接触式激光测量方法，但没有提及渐开线测量精度问题。