[发明专利]一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法

说明书

一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，包括：1)基于触发式测头测量原理得到直齿面齿轮齿面测量的网格点与测量路径；根据直齿面齿轮齿面曲率小的特点得到均布测点；根据机床X、Y轴运动误差的特点得到最优方螺旋型的测量路径；2)结合最优方螺旋型的测量路径，得到测量时测头延时误差、测头测量误差以及测量坐标误差；基于测头的测量原理得到测头三角形误差模型，最后整合标定得到总误差，从而得到补偿后的精确测量点坐标；3)以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差，通过计算出齿面测量点实际位置与理论法向位置方向上的偏差来得到齿面的误差曲面，并进行精度等级评价。本发明解决了传统测量过程复杂、效率低和成本高等难题。

技术领域

本发明属于面齿轮测量领域，具体涉及一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法。

背景技术

在生产过程中的测量技术大多依赖于离线测量，在工业生产中，待工件加工完成后，再采用离线的测量技术进行检测。当待测工件较多时，由于每个工件都要经历装夹、定位等工序，极大地降低了生产效率。并且由于重复装夹与产生的误差，使得测量结果与加工表面难以收敛。对于高精度面齿轮的在机测量，一般的测量评价方法效率低，精度差，而且一致性难以得到保证。

发明内容

为了解决现有行业中高精度直齿面齿轮加工测量效率低、精度差的问题，提供了一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法。该方法介绍了面齿轮在机测量运动方法和数据分析评价方法，可以更加便捷精确地进行面齿轮加工精度的分析和评价，解决了传统测量过程复杂、效率低和成本高等难题，使加工测量一体化，提高了零件的生产效率，保证了产品的质量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种直齿面齿轮参数在机测量与误差补偿方法，包括以下步骤：

1)基于触发式测头测量原理得到直齿面齿轮齿面测量的网格点与测量路径；根据直齿面齿轮齿面曲率小的特点得到均布测点；根据机床X、Y轴运动误差的特点得到最优方螺旋型的测量路径；

2)结合步骤1)中最优方螺旋型的测量路径，得到测量时的测头延时误差、测头测量误差以及测量坐标误差；基于测头的测量原理得到测头三角形误差模型，最后整合标定得到总误差，从而得到补偿后的精确测量点坐标；

3)测量完成后，根据面齿轮的工艺参数与检测项目，基于面齿轮插齿渐开线加工原理、非均匀有理B样条即NURBS曲面插值方法，进行了直齿面齿轮的曲面重构，用以得到光滑的齿面模型，将该模型用于误差评价；基于渐开线圆柱齿轮的精度等级水平以及误差评价算法，得到直齿面齿轮齿面偏差的误差与精度评价算法；以整个面齿轮齿面与理论轮廓的偏差作为齿面偏差，通过计算出齿面测量点实际位置与理论法向位置方向上的偏差来得到齿面的误差曲面，并进行精度等级评价。

本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：

201)基于直齿面齿轮齿面曲率较小的特点，设置均布离散的点阵式网格点，采用X、Y、Z三个直线轴联动测量，提出“逼近-触发-回退”几个测量阶段，各对应相应的位置；

202)基于螺旋型、S型和H型三种不同齿面测量路径规划对于齿面测量的优缺点，得到方螺旋型测量轨迹，作为最优测量轨迹。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，基于触发式测头的三个接触副的触发特性，即测头内部由三个相隔120°的接触副构成的串联电回路，不同受力方向会有不同的测量误差，得到测头误差三角形模型，即测头在测量不同矢量方向时会产生不同的测头误差，并总体呈现三角形状。

本发明进一步的改进在于，三角形误差模型还包括了测头采集数据的延时误差，大小与硬件设备和运动速度有关，且各矢量方向大小相同。

本发明进一步的改进在于，由于测量所得数据为工件坐标系下的结果，因此要进行坐标系变换用以补偿坐标系不同带来的系统误差。