雙臂式齒輪測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及齒輪測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙臂式齒輪測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的、也是應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)型式，具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)。齒輪按大小分為微小齒輪、常規(guī)齒輪、大齒輪、特大型齒輪。約定俗成，直徑大于3000_的齒輪稱(chēng)為特大型齒輪。特大型齒輪主要用于一些關(guān)鍵的要害領(lǐng)域和影響全局的重要行業(yè)，如發(fā)電、機(jī)車(chē)、礦山機(jī)械、大型工程機(jī)械、大型船舶、鉆井平臺(tái)及火箭發(fā)射等，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防事業(yè)中起著十分重要的作用，具有不可替代性。
[0003]齒輪的精度對(duì)齒輪的噪聲和使用壽命有直接而嚴(yán)重的影響，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)X輪的精度有不同的要求，特別是在精密傳動(dòng)領(lǐng)域中，其對(duì)齒輪的精度有很高要求。為實(shí)現(xiàn)重大裝備的高性能高效率的傳動(dòng)以及高使用壽命，用戶對(duì)特大型齒輪的精度提出了越來(lái)越高的要求。當(dāng)前對(duì)于常規(guī)齒輪而言，現(xiàn)有齒輪檢測(cè)儀器完全滿足其測(cè)量需求。但對(duì)于特大齒輪測(cè)量要求而言，隨著齒輪的尺寸以及模數(shù)的不斷增加并達(dá)到超常規(guī)的程度，其精密測(cè)量技術(shù)與手段發(fā)生了從量變到質(zhì)變的突變，造成了特大型齒輪精密測(cè)量成為了世界性難題，一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效的測(cè)量。
[0004]造成特大齒輪測(cè)量困難的主要因素歸結(jié)如下:
[0005]齒輪尺寸大。如按常規(guī)的測(cè)量方法，隨著齒輪尺寸的增加，測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)、體積將相應(yīng)增大，給儀器制造和裝配帶來(lái)很大困難。齒輪測(cè)量的典型儀器包括齒輪測(cè)量中心與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，以齒輪測(cè)量中心為例，采用傳統(tǒng)的展成法測(cè)量特大型齒輪齒廓偏差，首先遇到的問(wèn)題是切向長(zhǎng)導(dǎo)軌的制造。對(duì)于模數(shù)30mm、齒數(shù)250、壓力角20度、外徑大于7m的直齒輪，為確保測(cè)量點(diǎn)在基圓切線上，測(cè)頭要從偏置位置開(kāi)始測(cè)量，按進(jìn)入圓方法計(jì)算偏置量為1391mm，加上齒廓展成長(zhǎng)度為782mm，考慮到左右齒廓，則切向?qū)к壍男谐桃笥?346mm，如果采用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量，首先需要將特大型齒輪放置到坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間內(nèi)，在此情況下坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的水平導(dǎo)軌至少要大于7m，這種高精度長(zhǎng)導(dǎo)軌的制造是非常困難的。
[0006]齒輪的測(cè)量基準(zhǔn)要求與其設(shè)計(jì)、制造基準(zhǔn)相一致。齒輪的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般為定位芯軸或內(nèi)孔，特大型齒輪尺寸較大，用常規(guī)測(cè)量?jī)x器找定位孔具有一定難度，造成齒輪測(cè)量基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)、制造基準(zhǔn)不統(tǒng)一，使得儀器的測(cè)量精度難以保證。
[0007]雙臂式齒輪測(cè)量裝置是在常規(guī)齒輪測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其中齒輪測(cè)量中心與大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是常規(guī)齒輪測(cè)量中心與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的放大版本，即測(cè)量多大的齒輪就制造相應(yīng)大小的測(cè)量?jī)x器，在測(cè)量方式上屬于“以大測(cè)大”，在測(cè)量技術(shù)上沒(méi)有突破。目前，世界上最大的齒輪測(cè)量中心是德國(guó)Wenzel公司的WGT4000齒輪測(cè)量中心，該儀器可測(cè)量4000mm大齒輪，最大承載重量可達(dá)30000kg。世界上最大的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是德國(guó)Leitz公司開(kāi)發(fā)的PMM-G大型三坐標(biāo)量機(jī)，它是一種龍門(mén)式機(jī)構(gòu)，測(cè)量范圍為7000mmX4000mmX3000mm，裝卸工件方便，測(cè)量精度高，可以測(cè)量齒輪種類(lèi)繁多，可測(cè)量最大齒輪直徑6000_，模數(shù)0.5-100mmo測(cè)量6000_大齒輪時(shí)，需要分段測(cè)量，最后統(tǒng)一進(jìn)行誤差評(píng)定。在常規(guī)齒輪測(cè)量中心的基礎(chǔ)上，德國(guó)Wenzel公司研制了一種新型的雙臂測(cè)量機(jī)-LAFD，其結(jié)構(gòu)新穎，具有兩個(gè)安裝在一個(gè)花崗巖底座上的雙測(cè)量臂。該儀器可以測(cè)量齒輪最大直徑可達(dá)6000mm，最大承載重量為45000kg。采用常規(guī)齒輪測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)特大型齒輪測(cè)量不可避免的面臨超常規(guī)尺寸與重量對(duì)儀器精度造成的影響，為保證雙臂式齒輪測(cè)量裝置的精度，隨著特大型齒輪的尺寸與重量不斷增加，儀器的成本與實(shí)現(xiàn)難度顯著增加，因此采用“以大測(cè)大”的常規(guī)齒輪測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)特大型齒輪測(cè)量是不可行的。
[0008]針對(duì)特大型齒輪精密測(cè)量，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了大量的研宄。上世紀(jì)70年代瑞士MAAG公司生產(chǎn)了 ES430齒廓測(cè)量?jī)x，但該類(lèi)儀器使用齒槽定位，該定位方式造成很大的定位誤差，最終對(duì)齒廓測(cè)量結(jié)果影響較大，現(xiàn)在企業(yè)已經(jīng)停止使用。最近幾年，國(guó)外研制了利用齒頂端面定位的齒廓測(cè)量?jī)x，但該類(lèi)儀器僅使用單齒局部齒頂端面定位，定位誤差較大，同時(shí)該儀器僅可測(cè)量齒廓偏差，存在較大局限性，目前仍處于實(shí)驗(yàn)研宄階段。德國(guó)國(guó)家物理研宄院(PTB)嘗試?yán)藐P(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量特大型齒輪，并對(duì)該方法開(kāi)展了一系列研宄。該方法需要手動(dòng)測(cè)量齒輪各特征線，同時(shí)針對(duì)不同模數(shù)與螺旋角的齒輪，需要加工不同的漸開(kāi)線標(biāo)尺和螺旋線標(biāo)尺，實(shí)際測(cè)量中將引入較大特征線定位誤差與人工隨機(jī)誤差，同時(shí)由于測(cè)量過(guò)程只能使用手動(dòng)測(cè)量，測(cè)量效率低下。國(guó)內(nèi)石照耀教授提出的特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量系統(tǒng)利用激光跟蹤儀與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的各自特點(diǎn)，使用激光跟蹤儀大空間測(cè)量能力定位特大型齒輪與三維測(cè)量平臺(tái)，以激光跟蹤儀坐標(biāo)系中介，實(shí)現(xiàn)特大型齒輪與三維測(cè)量平臺(tái)之間的定位，最后使用三維測(cè)量平臺(tái)按照常規(guī)齒輪測(cè)量方式實(shí)現(xiàn)特大型齒輪各項(xiàng)誤差測(cè)量。特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量系統(tǒng)使用激光跟蹤儀測(cè)量特大型齒輪工件坐標(biāo)系，由于大空間尺寸測(cè)量過(guò)程中對(duì)于單點(diǎn)測(cè)量精度不敏感，其定位精度高，可以實(shí)現(xiàn)特大型齒輪與三維測(cè)量平臺(tái)之間的精確定位。誤差項(xiàng)的檢測(cè)使用三維測(cè)量平臺(tái)，其測(cè)量精度完全滿足特大型齒輪的測(cè)量要求。特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在位測(cè)量與離位測(cè)量。特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量應(yīng)用于在位測(cè)量時(shí)，特大型齒輪固定于加工機(jī)床上，通過(guò)激光跟蹤儀測(cè)量特大型齒輪與三維測(cè)量平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量平臺(tái)與特大型齒輪之間的精確定位。該方法由于采用了激光跟蹤儀，儀器價(jià)格昂貴，同時(shí)由于激光跟蹤儀自身精度問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，限制了該類(lèi)儀器的推廣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種測(cè)量精度高、造價(jià)成本低的雙臂式齒輪測(cè)量
目.ο
[0010]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0011]一種雙臂式齒輪測(cè)量裝置，包括放置在被測(cè)齒輪上端面的基座，以及安裝于所述基座下方的三維測(cè)量單元，所述三維測(cè)量單元的數(shù)量為兩個(gè)，分別設(shè)于所述基座的前后兩端；其中一個(gè)三維測(cè)量單元放置在被測(cè)齒輪的內(nèi)側(cè)區(qū)域，另一個(gè)三維測(cè)量單元放置在被測(cè)齒輪的外側(cè)區(qū)域；在所述基座的下方還安裝有兩個(gè)插入被測(cè)齒輪齒槽的限位桿，所述兩個(gè)限位桿分別安裝在所述基座的左右兩側(cè)。
[0012]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述被測(cè)齒輪為內(nèi)齒輪，所述放置在被測(cè)齒輪內(nèi)側(cè)區(qū)域的三維測(cè)量單元的測(cè)頭朝向所述內(nèi)齒輪的齒面，所述放置在被測(cè)齒輪外側(cè)區(qū)域的三維測(cè)量單元的測(cè)頭朝向所述內(nèi)齒輪的外圓柱面。
[0013]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述被測(cè)齒輪為外齒輪，所述放置在被測(cè)齒輪內(nèi)側(cè)區(qū)域的三維測(cè)量單元的測(cè)頭朝向所述外齒輪的內(nèi)孔面，所述放置在被測(cè)齒輪外側(cè)區(qū)域的三維測(cè)量單元的測(cè)頭朝向所述外齒輪的齒面。
[0014]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，所述兩個(gè)限位桿卡在所述被測(cè)齒輪齒槽內(nèi)。
[0015]作為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，在所述限位桿的下端設(shè)有與被測(cè)齒輪齒面直接接觸的定位球。
[0016]本申請(qǐng)還提供了一種上述的雙臂式齒輪測(cè)量裝置的測(cè)量方法，將所述雙臂式齒輪測(cè)量裝置放置在齒輪上端面，設(shè)雙臂式齒輪測(cè)量裝置在齒輪上的初始位置為第一處轉(zhuǎn)位，測(cè)量第一處轉(zhuǎn)位的齒輪數(shù)據(jù)后，移動(dòng)雙臂式齒輪測(cè)量裝置，設(shè)移動(dòng)后的位置為第二處轉(zhuǎn)位，采集第二處轉(zhuǎn)位的齒輪數(shù)據(jù)，同時(shí)，雙臂式齒輪測(cè)量裝置在所述兩個(gè)轉(zhuǎn)位下，須對(duì)同一齒面進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)所述兩個(gè)轉(zhuǎn)位下同一齒面的測(cè)量，將所述兩個(gè)轉(zhuǎn)位下測(cè)得的齒輪數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，通過(guò)匹配算法找到兩個(gè)轉(zhuǎn)位所采集的齒輪數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，進(jìn)而將兩個(gè)轉(zhuǎn)位下所采集的齒輪數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一；之后，繼續(xù)按照上述方法將雙臂式齒輪測(cè)量裝置轉(zhuǎn)至其余轉(zhuǎn)位進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)利用相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)位下測(cè)得的同一齒面數(shù)據(jù)，對(duì)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)位所測(cè)得的齒輪數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，直至完成齒輪全范圍數(shù)據(jù)測(cè)量及統(tǒng)一評(píng)定。
[0017]雙臂式齒輪測(cè)量裝置在每一處轉(zhuǎn)位測(cè)得的齒輪數(shù)據(jù)為不同坐標(biāo)系下的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)位下同一齒面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行齒面匹配，通過(guò)匹配算法找到相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)位下所測(cè)得的坐標(biāo)系之間的關(guān)系，將每一處轉(zhuǎn)位測(cè)得的齒輪數(shù)據(jù)都統(tǒng)一至第一轉(zhuǎn)位下。該測(cè)量方法可稱(chēng)為:分段測(cè)量整體評(píng)定法。
[0018]本申請(qǐng)還另外提供一種雙臂式齒輪測(cè)量裝置的測(cè)量方法，將所述雙臂式齒輪測(cè)量裝置放置在齒輪上端面，測(cè)量雙臂式齒輪測(cè)量裝置所放位置對(duì)應(yīng)的齒輪區(qū)域的定位面與對(duì)應(yīng)齒的各項(xiàng)誤差，以上述區(qū)域?yàn)槎ㄎ换鶞?zhǔn)構(gòu)建齒輪工件坐標(biāo)系，在所述齒輪工件坐標(biāo)系下對(duì)該測(cè)量位的所測(cè)齒面各項(xiàng)誤差進(jìn)行評(píng)定。所述該測(cè)量位即雙臂式齒輪測(cè)量裝置此時(shí)所放位置。該方法可稱(chēng)為:局部定位局部評(píng)定法。
[0019]為更加清楚的描述本技術(shù)，再次將技術(shù)內(nèi)容詳述如下:
[0020]特大型齒輪在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其齒輪內(nèi)孔結(jié)構(gòu)不同。一部分特大型齒輪內(nèi)孔寬度較小，齒輪加工時(shí)以齒輪外圓柱面為加工基準(zhǔn)。另一部分特大型齒輪內(nèi)孔寬度較大，齒輪加工時(shí)以齒輪內(nèi)孔圓柱面為加工基準(zhǔn)。對(duì)于以內(nèi)孔或外圓柱面(內(nèi)齒輪)為加工基準(zhǔn)的特大型齒輪測(cè)量而言，齒輪測(cè)量中心與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由于其結(jié)構(gòu)造成制造特大型齒輪測(cè)量中心與大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)難度很大，造價(jià)高昂，當(dāng)前成熟的齒輪測(cè)量中心最大可測(cè)量直徑4000_的特大型齒輪，直徑超出4000_的特大型齒輪無(wú)法實(shí)現(xiàn)測(cè)量，大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)最大可測(cè)直徑6000mm的特大型齒輪，測(cè)量必須通過(guò)分段測(cè)量，測(cè)量結(jié)果無(wú)法整體評(píng)定。上述特大型齒輪測(cè)量設(shè)備價(jià)格過(guò)千萬(wàn)，使用不便，無(wú)法測(cè)量直徑超過(guò)6000mm的特大型齒輪。為解決特大型齒輪測(cè)量的技術(shù)難題。本實(shí)用新型采用雙水平懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。雙水平懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)即上面所述的雙臂式齒輪測(cè)量裝置，水平懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)即上面所述的三維測(cè)量單元(下同)。
[0021]采用該雙水平懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，測(cè)量特大型外齒輪時(shí)，一次可實(shí)現(xiàn)特大型齒輪的內(nèi)孔部分區(qū)域與部分齒的齒面測(cè)量。測(cè)量特大型內(nèi)齒輪時(shí)，一次可實(shí)現(xiàn)特大型齒輪的外圓柱部分區(qū)域與部分齒的齒面測(cè)量。該裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)特大型外齒輪測(cè)量，對(duì)于特大型內(nèi)齒輪而言，該裝置同樣可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
[0022]雙水平懸臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以采用兩種測(cè)量