[發明專利]一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法

在審

• 申請號: 202310003928.4
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN115979170A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 丁建軍;盧光超;孫林;金雨生;逄增江;曹永剛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;青島雷頓數控測量設備有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00;G06F30/20;G06F17/11
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于觸發式測頭測量原理得到直齒面齒輪齒面測量的網格點與測量路徑；根據直齒面齒輪齒面曲率小的特點得到均布測點；根據機床X、Y軸運動誤差的特點得到最優方螺旋型的測量路徑；

2)結合步驟1)中最優方螺旋型的測量路徑，得到測量時的測頭延時誤差、測頭測量誤差以及測量坐標誤差；基于測頭的測量原理得到測頭三角形誤差模型，最后整合標定得到總誤差，從而得到補償后的精確測量點坐標；

3)測量完成后，根據面齒輪的工藝參數與檢測項目，基于面齒輪插齒漸開線加工原理、非均勻有理B樣條即NURBS曲面插值方法，進行了直齒面齒輪的曲面重構，用以得到光滑的齒面模型，將該模型用于誤差評價；基于漸開線圓柱齒輪的精度等級水平以及誤差評價算法，得到直齒面齒輪齒面偏差的誤差與精度評價算法；以整個面齒輪齒面與理論輪廓的偏差作為齒面偏差，通過計算出齒面測量點實際位置與理論法向位置方向上的偏差來得到齒面的誤差曲面，并進行精度等級評價。

2.根據權利要求1所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，步驟1)的具體實現方法為：

201)基于直齒面齒輪齒面曲率較小的特點，設置均布離散的點陣式網格點，采用X、Y、Z三個直線軸聯動測量，提出“逼近-觸發-回退”幾個測量階段，各對應相應的位置；

202)基于螺旋型、S型和H型三種不同齒面測量路徑規劃對于齒面測量的優缺點，得到方螺旋型測量軌跡，作為最優測量軌跡。

3.根據權利要求1所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，步驟2)中，基于觸發式測頭的三個接觸副的觸發特性，即測頭內部由三個相隔120°的接觸副構成的串聯電回路，不同受力方向會有不同的測量誤差，得到測頭誤差三角形模型，即測頭在測量不同矢量方向時會產生不同的測頭誤差，并總體呈現三角形狀。

4.根據權利要求3所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，三角形誤差模型還包括了測頭采集數據的延時誤差，大小與硬件設備和運動速度有關，且各矢量方向大小相同。

5.根據權利要求4所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，由于測量所得數據為工件坐標系下的結果，因此要進行坐標系變換用以補償坐標系不同帶來的系統誤差。

6.根據權利要求1所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，步驟3)中，依據面齒輪插齒加工原理，推導了面齒輪齒面數學模型，得到漸開線插齒刀具方程，從而推導出面齒輪的齒面方程，實現對齒面測量要素理論坐標的求解；首先建立插齒刀具與面齒輪的坐標系，通過漸開線直齒圓柱齒輪齒面數學模型，得到刀具齒面方程為：

推導出面齒輪齒面方程為：

其中，r_bs為對應刀具齒廓的基圓半徑；θ_0s為齒槽對稱線到起始點的角度參數；θ_s為刀具漸開線上一點對應的角度；u_s為當前點的軸向坐標；m為插齒刀具模數；f為結合齒輪嚙合原理的特定參數方程；

最后結合法向方程求得實際數據坐標點。

7.根據權利要求6所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，步驟3)中，基于非均勻有理B樣條即NURBS曲面插值得到直齒面齒輪齒面重構，根據理論點采用插值方法來計算NURBS曲面，實現對面齒輪左、右齒面以及過渡曲面的曲面重構，用以將實際測量位置與理論位置一一對應起來；首先建立NURBS曲面表達式為：

其中，P_i,j為控制頂點；w_i,j為權因子；N_i,p(u),N_i,q(v)分別為節點矢量U和V的基函數；

取面齒輪齒面15*7的離散數據點，依據上文進行三次NURBS曲面重構，得到平滑重構曲面。

8.根據權利要求7所述的一種直齒面齒輪參數在機測量與誤差補償方法，其特征在于，步驟3)中，基于漸開線圓柱齒輪的精度等級水平以及誤差評價算法，得到出直接以整個面齒輪齒面與理論輪廓的偏差作為齒面偏差；

其中，計算齒面中點的旋轉角度為φ，將齒面實際測量數據旋轉角度φ得到變換后數據，計算如下：

其中，利用分割逼近法計算旋轉后的齒面測量數據到理論齒面的最短距離，建立齒面拓撲誤差。