一種齒輪測量中心的直角校準塊布局方法、坐標標定方法和坐標調整方法技術

一種齒輪測量中心的直角校準塊布局方法、坐標標定方法和坐標調整方法，該布局方法是將直角校準塊布局固定安裝在非回轉軸臺上的測量行程之外的某一位置，再利用基準樣板與直角校準塊建立間接的齒輪測量中心的坐標標定方法，該坐標標定方法為：1)、初步確定直角校準塊在回轉中心的位置坐標；2)、確定測頭在回轉中心的位置坐標，3)、精確直角校準塊在回轉中心的位置坐標。本發明專利技術解決傳統齒輪測量系統中坐標標定程序繁瑣、精度低、計算方法復雜、對測頭定位安裝位置要求高等難題，精確確定直角校準塊在相對回轉中心為零點的切向X軸、徑向Y軸和垂直方向Z軸的位置坐標，進而確定測頭球心相對測量系統的位置坐標。

【技術實現步驟摘要】
一種齒輪測量中心的直角校準塊布局方法、坐標標定方法和坐標調整方法
本專利技術屬于齒輪精度測量
，具體涉及一種齒輪測量中心的直角校準塊布局方法、坐標標定方法和坐標調整方法。
技術介紹
應用于齒輪測量的電子展成式齒輪量儀，即齒輪測量中心是由一個回轉軸Φ和三個直線軸(切向X軸，徑向Y軸和垂直方向Z軸)組成的四坐標軸測量系統，如圖1所示。與通用的三坐標坐標測量機不同的是，齒輪測量中心除增加一個回轉Φ軸、增加上下中心頂尖布局外，用于拾取測量誤差的測頭也由三坐標的“觸發式”測頭更換成“測微式”測頭。由此，齒輪測量中心更適合回轉類工件的測量，同時，也更適合連續空間曲線誤差的測量。齒輪測量中心能夠根據測量誤差項目的不同，由軟件控制實現X、Y、Z軸方向及回轉Φ軸之間的多軸聯動。如圖1所示。使用時通過X、Y、Z軸及回轉軸Φ軸之間按照所需要測量的軌跡進行比例運動精確的運動控制，同時，采集工件測量位置的坐標數據及測微式測量測頭的測量誤差數據，通過數學算法求解工件表面的誤差，達到多項誤差參數的測量。在儀器進行測量工作之前，首先必需解決的問題是要建立儀器的坐標系統，實現齒輪測量中心精確測量的前提條件就是建立測頭中心與儀器回轉中心的坐標關系，建立儀器測量坐標系，是保證測量結果的精度以及準確度的關鍵步驟。也即儀器的“坐標標定”過程。鑒于此，目前測量中心普遍使用的坐標標定方法可以分為兩大類：1.利用特殊元件直接標定法(1)標準芯軸標定法：將一已知直徑的標準芯軸裝夾在回轉軸臺與上頂尖上，然后通過測頭接觸測量芯軸上多點位置，得到芯軸上一系列點的位置坐標值，利用最小二乘圓擬合等方法可計算得到測頭測球中心的坐標與芯軸的圓心(即為儀器回轉中心)位置坐標關系，完成坐標系的建立。(2)浮動標準球法：將一個帶磁性底座支撐的“標準球”安裝在齒輪測量中心的回轉軸臺上的某一位置上，通過測頭與標準球接觸，采集到標準球球面上的點，運用最小二乘圓擬合的方法求出標準球球心的坐標位置1，然后將回轉軸臺旋轉一定角度，利用相同的方法求得該標準球球心的坐標位置2，通過標準球位置與回轉中心直線距離的不變性和兩個相對位置值確定標準球與回轉中心的相對位置。該方法利用儀器的主軸回轉圓光柵及所測量的球的位置，經過計算，可以確定測頭中心相對于儀器坐標，完成坐標標定，該方法還適用于大型齒輪量儀的特殊情況，不要求測頭行程必須達到回轉中心的位置，也可以實現坐標標定。(3)樣板標定法：將標準漸開線樣板裝夾在回轉軸臺上，通過測頭接觸漸開線樣板一側，首先得到漸開線上接觸點的絕對坐標(r1，q1)，然后將回轉軸轉過一定角度，采集漸開線樣板與測球的另一接觸點絕對坐標(r2，q2)，重復上述步驟可獲得漸開線樣板的一系列接觸點的絕對坐標點(ri，qi)，i＝1,2,3,....n。假設回轉中心坐標為r0，漸開線起點對應的回轉角為q0，構造漸開線方程：將(ri，qi)代入上式可計算得到回轉中心坐標r0，起始回轉角q0。其中最具代表性的要屬德國的克林貝格齒輪測量中心，它采用浮動標準球標定的方式，將帶有磁鐵底座的標準球固定安裝在回轉軸臺上，然后通過測頭與標準球接觸，將采集到標準球球面上的點運用最小二乘法擬合出標準球球心的坐標，然后通過空間矢量運算確定測量坐標原點的位置。通過坐標轉換法，將測球球心在機器坐標系統中的位置轉換到測量坐標系，實現了對測頭球心位置的標定。標定完畢后，需要將標準球取下，否則會影響測量?！爸苯訕硕ā狈ㄗ畲蟮娜秉c是在每次儀器開機后都需要利用特殊元件對儀器進行標定，另一種情況是在儀器使用過程中，如果需要更換測頭或者發生測頭碰撞測頭定位位置改變后，也需要重新進行標定，操作較為麻煩，特別是對大型齒輪量儀，工件往儀器上安裝、調整都比較費時，而為了儀器標定，還需要卸下工件，標定完成后重新進行工件安裝、調整，會給儀器測量帶來很大的不方便。為解決該問題，國外量儀不得不采用建立“測頭庫”的辦法，在儀器使用之前，逐個對各種測頭進行單獨標定，測頭在整個齒輪測量中心坐標系的坐標位置會自動存儲至建立的數據庫中，建立測頭數據庫數據，這樣解決了每次儀器開機或者更換測頭后，直接調用測頭庫數據，進行測量，避免反復拆卸工件進行儀器標定的繁瑣。但是該方法對測頭的安裝定位要求極高，必須保證每次更換完測頭，測頭的球心位置不能有任何變化，對測頭定位工藝要求嚴格，如果發生測頭碰撞，測頭球心位置發生變化，也不易及時發現，而測頭球心位置發生變化無疑會帶來測量誤差，并且建立測頭數據庫的成本很高，額外增加儀器動作，并不是很好的辦法。而對于目前國內齒輪測量中心測頭大部分采用的TESA電感式測微傳感器作為齒輪測量中心的測頭核心部件，該傳感器具有自動測量換向、微測力、反映靈敏、使用維修方便等多項特點，但是由于該傳感器本身為實現測頭保護，在各個方向都有機械旋轉保護機構，測頭中心位置更難于固定，只要更換測頭或者再次重新安裝更換測針，或者測量過程中對測頭的輕微碰撞，測頭相對于整個齒輪測量中心坐標系的坐標就會有改變，所以采用“直接標定”法并不適用于目前國內齒輪測量中心坐標標定，建立“測頭庫”更是得不償失之舉。2.利用儀器固定屬性的第三方基準間接標定法固定球/塊規標定法：將一個標準球/塊規固定安裝在齒輪測量中心的非回轉軸臺上的某一固定位置上(即該位置不能在回轉軸臺上)，在儀器制造過程中，通過塊規等測量方法精確計量出該標準球球心/塊規與回轉中心的相對精確位置值，并將此作為齒輪測量中心的固定機械屬性。工作測量前，通過測頭接觸測量標準球/塊規，計算得到校準球/塊規的相對于測頭的位置，從而可以快速方便得到測頭相對于回轉中心的相對位置。該方法涉及儀器結構布局中該固定屬性的設定方式，應與整個儀器使用測量過程的結合，難點是在儀器制造過程中確定該固定屬性的固定球/塊規到儀器回轉中心的坐標確定，確定固定球/塊規到儀器回轉中心實現高精度數據測量很難實現，從而對坐標標定造成額外的誤差。
技術實現思路
本專利技術為克服上述缺陷，提供了一種齒輪測量中心的直角校準塊布局方法、坐標標定方法和坐標調整方法，其目的是為了解決傳統齒輪測量系統中坐標標定程序繁瑣、精度低、計算方法復雜、對測頭定位安裝位置要求高等難題，采用在非回轉軸臺上的測量行程之外的某一位置安裝直角校準塊，進而提供了一種利用漸開線誤差特性進行齒輪測量中心坐標標定的方法。本專利技術的齒輪測量中心中直角校準塊的布局方法，采用的技術方案在于：將直角校準塊固定安裝在齒輪測量中心的基座上的測量行程之外的位置，將齒輪測量中心的切向坐標軸導軌行程采用前后非對稱布局?；谏鲜鲋苯切蕢K的布局方法進行的齒輪測量中心的坐標標定方法，采用的技術方案在于：利用基準樣板與直角校準塊建立間接的齒輪測量中心的坐標標定方法。本專利技術的利用漸開線誤差特性進行齒輪測量中心坐標標定的方法，的所采用的技術方案在于：1)、初步確定直角校準塊在回轉中心的位置坐標，將齒輪測量中心進行系統復位，系統復位完成后，將測頭沿切向導軌X軸移動至回轉中心為零點的位置，然后使測頭沿徑向Y軸運動，移動至對準回轉軸臺下頂尖，所得切向、徑向和垂直方向光柵值為x0、y0、z0，再使測頭沿徑向Y軸后退，沿切向導軌X軸向直角校準塊側面A運動，當測頭壓表量為e＝200μm時，測頭停止靠近運動，得到切本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種齒輪測量中心中直角校準塊的布局方法，其特征在于：將直角校準塊固定安裝在齒輪測量中心的基座上的測量行程之外的位置，將齒輪測量中心的切向坐標軸導軌行程采用前后非對稱布局。

【技術特征摘要】
1.一種齒輪測量中心中直角校準塊的布局方法，其特征在于：將直角校準塊固定安裝在齒輪測量中心的基座上的測量行程之外的位置，將齒輪測量中心的切向坐標軸導軌行程采用前后非對稱布局。2.一種基于權利要求1所述的直角校準塊的布局方法進行的齒輪測量中心的坐標標定方法，其特征在于：利用基準樣板與直角校準塊建立間接的齒輪測量中心的坐標標定方法。3.一種利用漸開線誤差特性進行權利要求2所述的齒輪測量中心坐標標定的方法，其特征在于包括以下步驟：1)、初步確定直角校準塊在回轉中心的位置坐標，將齒輪測量中心進行系統復位，系統復位完成后，將測頭沿切向導軌X軸移動至回轉中心為零點的位置，然后使測頭沿徑向Y軸運動，移動至對準回轉軸臺下頂尖，所得切向、徑向和垂直方向光柵值為x0、y0、z0，再使測頭沿徑向Y軸后退，沿切向導軌X軸向直角校準塊側面A運動，當測頭壓表量為e＝200μm時，測頭停止靠近運動，得到切向光柵值x1，之后使測頭沿著直角校準塊側面A移動至脫離直角校準塊棱邊B，得到垂直方向光柵值z1，測頭貼著直角校準塊側面A垂直向下移動設定距離后，沿徑向正方向運動，直到脫離直角標準塊棱邊C，得到徑向光柵值y1，粗略確定直角校準塊側面A相對回轉中心為零點的位置坐標(x1-x0-e，y1-y0，z1-z0)；2)、確定測頭在回轉中心的位置坐標，首先進行測頭標定，重復上述步驟1)，使測頭貼著直角校準塊側面A的動作，所得測頭球心的切向、徑向和垂直方向光柵值分別為x、y、z，由于測頭切向存在壓表量e，故測頭球心相對回轉中心的坐標值為(x-e，y，z)，然后與步驟1)確定的直角校準塊位置坐標(x1-x0-e，y1-y0，z1-z0)比較，可得兩者之間的切向、徑向以及垂直方向的坐標差值，將此差值補償到測頭在回轉中心的切向、徑向以及垂直方向的坐標值，使得此時的測頭切向、徑向以及垂直方向的坐標值等于步驟1)確定的直角校準塊在回轉中心的切向、徑向以及垂直方向的坐標值，既而確定了測頭在回轉中心的坐標位置；3)、精確直角校準塊在回轉中心的位置坐標，利用基準樣板的反調功能，首先將基準樣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張紅梅，周廣才，
申請(專利權)人：哈爾濱精達測量儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23