本發(fā)明屬于機械加工領(lǐng)域，具體涉及一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法。

背景技術(shù)：

機械加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基層作業(yè)，是先進(jìn)制造系統(tǒng)中最基本最活躍的環(huán)節(jié)，其能夠在低成本、高生產(chǎn)率的條件下保證產(chǎn)品的高質(zhì)量。機械加工的過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是機械加工在機測量技術(shù)，它能夠在完成對工件的加工后直接進(jìn)行對工件的測量，并實時反饋加工工件的加工質(zhì)量，在機測量技術(shù)不僅能夠減少二次裝夾帶來的裝夾誤差而且能都節(jié)省操作時間，從而提高測量效率。特別是在大批量生產(chǎn)條件下，先進(jìn)的在機測量技術(shù)意義更加重大，是保證質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的重要手段。

但是，現(xiàn)有的在機測量技術(shù)只能在完成待測齒輪的所有數(shù)據(jù)采集之后才能進(jìn)行擬合計算得到最終的擬合圖像。因此，現(xiàn)有的在機檢測技術(shù)沒有既視感，不能及時發(fā)現(xiàn)待測齒輪的加工質(zhì)量問題，而且還要浪費大量時間對齒輪進(jìn)行測量檢測。另外，現(xiàn)有的齒輪測量設(shè)備體積較大、測量方式條件有限、成本較高，使得大部分國內(nèi)機床不能配備在機測量系統(tǒng)，從而使得現(xiàn)有的在機測量技術(shù)不能準(zhǔn)確性的對測量擬合軟件進(jìn)行評價與優(yōu)化，最終制約了加工制造的一體化實現(xiàn)進(jìn)程，導(dǎo)致產(chǎn)品的制造過程變得緩慢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法。

本發(fā)明提供了一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置，設(shè)置在用于對齒輪進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)磨削及修形磨削加工的機床中，對標(biāo)準(zhǔn)磨削及修形磨削加工后的齒輪進(jìn)行在機測量，從而讓操作人員獲得齒輪的實時表面形貌狀態(tài)特征，其特征在于，包括：畫面存儲部，用于存儲參數(shù)設(shè)置畫面、項目設(shè)定畫面和齒形誤差曲線畫面；顯示輸入部，顯示參數(shù)設(shè)置畫面讓操作人員輸入齒輪基本參數(shù)，顯示項目設(shè)定畫面讓操作人員輸入測量所需的測量參數(shù)；控制數(shù)據(jù)測量部，包括接觸式的探頭和數(shù)據(jù)獲取單元，控制探頭對齒輪進(jìn)行接觸式測量，控制數(shù)據(jù)獲取單元獲取探頭的坐標(biāo)數(shù)據(jù)從而獲取齒輪的相應(yīng)數(shù)據(jù)；齒槽測量控制部，控制探頭對齒輪的相鄰齒進(jìn)行測量，從而得到齒槽數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)擬合部，對齒槽數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到相鄰齒的齒槽中心；代碼生成部，根據(jù)齒槽中心、輸入的齒輪基本參數(shù)和測量參數(shù)生成用于測量齒輪的g代碼；齒輪測量控制部，根據(jù)g代碼控制探頭從齒槽中心處起對齒輪進(jìn)行檢測，得到預(yù)定個測量點數(shù)據(jù)；圖形擬合部，對除第一個測量點數(shù)據(jù)以外的每個測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)的擬合誤差曲線圖形；圖形對比部，將每次擬合得到的擬合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，實時反映齒輪的表面形貌狀態(tài)特征，若齒輪的齒面存在缺陷點，則自動獲取齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)，畫面存儲部顯示齒形誤差曲線畫面，并在齒形誤差曲線畫面中顯示擬合誤差曲線圖形，若齒面存在缺陷點，則自動獲取其坐標(biāo)，讓操作人員實時獲得齒輪的表面形貌狀態(tài)特征。

在本發(fā)明提供的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，數(shù)據(jù)測量部還包括機床主軸和用于標(biāo)定機床的原點的標(biāo)準(zhǔn)球，探頭可旋轉(zhuǎn)地安裝在機床主軸上，齒槽測量控制部及齒輪測量控制部控制機床主軸牽引探頭移動，從而驅(qū)動探頭對齒輪進(jìn)行碰觸檢測。

在本發(fā)明提供的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置中，其特征在于，還包括：數(shù)據(jù)存儲部，用于存儲齒輪基本參數(shù)、測量參數(shù)、齒槽數(shù)據(jù)、測量點數(shù)據(jù)、擬合誤差曲線圖形和缺陷點坐標(biāo)。

在本發(fā)明提供的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，齒輪基本參數(shù)包括齒數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)、法向壓力角、齒輪類型、齒輪旋向、螺旋角、變位系數(shù)、齒輪寬度、齒頂高系數(shù)和齒根高系數(shù)。

在本發(fā)明提供的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，測量參數(shù)包括測量項目、測量齒面、起測和終測的測量位置、齒形齒距沿齒寬高度和齒向齒距沿齒高展長，測量齒面包括左齒面和右齒面，測量項目包括測量齒面的齒形、齒向和齒距。

本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，齒槽測量控制部控制探頭對齒輪的相鄰齒進(jìn)行碰觸檢測，控制數(shù)據(jù)測量部控制數(shù)據(jù)獲取單元獲取探頭的齒槽數(shù)據(jù)；步驟二，數(shù)據(jù)擬合部對步驟一中的齒槽數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到齒輪的齒槽中心；步驟三，顯示輸入部顯示參數(shù)設(shè)置畫面讓操作人員輸入齒輪基本參數(shù)和顯示項目設(shè)定畫面讓操作人員輸入測量所需的測量參數(shù)；步驟四，代碼生成部，根據(jù)齒槽中心、輸入的齒輪基本參數(shù)和測量參數(shù)生成用于測量齒輪的g代碼；步驟五，齒形測量控制部通過g代碼控制探頭從齒槽中心起對齒輪進(jìn)行測量，得到預(yù)定個測量點數(shù)據(jù)；步驟六，圖形擬合部對除第一個測量點數(shù)據(jù)以外的測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到擬合誤差曲線圖形；步驟七，圖形對比部將每次擬合得到的擬合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，若齒輪的齒面存在缺陷點，則自動獲得齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)，畫面存儲部顯示齒形誤差曲線畫面，并在齒形誤差曲線畫面中實時顯示擬合誤差曲線圖形以及缺陷點坐標(biāo)，讓操作人員實時獲得齒輪的表面形貌狀態(tài)特征。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法，由于待測齒輪是在機床上進(jìn)行修整加工后未拆卸的齒輪，因此無需對待測齒輪進(jìn)行二次裝夾，從而避免了進(jìn)行測量而帶來的裝夾誤差與時間上的浪費。因為在測量過程中齒輪的相應(yīng)數(shù)據(jù)和擬合誤差曲線圖形能動態(tài)實時地顯示在齒形誤差曲線畫面上，方便操作人員能夠?qū)崟r觀測到數(shù)據(jù)和相應(yīng)的擬合圖形。因為圖形對比部能夠?qū)η昂髢纱蔚臄M合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，使得操作人員能發(fā)現(xiàn)不在擬合圖形上的點，從而發(fā)現(xiàn)齒面有缺陷的缺陷點坐標(biāo)。因此，該基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法的測量條件簡單、測量過程自動化和智能化，且能夠通過動態(tài)顯示，使得操作人員能及時發(fā)現(xiàn)待測齒輪的齒面精度變化，從而縮短齒輪檢測的時間，提高齒輪加工效率及縮短產(chǎn)品加工周期。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置的框圖；

圖2是本發(fā)明的實施例中磨齒機床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例中畫面存儲部的框圖；

圖4是本發(fā)明的實施例中存儲參數(shù)設(shè)置畫面示意圖；

圖5是本發(fā)明的實施例中項目設(shè)定畫面示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例中探頭處于停機狀態(tài)下的位置示意圖；

圖7是本發(fā)明的實施例中探頭處于工作狀態(tài)下的位置示意圖；

圖8是本發(fā)明的實施例中基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置對應(yīng)的方法流程圖；

圖9是本發(fā)明的實施例中三個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖；

圖10是本發(fā)明的實施例中四個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖；

圖11是本發(fā)明的實施例中五個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖；

圖12是本發(fā)明的實施例中七個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖；

圖13是本發(fā)明的實施例中八個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段與功效易于明白了解，以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作具體闡述。

<實施例>

圖1是本發(fā)明的實施例中基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置的框圖。

如圖1所示，一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置100設(shè)置在用于對齒輪1進(jìn)行修形加工的機床2中，對修形加工后的齒輪1進(jìn)行在機測量，從而讓操作人員獲得齒輪1的表面形貌狀態(tài)特征，包括：畫面存儲部3、顯示輸入部4、控制數(shù)據(jù)測量部5、齒槽測量控制部6、數(shù)據(jù)擬合部7、代碼生成部8、齒輪測量控制部9、圖形擬合部10、圖形對比部11、數(shù)據(jù)存儲部12和控制部13，其中，控制部13用于控制基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置100的各個組成部分進(jìn)行工作。

在本實施例中，機床2為成形磨齒機的機床。

圖2是本發(fā)明的實施例中磨齒機床的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，本實施例采用的是磨齒機床2，機床2包括底座21、立柱22、固定盤23、砂輪24、砂輪主軸電機25、金剛輪26、工件主軸電機27、第一導(dǎo)軌28a、第二導(dǎo)軌28b、第三導(dǎo)軌28c以及用于連接包括相關(guān)測量方法的軟件數(shù)據(jù)接口(圖中未示出)。

圖3是本發(fā)明的實施例中畫面存儲部的框圖。

如圖3所示，畫面存儲部3用于存儲參數(shù)設(shè)置畫面31、項目設(shè)定畫面32和齒形誤差曲線畫面33。

圖4是本發(fā)明的實施例中存儲參數(shù)設(shè)置畫面示意圖，圖5是本發(fā)明的實施例中項目設(shè)定畫面示意圖。

如圖4和圖5所示，顯示輸入部4顯示參數(shù)設(shè)置畫面31讓操作人員輸入齒輪基本參數(shù)，顯示項目設(shè)定畫面32讓操作人員輸入測量所需的測量參數(shù)。

如圖4所示，齒輪基本參數(shù)包括齒數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)、法向壓力角、齒輪類型、齒輪旋向、螺旋角、變位系數(shù)、齒輪寬度、齒頂高系數(shù)和齒根高系數(shù)。

如圖5所示，測量參數(shù)包括測量項目、測量齒面、起測和終測的測量位置、齒形齒距沿齒寬高度和齒向齒距沿齒高展長，測量齒面包括左齒面和右齒面，測量項目包括測量齒面的齒形、齒向和齒距。

圖6是本發(fā)明的實施例中探頭處于停機狀態(tài)下的位置示意圖，圖7是本發(fā)明的實施例中探頭處于工作狀態(tài)下的位置示意圖。

如圖2、圖6和圖7所示，控制數(shù)據(jù)測量部5包括接觸式的探頭51、數(shù)據(jù)獲取單元(圖中未示出)、標(biāo)準(zhǔn)球52和兩個頂針53，用于控制探頭51對齒輪1進(jìn)行接觸式測量，控制數(shù)據(jù)獲取單元獲取探頭51的坐標(biāo)數(shù)據(jù)從而獲取齒輪1的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

探頭51為接觸式探頭51，設(shè)置在立柱22上。

如圖6所示，當(dāng)探頭處于停機狀態(tài)下時，探頭51的延伸方向與固定盤23靠近探頭51的側(cè)面相平行。

如圖7所示，當(dāng)探頭處于工作狀態(tài)下時，探頭51的延伸方向與固定盤23上靠近探頭51的側(cè)面相處置，用于對齒輪1進(jìn)行接觸式測量。

數(shù)據(jù)獲取單元與探頭51連接，用于獲取探頭51的坐標(biāo)數(shù)據(jù)從而獲取齒輪1的相應(yīng)數(shù)據(jù)。

如圖7所示，標(biāo)準(zhǔn)球52垂直地設(shè)置在靠近探頭51的一側(cè)，用于標(biāo)定機床2的原點。

如圖7所示，兩個頂針53分別設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)球52的兩端，用于固定標(biāo)準(zhǔn)球52。

齒槽測量控制部6用于控制探頭51對齒輪1的相鄰齒進(jìn)行測量，從而得到齒槽數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)擬合部7對齒槽數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到相鄰齒的齒槽中心。

代碼生成部8根據(jù)齒槽中心、輸入的齒輪基本參數(shù)和測量參數(shù)生成用于測量齒輪的g代碼。

齒輪測量控制部9根據(jù)g代碼控制探頭51從齒槽中心處起對齒輪1進(jìn)行檢測，得到預(yù)定個測量點數(shù)據(jù)。

圖形擬合部10對除第一個測量點數(shù)據(jù)以外的每個測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)的擬合誤差曲線圖形。

圖形對比部11將每次擬合得到的擬合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，實時反映所述齒輪的表面形貌狀態(tài)特征，若所述齒輪的齒面存在缺陷點，則自動獲取所述齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)，畫面存儲部3顯示齒形誤差曲線畫面33，實時反映齒輪的表面形貌狀態(tài)特征，并在齒形誤差曲線畫面33中顯示擬合誤差曲線圖形，若齒輪1的齒面存在缺陷點，則自動獲取齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)，讓操作人員獲得齒輪的表面形貌狀態(tài)特征。

數(shù)據(jù)存儲部12用于存儲齒輪基本參數(shù)、測量參數(shù)、齒槽數(shù)據(jù)、測量點數(shù)據(jù)、擬合誤差曲線圖形和缺陷點坐標(biāo)。

圖8是本發(fā)明的實施例中基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置對應(yīng)的方法流程圖。

如圖8所示，基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置100的工作過程如下。

步驟一，齒槽測量控制部6控制探頭51對齒輪1的相鄰齒進(jìn)行碰觸檢測，控制數(shù)據(jù)測量部5控制數(shù)據(jù)獲取單元獲取探頭51的齒槽數(shù)據(jù)。

步驟二，數(shù)據(jù)擬合部7對步驟一中的齒槽數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到齒輪的齒槽中心。

如圖4所示，參數(shù)設(shè)置畫面31顯示出擬合出的齒形及齒槽中心。

步驟三，顯示輸入部4顯示參數(shù)設(shè)置畫面31讓操作人員輸入齒輪基本參數(shù)(如圖4所示)和顯示項目設(shè)定畫面32讓操作人員輸入測量所需的測量參數(shù)(如圖5所示)。

如圖5所示，操作人員通過顯示輸入部輸入的測量項目為齒形，測量齒面為左齒面和右齒面，測量位置設(shè)置中齒形起測為94.6和齒形終測為110，齒形齒距沿齒寬高度為齒寬中部，齒向齒距沿齒高展長為分度圓。

步驟四，代碼生成部8根據(jù)齒槽中心、輸入的齒輪基本參數(shù)和測量參數(shù)生成用于測量齒輪的g代碼。

步驟五，齒形測量控制部9通過g代碼控制探頭51從齒槽中心起對齒輪1進(jìn)行測量，得到設(shè)定個測量點數(shù)據(jù)。

在本實施例中，探頭51要對齒輪1的其中一個齒數(shù)上的八個點進(jìn)行測量。

步驟六，圖形擬合部10對除第一個測量點數(shù)據(jù)以外的測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到擬合誤差曲線圖形。

圖9是本發(fā)明的實施例中三個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖，圖10是本發(fā)明的實施例中四個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖，圖11是本發(fā)明的實施例中五個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖，圖12是本發(fā)明的實施例中七個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖，圖13是本發(fā)明的實施例中八個測量點數(shù)據(jù)的擬合誤差曲線圖形示意圖。

在本實施例中，圖形擬合部10分別對測得的四、五、六、七和八個測量點數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，分別測得第四、五、六、七和八個測量點后擬合得到的擬合誤差曲線圖形，如圖9～圖13所示。

步驟七，圖形對比部11將每次擬合得到的擬合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，得到齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)，畫面存儲部3顯示齒形誤差曲線畫面，并在齒形誤差曲線畫面33中實時顯示擬合曲線圖形以及缺陷點坐標(biāo)，讓操作人員實時獲得齒輪1的表面形貌狀態(tài)特征。

如圖13所示，圖形對比部11將每次擬合得到的擬合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，得到齒面上有缺陷的缺陷點坐標(biāo)。

數(shù)據(jù)存儲部12將上述得到的齒輪基本參數(shù)、測量參數(shù)、齒槽數(shù)據(jù)、測量點數(shù)據(jù)、擬合誤差曲線圖形和缺陷點坐標(biāo)進(jìn)行存儲。

當(dāng)齒輪51完成測量后，操作人員根據(jù)齒輪51的相應(yīng)測量數(shù)據(jù)對齒輪51的加工精度進(jìn)行評價，并在現(xiàn)有安裝位置上給出齒輪51的修改方案，可直接對齒輪51進(jìn)行修整加工，大大提高了齒輪的加工精度。

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的一種基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法，由于待測齒輪是在機床上進(jìn)行修整加工后未拆卸的齒輪，因此無需對待測齒輪進(jìn)行二次裝夾，從而避免了進(jìn)行測量而帶來的裝夾誤差與時間上的浪費。因為在測量過程中齒輪的相應(yīng)數(shù)據(jù)和擬合誤差曲線圖形能動態(tài)實時地顯示在齒形誤差曲線畫面上，方便操作人員能夠?qū)崟r觀測到數(shù)據(jù)和相應(yīng)的擬合圖形。因為圖形對比部能夠?qū)η昂髢纱蔚臄M合誤差曲線圖形進(jìn)行重合度對比，使得操作人員能發(fā)現(xiàn)不在擬合圖形上的點，從而發(fā)現(xiàn)齒面有缺陷的缺陷點坐標(biāo)。

本實施例所用探頭為接觸式探頭，使得基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法能夠在油液等污染的機床中正常工作。

本實施例中基于磨齒機在機測量的齒輪精度可視化方法可以根據(jù)齒輪測量結(jié)果對齒輪加工精度進(jìn)行評價，生成齒輪修改方案，在現(xiàn)有裝夾情況下直接進(jìn)行齒輪的再次加工。

在本實施例中，項目設(shè)定中，測量項目包括齒形、齒向和齒面，測量齒面包括左齒面和右齒面，使得齒形測量或齒向測量能夠分別進(jìn)行，從而使得漸開線直齒輪和漸開線斜齒輪(左旋、右旋)能夠被測量，進(jìn)而大大集成了齒輪的測量過程，使測量齒輪的功能具有多樣性。

齒輪的測量數(shù)據(jù)可以存儲在存儲部中，便于操作人員今后對測量數(shù)據(jù)的隨時調(diào)取，減少了操作人員的數(shù)據(jù)采集時間，從而方便今后操作人員對齒輪進(jìn)行分析研究。

因此，該基于磨齒機在機測量的齒輪精度實時可視化裝置和方法的測量過程簡單、測量精度高、測量效率高、集成度高、測量過程自動化和智能化，且能夠通過動態(tài)顯示，使得操作人員能及時發(fā)現(xiàn)待測齒輪表面精度變化，從而縮短齒輪檢測的時間，提高齒輪加工效率及縮短產(chǎn)品加工周期。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本實施例中，項目設(shè)定中，操作人員選擇的測量項目為齒形，測量齒面為左齒面和右齒面，但是在本發(fā)明中，測量項目中的齒形、齒向和齒面中的一個或多個可以與測量齒面中的左齒面和右齒面中的一個或多個組合。