專利名稱：齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪參數測量系統，還涉及使用該系統測量齒輪的方法， 更具體地說，涉及一種齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法和系統。
背景技術：
齒輪是機械設備不可或缺的重要零件，齒輪的精度是決定機器設備精度的 最為基本的因素。為了保證齒輪的制造精度，不僅要有精密的齒輪制造設備和 生產工藝，還需要精確的齒輪參數測量方法，只有通過準確測量齒輪尺寸，掌 握齒輪生產存在的偏差，才能有效地控制齒輪生產工藝，保證齒輪的制造精度 滿足設計要求。
在齒輪的眾多參數中，公法線長度(跨齒距)和法節(齒輪基圓上兩相鄰 齒與基圓的對應交點的弧長)是兩個重要的齒輪參數。公法線長度和法節的測 量及法節偏差的測量對保證齒輪加工精度具有重要意義。
如圖l、圖2所示，長期以來，齒輪2的公法線長度是采用專用的齒輪分 厘卡1來進行測量的，齒輪2的法節是采用專用的齒輪雙測頭測量儀3來進行 測量的。對于漸開線正齒輪這種常用機器設備中運用最為廣泛的齒輪，其公法 線長度和法節的測量目前仍然是采用齒輪分厘卡和齒輪雙測頭測量儀來進行，
這種傳統的測量方法存在以下缺點
1、 專用的測量儀器昂貴，使用方法復雜，測量精度通常為10微米以內；
2、 通過人工進行測量，因測量人員的技術熟練程度原因和操作原因，測 量結果存在人工因素帶來的誤差；
3、 一個參數的測量需要多個操作步驟才能完成，測量速度慢，效率低。
發明內容
本發明要解決的技術問題之一在于，提供一種齒輪公法線長度、法節及法 節偏差測量方法，克服現有技術進行漸開線正齒輪公法線長度、法節及法節偏 差測量時存在的人為測量誤差，提高漸開線正齒輪公法線長度、法節及法節偏 差的測量精度和測量效率。
本發明要解決的技術問題之二在于，提供一種齒輪公法線長度、法節及法 節偏差測量系統，實現上述測量方法測量正齒輪公法線長度、法節及法節偏差， 克服現有技術存在的人為測量誤差，提高測量精度和測量效率。
本發明解決其技術問題之一所采用的技術方案是:提供一種齒輪公法線長 度、法節及法節偏差測量方法，用于測量漸開線正齒輪，其特征在于，所述方 法利用以下影象系統和數據處理系統實現所述數據處理系統包括中央處理 器、與該中央處理器信號連接的輸入裝置、存儲器、監視器和輸出接口，所述 影象系統與所述中央處理器信號連接；所述方法包括如下步驟
51、 用影象系統將待測量齒輪至少兩個齒的軸向正投影輪廓輸入數據處 理系統坐標系；
52、 用輸入裝置在齒輪軸向正投影輪廓上選取相鄰兩個齒的各一個齒頂
對應點、該兩個齒頂點之間的一個齒根點和另一個齒頂點，數據處理系統捕捉
所選取的點的坐標；
53、 使用選取點的坐標計算齒輪圓心坐標、跨齒數及其他齒輪參數，擬 合齒輪輪廓線，劃基圓，將數據處理系統坐標系原點與齒輪圓心重合；
54、 基于齒廓與齒輪基圓交點的坐標，計算齒輪公法線長度及公法線長 度偏差、法節及法節偏差；
55、 用輸入裝置選取輪齒的公法線長度或法節長度，數據處理系統輸出測 量的數據。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中，所述齒輪 法節偏差包括單一法節偏差、相鄰法節偏差和累計法節偏差。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中，步驟S2 選取4個或4個以上的齒頂點。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中，在步驟
S5中，用輸入裝置按順時針方向或逆時針方向選取相鄰兩個公法線長度或法 節長度。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中，通過輸入 裝置向所述數據處理系統輸入所述齒輪的公法線長度公差和法節公差，以所述 測量公法線長度偏差和公法線長度公差比較，以所述測量法節偏差和法節公差 比較，判斷所述齒輪的精度等級。
本發明解決其技術問題之二所采用的技術方案是^l造一種齒輪公法線長 度、法節及法節偏差測量系統，用于測量漸開線正齒輪，其特征在于所述系 統包括影象系統和數據處理系統，所述數據處理系統包括中央處理器、與該中 央處理器信號連接的輸入裝置、存儲器、監視器和輸出接口，所述影象系統與 所述中央處理器信號連接；所述系統預置實現所述齒輪公法線長度、法節及法 節偏差測量方法的軟件。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統中，所述輸入 裝置為鼠標或鍵盤或觸摸屏。
在本發明所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統中，所述影象 系統與所述中央處理器的信號連接為無線信號連接或電連接。
實施本發明的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法和系統，與現有 技術比較，其有益效果是
1. 通過影象技術將齒輪輪廓輸入領纟量系統，通過測量系統對齒輪輪廓和 基圓、跨齒數等計算基準的準確擬合和計算，準確捕捉公法線長度和 法節的計算幾何點，自動計算出準確的公法線長度和法節值，消除了
人為測量誤差因素；使用本發明的系統和方法進行測量，精度達到2 微米，而傳統測量方法的測量精度僅能達到10微米，大大提高了測 量精度；
2. 通過選取需要的測量點之后，系統自動輸出測量結果，使用簡單；使 用本發明的系統和方法進行一個齒輪參數測量僅需要1分鐘即可完 成，而傳統測量方法需要約30分鐘，大大提高了測量效率。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中 圖1是現有專用齒輪分厘卡測量齒輪公法線長度的主視圖。 圖2是現有專用齒輪雙測頭測量儀測量齒輪法節的主視圖。 圖3是本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統示意圖。 圖4是本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法一種實施例的流 程圖。
圖5是本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中確定齒輪基本 參數捕捉點選取示意圖。
圖6是本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中公法線長度測 量示意圖。
圖7是本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法中法節測量示意圖。
具體實施例方式
本發明的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法和系統實現漸開線正 齒輪(包括外齒輪和內齒輪)的公法線長度、法節及法節偏差的測量。
本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法通過^J圖3所示的本發 明的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統來實現。如圖3所示，該系統 包括影象系統4和數據處理系統5，數據處理系統5包括中央處理器51、與中 央處理器51電連接或無線信號連接的輸入裝置52、與中央處理器51電連接 的存儲器53、監視器54和輸出接口 55，影象系統4與中央處理器51電連接 或無線信號連接，該系統內預置實現下述齒輪公法線長度、法節及法節偏差測 量方法的軟件。
輸入裝置包括但不限于鼠標、鍵盤、觸摸屏等輸入設備。
本發明齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法一種實施例的流程如圖 4所示，該實施例包括
步驟一 6:用影象系統4將待測量齒輪2的軸向正投影輪廓輸入數據處理
系統5的坐標系。影象系統4通過影象技術獲取齒輪2的輪廓，影象技術和影 象系統是現有成熟的技術。
本實施例將齒輪2的完整軸向正投影輪廓輸入數'據處理系統5。在其他實 施例中，可以僅輸入幾個輪齒的軸向正投影輪廓，但至少要保證輸入兩個齒的 軸向正投影輪廓。
步驟二 7:如圖5所示，用輸入裝置在齒輪2軸向正投影輪廓上選取相鄰 兩個齒的各一個齒頂對應點21、 22 (齒頂相同位置的點)、該兩個齒頂點21、 22之間的一個齒根點23和另一個齒頂點24，數據處理系統5捕捉上述選取點 的坐標。 '
步驟三8:使用選取點的坐標，計算齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒數、模 數、齒輪圓心坐標、跨齒數、分度圓直徑、節園直徑等齒輪參數，根據已定的 漸開線正齒輪齒頂高系數、齒根高系數壓力角等參數，擬合齒輪輪廓線，劃基 圓，將數據處理系統坐標系原點與齒輪圓心重合。
齒頂圓直徑的確定有多種方法，如采用如下回歸圓算法(最小二乘法) 設定齒頂圓方程為<formula>formula see original document page 8</formula>
其圓心坐標為
齒頂圓半徑為<formula>formula see original document page 8</formula>
由于二次非線性方程不易作最小二乘擬合，令<formula>formula see original document page 8</formula>可將方程轉化為一次
函數形式，則第i個齒頂點對齒頂圓的誤差為<formula>formula see original document page 8</formula>
只要使逼近齒頂圓對各個選取的齒頂點距離的平方和為最小，就能保證該齒頂
圓為最佳圓。
由于
由求極值的法則可知，若使2最小則必有
<formula>formula see original document page 8</formula>
故有
<formula>formula see original document page 9</formula>
帶入不少于三個選取的齒頂點坐標，則可求出回歸的齒頂圓方程及圓心坐 為了使以下齒輪擬合和參數計算更準確，可以選擇更多的齒頂點，如齒頂
點25。當選取的齒頂點數量大于三個時(如4點、5點、6點....>，采用上述 最小二乘法來確定更準確的齒頂圓。
由齒根點23的坐標和齒頂圓圓心的坐標，可計算出齒根圓半徑，從而確 定齒根圓參數。
由齒頂對應點21、 22的坐標和齒頂圓圓心的坐標，可計算出齒頂對應點 21、 22與齒頂圓圓心連線的夾角b，由于該夾角值為兩個，因而借助于齒頂點 21、 22之間的齒根點23來選擇反映兩相鄰齒之間的夾角b。齒輪齒數Z-27F/b (弧度)或Z^360/b (度)。
跨齒數<formula>formula see original document page 9</formula>(D!為標準壓力角) 標準法節 /。 = ;r附cos a
其他參數如齒輪模數m、分度圓直徑do、基圓直徑dg等，由漸開線正齒 輪計算公式得出。
步驟四9:如圖7所示，數據處理系統捕捉齒廓與齒輪基圓交點的坐標，
計算齒輪實際法節te,，通過實際法節tei與標準法節te比較，得到法節偏差。說明書第7/8頁
本發明方法測量的齒輪法節偏差包括
1) 單一法節偏差tei—te (1=1，2，3 .....，n);
2) 相鄰法節偏差tei—te(1+1) (i= 1,2,3 .....,n-l);
3) 累計法節偏差《(tei-16) (i=l,2,3.....,n)。
在其他實施例中，可根'"需要，設置測量的法節偏差組合。如設置為上述 一種偏差、設置為上述兩種偏差的組合等。設置的偏差種類可以不限于上述偏差。
由于齒輪公法線長度S^與齒輪跨齒數Zm個齒的兩端齒的外側與基圓交 點的弧長相等，因此，測量齒輪跨齒數Zm個齒與基圓交點的弧長并累加即得 到齒輪的公法線長度Smn。
因此，如圖6所示，數據處理系統捕捉齒輪跨齒數Zm個齒的齒廓與齒輪 基圓交點的坐標，計算td、 te2和Sg，則齒輪實際公法線長度S^為
smn = tel + Sg + te2
通過實際公法線長度s^與標準公法線長度sm比較，得到齒輪的公法線長
度偏差Se為
<formula>formula see original document page 10</formula>
步驟五11:用輸入裝置52按順時針方向或逆時針方向選取相鄰兩個公法 線長度或法節長度，數據處理系統輸出測量的齒輪法節及其偏差值和齒輪公法 線長度S皿值及其偏差值。可通過輸出端口 55將數據輸出到打印機、外部存
儲器或外部設備等，也可以輸出到監視器54。
上述數據可以同時輸出，也可以分別輸出。 輸出時，數據處理系統根據選取的公法線長度或法節長度對應的齒，確定 輸出數據對應的起始齒和齒的順序方向，使輸出結果與輪齒對應。也可以設置
系統默認順時針方向或逆時針方向輸出數據，這時只需要用輸入裝置52選取 一個公法線長度或法節長度，即可使輸出結果與輪齒對應。
為了評價齒輪法節的精度等級，本實施例在步驟四9和步驟五11之間， 設置步驟10，該步驟通過輸入裝置52將齒輪的公法線長度公差和法節公差輸 入數據處理系統，數據處理系統以測量的公法線長度偏差與公法線長度公差比
較、以測量的法節偏差與法節公差比較，判斷齒輪的精度等級。
在其他實施例中，步驟10中的"通過輸入裝置52將齒輪的公法線長度公
差和法節公差輸入數據處理系統"可以放在步驟io前的任何步驟中進行。
本發明的方法和系統可用于漸開線內、外齒輪的測量。
權利要求
1、一種齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法，用于測量漸開線正齒輪，其特征在于，所述方法利用以下影象系統和數據處理系統實現所述數據處理系統包括中央處理器、與該中央處理器信號連接的輸入裝置、存儲器、監視器和輸出接口，所述影象系統與所述中央處理器信號連接；所述方法包括如下步驟S1、用影象系統將待測量齒輪至少兩個齒的軸向正投影輪廓輸入數據處理系統坐標系；S2、用輸入裝置在齒輪軸向正投影輪廓上選取相鄰兩個齒的各一個齒頂對應點、該兩個齒頂點之間的一個齒根點和另一個齒頂點，數據處理系統捕捉所選取的點的坐標；S3、使用選取點的坐標計算齒輪圓心坐標、跨齒數及其他齒輪參數，擬合齒輪輪廓線，劃基圓，將數據處理系統坐標系原點與齒輪圓心重合；S4、基于齒廓與齒輪基圓交點的坐標，計算齒輪公法線長度及公法線長度偏差、法節及法節偏差；S5、用輸入裝置選取輪齒的公法線長度或法節長度，數據處理系統輸出測量的數據。
2、 如權利要求1所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法，其 特征在于所述齒輪法節偏差包括單一法節偏差、相鄰法節偏差和累計法節偏 差。
3、 如權利要求1所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法，其 特征在于步驟S2選取4個或4個以上的齒頂點。
4、 如權利要求1所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法，其 特征在于在步驟S5中，用輸入裝置按順時針方向或逆時針方向選取相鄰兩 個公法線長度或法節長度。
5、 如權利要求1至4之一所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法，其特征在于通過輸入裝置向所述數據處理系統輸入所述齒輪的公法線長度公差和法節公差，以所述測量公法線長度偏差和公法線長度公差比較，以 所述測量法節偏差和法節公差比較，判斷所述齒輪的精度等級。
6、 一種齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統，用于測量漸開線正 齒輪，其特征在于所述系統包括影象系統和數據處理系統，所述數據處理系 統包括中央處理器、與該中央處理器信號連接的輸入裝置、存儲器、監視器和 輸出接口，所述影象系統與所述中央處理器信號連接；所述系統預置實現權利 要求1所述齒輪公法線長度、法節及法節偏差^!l量方法的軟件。
7、 如權利要求6所述的齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量系統，其特征在于所述輸入裝置為鼠標或鍵盤或觸摸屏。
8、 如權利要求6所述的齒輪公法線長度、法節及法節{扁差測量系統，其特征在于所述影象系統與所述中央處理器的信號連接為無線信號連接或電連 接。
全文摘要
本發明公開了一種齒輪公法線長度、法節及法節偏差測量方法和系統，用于測量漸開線正齒輪，該系統預置實現該方法的軟件并包括影像系統和數據處理系統，數據處理系統包括中央處理器、與中央處理器信號連接的輸入裝置、存儲器、監視器和輸出接口，影像系統與中央處理器信號連接；該方法包括用影像系統將齒輪輪廓輸入數據處理系統坐標系，選取相鄰兩個齒頂對應點、該兩點間一個齒根點和另一個齒頂點，捕捉選取點坐標，計算齒輪圓心坐標、跨齒數及其他齒輪參數，擬合齒輪輪廓線，劃基圓，將測量坐標系原點與齒輪圓心重合，計算齒輪法節及偏差、齒輪公法線長度；選取輪齒輸出測量結果。本發明大大提高了漸開線正齒輪測量精度和測量效率，使用簡單方便。
文檔編號G01B21/00GK101339017SQ20071007580
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月2日 優先權日2007年7月2日
發明者香 楊, 王芙蓉, 禹曉麗, 許智欽, 魏自勇 申請人:深圳智泰精密儀器有限公司