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目前，大齒輪測(cè)量缺少相應(yīng)的樣板，所以即使開(kāi)發(fā)了測(cè)量?jī)x器，其量值傳遞也是個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量不確定度無(wú)法確定，可以說(shuō)測(cè)量的結(jié)果是不可信的。因此，大齒輪樣板的開(kāi)發(fā)及儀器標(biāo)定技術(shù)也是大齒輪測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

大齒輪測(cè)量現(xiàn)狀

在齒輪測(cè)量領(lǐng)域，大小齒輪的測(cè)量一直是技術(shù)難題，其中特大齒輪測(cè)量和微小齒輪測(cè)量屬于“絕端測(cè)量范疇”。齒輪測(cè)量一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量(圖2)；以綜合測(cè)量(雙面、單面嚙合測(cè)量)為基礎(chǔ)的功能式測(cè)量；將單項(xiàng)和綜合集合于一體的齒輪整體誤差測(cè)量。對(duì)大齒輪而言，主要采用分析式測(cè)量。大齒輪測(cè)量方法眾多，依據(jù)齒輪測(cè)量時(shí)加工機(jī)床、被測(cè)齒輪和儀器的位置關(guān)系，可分為兩類(lèi)：齒輪離位測(cè)量和齒輪在位測(cè)量。

1.齒輪離位測(cè)量

齒輪離位測(cè)量是指測(cè)量時(shí)齒輪必須從加工機(jī)床上取下來(lái)搬到儀器上進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量?jī)x器包括大型齒輪測(cè)量中心和大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，這類(lèi)臺(tái)式儀器精度高、測(cè)量條件好，可測(cè)量齒輪的多個(gè)誤差項(xiàng)目。用大型儀器測(cè)量大齒輪是一種“以大測(cè)大”的思路，即要測(cè)量大尺寸工件，就發(fā)展一種更大尺寸的測(cè)量?jī)x器。

1）大型齒輪測(cè)量中心

大型齒輪測(cè)量中心是常規(guī)中、小型齒輪測(cè)量中心的“放大”。除了儀器結(jié)構(gòu)做了相應(yīng)改進(jìn)外，測(cè)量原理也有所差異。中、小型齒輪測(cè)量中心一般采用電子展成測(cè)量，而大型齒輪測(cè)量中心是電子展成測(cè)量與極坐標(biāo)測(cè)量的綜合。中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)和日本有多家齒輪量?jī)x廠生產(chǎn)大型齒輪測(cè)量中心。例如我國(guó)哈量集團(tuán)在2004年研制的齒輪測(cè)量中心3920，可測(cè)2m齒輪、模數(shù)1～32mm，最大工件質(zhì)量為10t，采用電子展成測(cè)量原理。德國(guó)Klingelnberg公司針對(duì)大齒輪的測(cè)量研制了P150～P350系列齒輪測(cè)量中心(圖3)，采用水平測(cè)量臂和水平式三維串聯(lián)測(cè)頭，齒廓測(cè)量一般采用電子展成的法向坐標(biāo)測(cè)量原理；對(duì)展開(kāi)長(zhǎng)度大于儀器切向?qū)к壭谐痰凝X輪，采用極坐標(biāo)測(cè)量原理。該系列儀器測(cè)量精度能滿(mǎn)足ISO1328的3級(jí)齒輪測(cè)量要求，個(gè)別誤差項(xiàng)目達(dá)到了2級(jí)。其中P350可測(cè)量工件最大直徑3.8m，模數(shù)1～32mm，重量可達(dá)20t。另外，該公司針對(duì)風(fēng)電齒輪測(cè)量的特殊性，研制了P150W～P350W系列齒輪測(cè)量中心，采用垂直測(cè)量臂和鉛垂式三維并聯(lián)窩裝測(cè)頭，更適合內(nèi)齒圈、行星齒輪和太陽(yáng)齒輪的測(cè)量。德國(guó)Wenzel公司的WGT系列齒輪測(cè)量中心也可用于大齒輪測(cè)量，其中WGT4000可測(cè)量外徑4m大齒輪，最大承載重量可達(dá)30t。美國(guó)Gleason公司Sigma系列齒輪測(cè)量中心可測(cè)量齒輪最大直徑3m，模數(shù)0.8～32mm，工件最大重量9t。Sigma系列齒輪測(cè)量中心配置了一套分析式測(cè)量軟件GAMA，具有操作簡(jiǎn)單、過(guò)程可控及結(jié)果實(shí)時(shí)顯示等特點(diǎn)，與同級(jí)別的儀器相比，測(cè)量可以節(jié)約一半的時(shí)間。

2）大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為一種通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、高精度測(cè)量系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)研究中，得到廣泛應(yīng)用。采用通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量大齒輪是最近10年的研究重點(diǎn)，這種任務(wù)通常只有精密級(jí)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)才能滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也是從傳統(tǒng)的中、小型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展而來(lái)；迄今，世界上的一些知名量?jī)x公司都開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，用于解決大型工件的測(cè)量問(wèn)題。如德國(guó)Leitz公司開(kāi)發(fā)了可測(cè)量大齒輪的PMM-C、PMM-F和PMM-G等系列大型三坐標(biāo)量機(jī)。其中PMM-G最具代表性(圖4)，它是一種龍門(mén)式機(jī)構(gòu)，最大空間測(cè)量范圍為6000mm×4000mm×3000mm，可以測(cè)量齒輪種類(lèi)繁多。對(duì)于分段加工的齒輪，PMM-G更具優(yōu)勢(shì)。如圖5所示為應(yīng)用PMM-G測(cè)量4段直徑5m齒圈的方案。德國(guó)Wenzel公司生產(chǎn)了LH系列、LHF系列的大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，2008年還研發(fā)了一臺(tái)超大型測(cè)量機(jī)LHF3020，其測(cè)量范圍達(dá)到了3000mm×10000mm×2000mm，特別適合大齒輪的測(cè)量。德國(guó)Zeiss公司也針對(duì)大型工件生產(chǎn)MMZ系列大型龍門(mén)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其中以MMZ-G3000的空間測(cè)量范圍最大，為3000mm×6000mm×2000mm，儀器上配備了配備VAST主動(dòng)掃描探頭及測(cè)量風(fēng)能系統(tǒng)部件的專(zhuān)用軟件，可在生產(chǎn)車(chē)間使用。理論上講，直徑5m以下的大齒輪測(cè)量問(wèn)題是得到解決了的；但實(shí)際中這些臺(tái)式量?jī)x一般安裝在計(jì)量室而不適合安放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于大齒輪搬運(yùn)不方便、在儀器上的安裝調(diào)試也非常麻煩，加之儀器價(jià)格昂貴，影響了這類(lèi)儀器的應(yīng)用。針對(duì)臺(tái)式量?jī)x的局限性，將儀器置于齒輪上或在機(jī)床上對(duì)齒輪進(jìn)行在位測(cè)量，就成了大齒輪測(cè)量的順理選擇。

2.齒輪在位測(cè)量

齒輪在位測(cè)量是指測(cè)量時(shí)把儀器裝于齒輪之上或是加工機(jī)床上進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織齒輪技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC60)的相關(guān)規(guī)定，在位測(cè)量的含義包含兩方面，一是在機(jī)測(cè)量，即在機(jī)床上對(duì)齒輪進(jìn)行測(cè)量；二是上置式測(cè)量，即把測(cè)量裝置搬到齒輪上測(cè)量。

1）在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

采用在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量大齒輪時(shí)，不需要對(duì)被測(cè)齒輪進(jìn)行吊裝、找正等操作，省時(shí)省力、測(cè)量效率高。同時(shí)，免除了購(gòu)置大型齒輪測(cè)量中心，可顯著降低設(shè)備的投入成本。在機(jī)測(cè)量包括兩類(lèi)：獨(dú)立在機(jī)測(cè)量和集成在機(jī)測(cè)量。前者是在機(jī)床旁增加了一套測(cè)量裝置，齒輪的測(cè)量運(yùn)動(dòng)仍借助機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)齒輪在機(jī)床上的測(cè)量。20世紀(jì)90年代以前的在機(jī)測(cè)量，主要采用這種形式。當(dāng)前，一些老機(jī)床的技術(shù)改造也是這種形式。德國(guó)Klingelnberg公司曾開(kāi)發(fā)一臺(tái)專(zhuān)門(mén)測(cè)量齒距和跳動(dòng)誤差的獨(dú)立在機(jī)儀器EVTM-D，其測(cè)量齒輪模數(shù)范圍為1～40mm，最小工件外徑為20mm，理論上對(duì)工件最大外徑?jīng)]有要求，但該儀器測(cè)量時(shí)，需要借助加工機(jī)床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)被測(cè)齒輪連續(xù)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)測(cè)量觸頭則伸入到齒槽中進(jìn)行測(cè)量。獨(dú)立在機(jī)測(cè)量的主要問(wèn)題是：測(cè)頭定位精度低，測(cè)量精度不高；測(cè)量系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有集成，檢測(cè)結(jié)果必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能對(duì)齒輪加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。集成在機(jī)測(cè)量利用機(jī)床的控制系統(tǒng)、部分伺服運(yùn)動(dòng)軸及附加測(cè)量裝置共同完成齒輪測(cè)量。國(guó)內(nèi)外新一代大型數(shù)控齒輪機(jī)床，如滾齒機(jī)、磨齒機(jī)等，都帶有集成在機(jī)測(cè)量機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量。這些機(jī)載齒輪測(cè)量裝置將測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，測(cè)量信息處理后能反饋至機(jī)床，及時(shí)修正加工參數(shù)。我國(guó)的秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司在YK7380等型號(hào)磨床上配備了隨機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，用于工件的調(diào)整和測(cè)量。德國(guó)Kapp公司生產(chǎn)的ZP08~ZP60系列磨床上配備了測(cè)頭系統(tǒng)(圖6)，可對(duì)加工中的齒輪進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。德國(guó)Hfler公司生產(chǎn)的RAPID2500～RAPID6000系列磨齒機(jī)上均集成了三維測(cè)頭系統(tǒng)，可以測(cè)量齒廓的三維拓?fù)湔`差。大齒輪在機(jī)測(cè)量存在一個(gè)測(cè)量方法問(wèn)題：測(cè)量齒廓偏差時(shí)，由于機(jī)床切向的最大行程比較小，無(wú)法采用基圓展成的法向極坐標(biāo)法，為此，通常也采用直角坐標(biāo)測(cè)量齒廓偏差。另外，在機(jī)測(cè)量精度嚴(yán)重依賴(lài)機(jī)床的原始精度。這存在一個(gè)所謂的“自己測(cè)自己”的問(wèn)題，即測(cè)量結(jié)果不能反映機(jī)床系統(tǒng)誤差的影響。因此，在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差修正是關(guān)鍵所在。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2)上置式測(cè)量裝置

上置式測(cè)量裝置最早于20世紀(jì)50年代就開(kāi)始被研制并應(yīng)用于大齒輪測(cè)量。其體積小、成本低、實(shí)用性強(qiáng)，理論上對(duì)被測(cè)量齒輪直徑尺寸沒(méi)有上限要求，特別適合大齒輪在位測(cè)量。但這種儀器一般以齒面或齒頂定位，測(cè)量基準(zhǔn)與齒輪的設(shè)計(jì)、制造基準(zhǔn)不一致，定位精度嚴(yán)重依賴(lài)于齒輪的制造精度，測(cè)量精度很難提高。此類(lèi)儀器的典型產(chǎn)品是瑞士MAAG公司于20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)的ES-430漸開(kāi)線齒廓測(cè)量?jī)x。上置式測(cè)量?jī)x由于定位要求高，測(cè)量精度較低，近30年已停止發(fā)展。

3.各種儀器性能比較

綜上所述，各類(lèi)儀器和測(cè)量方式都有自身優(yōu)缺點(diǎn)，因此同時(shí)采用幾種測(cè)量?jī)x器或測(cè)量方式來(lái)保證齒輪質(zhì)量是可行的。目前，齒輪在位式測(cè)量主要是作為大齒輪加工過(guò)程中質(zhì)量監(jiān)控的輔助手段，其測(cè)量結(jié)果并不能作為質(zhì)量報(bào)告的依據(jù)；而使用齒輪測(cè)量中心或者三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的離位式測(cè)量方式只有用齒輪樣板進(jìn)行校準(zhǔn)后，其測(cè)量結(jié)果才可作為質(zhì)量合格與否的唯一判據(jù)。迄今，大齒輪的量值傳遞體系在國(guó)內(nèi)外均未建立，其溯源仍然是世界性難題。大齒輪各類(lèi)測(cè)量?jī)x器的性能比較見(jiàn)表1。

大齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)大齒輪測(cè)量而言，離位式測(cè)量和在位式測(cè)量都存在諸多缺點(diǎn)，不能完全滿(mǎn)足大齒輪的發(fā)展需求；解決大齒輪特別是特大型齒輪的測(cè)量問(wèn)題，仍將是齒輪測(cè)量技術(shù)面臨的主要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)以齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量屬于特征線測(cè)量，是簡(jiǎn)化了的測(cè)量方式，包含兩種含義，一是簡(jiǎn)化了齒輪誤差表征，用少數(shù)特征線的誤差代表齒輪的全齒面誤差，這是統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法；其二是簡(jiǎn)化了測(cè)量，特征線測(cè)量屬于二維測(cè)量，相對(duì)齒面三維測(cè)量，可大幅提升測(cè)量效率，還能獲得高測(cè)量精度。這種簡(jiǎn)化了的測(cè)量方式是與齒輪加工工藝密切關(guān)聯(lián)的。齒輪加工主要有展成法和成形法，滾齒和插齒是典型的展成法、銑齒和成形磨是典型的成形法。對(duì)于中小齒輪而言，每一步切削或磨削進(jìn)刀的時(shí)間都很短。在此期間，機(jī)床溫度、刀具磨損或者外部環(huán)境溫度都是相對(duì)穩(wěn)定的，最終也保證了齒輪各個(gè)輪齒的一致性。因此對(duì)這些齒輪的特征線進(jìn)行測(cè)量，可反映整個(gè)齒輪的加工誤差。但對(duì)大齒輪尤其是特大型齒輪加工而言，考慮到多種因素，特別是銑齒成形法，加工周期較長(zhǎng)，刀具磨損及外部環(huán)境條件都會(huì)在齒輪加工過(guò)程中發(fā)展變化，也存在齒輪局部受熱變形，這些都會(huì)影響輪齒的一致性。如果對(duì)大齒輪依舊假設(shè)各輪齒具有一致性，繼而依據(jù)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)只測(cè)量圓周3、4個(gè)齒的特定特征線，是不能正確反映大齒輪的整體加工誤差的。同時(shí)考慮到大齒輪主要用來(lái)傳遞動(dòng)力，為使其運(yùn)行平穩(wěn)，會(huì)進(jìn)行端部減薄、鼓形修整等各種修形處理。建立以曲面為導(dǎo)向(圖7)，考慮齒輪修形等因素，以全信息的齒輪精度3D表征為基礎(chǔ)，提出反映大齒輪整體質(zhì)量的新參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大齒輪質(zhì)量的全局表征和快速測(cè)量。這是大齒輪精度理論和測(cè)量技術(shù)總體要求和發(fā)展方向。隨著傳感器、信息、先進(jìn)制造等技術(shù)在齒輪測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用，大齒輪測(cè)量在新原理新方法、量值溯源等方面也呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

1.多站點(diǎn)集成式特大型齒輪并行測(cè)量技術(shù)

特大型齒輪直徑大、齒數(shù)多、慣性大，測(cè)量中如果儀器頻繁啟動(dòng)、停止、反向回轉(zhuǎn)，既不方便、測(cè)量效率低下，又因軸系扭轉(zhuǎn)變形而可能導(dǎo)致無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量精度要求，因此，特大型齒輪測(cè)量適宜在一次單向回轉(zhuǎn)中完成各種誤差項(xiàng)目的測(cè)量。基于這種理念，多站點(diǎn)集成式特大型齒輪并行測(cè)量方案被提出來(lái)。圖8所示是德國(guó)Leitz公司針對(duì)10m齒輪測(cè)量提出的方案。齒輪置于大型旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，兩個(gè)三維測(cè)量平臺(tái)對(duì)稱(chēng)分布在轉(zhuǎn)臺(tái)周?chē)瑴y(cè)量平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)通常是分離的。這種方案的優(yōu)點(diǎn)如下：①三維平臺(tái)制造相對(duì)容易；②對(duì)齒輪尺寸變化的適應(yīng)性好；③齒輪旋轉(zhuǎn)一周就能同時(shí)完成左右齒面的測(cè)量，或者齒輪不用旋轉(zhuǎn)一周就能完成單向齒面的測(cè)量，提高測(cè)量效率的同時(shí)，也避免了傳統(tǒng)方案中測(cè)量特大齒輪的缺陷。其難點(diǎn)如下：①對(duì)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的各種性能要求太高，包括軸系精度、驅(qū)動(dòng)、承載能力、齒輪定位與姿態(tài)調(diào)整等；②對(duì)測(cè)角圓光柵的精度有極高要求；③兩個(gè)三維測(cè)量平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的相對(duì)位置的精確確定與位置精度的保持性；④3個(gè)平臺(tái)間同步驅(qū)動(dòng)同步測(cè)量技術(shù)。可以說(shuō)，這種測(cè)量方案仍然是“以大測(cè)大”的方案，實(shí)現(xiàn)它將聚集德國(guó)精密機(jī)械的最高水平。作為一個(gè)案例，出于同一思路，德國(guó)Wenzel公司為齒輪機(jī)床廠商利勃海爾Liebher研制了這種雙臂測(cè)量機(jī)-LAFD(圖9)，可測(cè)齒輪最大直徑為6m。測(cè)量前兩個(gè)三坐標(biāo)測(cè)量臂要通過(guò)特殊的標(biāo)定工具進(jìn)行調(diào)整定位，測(cè)頭采用Renishaw公司生產(chǎn)的SP80掃描測(cè)頭，測(cè)量效率得到顯著提高。筆者看來(lái)，特大齒輪齒面的視覺(jué)測(cè)量或光學(xué)測(cè)量是有前景的，如將上述測(cè)量技術(shù)與視覺(jué)(光學(xué))測(cè)量結(jié)合，將進(jìn)一步提高這種方案的測(cè)量效率，并能真正實(shí)現(xiàn)特大齒輪的3D測(cè)量和全局質(zhì)量表征。

2.大齒輪樣板

目前雖然有多種大齒輪測(cè)量?jī)x器得到應(yīng)用，但事實(shí)上，大齒輪測(cè)量沒(méi)有相應(yīng)的齒輪樣板，更缺乏檢測(cè)大尺度齒輪樣板的高精度儀器，因此迄今國(guó)內(nèi)外沒(méi)有建立大尺度齒輪量值傳遞系統(tǒng)，大齒輪溯源一直是個(gè)難題。由于風(fēng)電齒輪測(cè)量的迫切需要，2009年德國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院?jiǎn)?dòng)了大尺度齒輪樣板的研制工作。該研究院研制了一種50°的扇形齒樣板(圖10)，齒頂圓直徑1000mm，樣板重450kg，法向模數(shù)20mm，壓力角20°，齒寬400mm，其上包含了左旋20°、右旋10°和直齒三種不同類(lèi)型的輪齒，可用于漸開(kāi)線和螺旋線的溯源。德國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院設(shè)計(jì)了該樣板，包括霍夫勒(Hofler)在內(nèi)的多家德國(guó)頂尖企業(yè)參與了試制。該樣板制造工藝復(fù)雜，集成了多家德國(guó)企業(yè)的工藝技術(shù)。如圖11所示，德國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院采用高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定該樣板，在標(biāo)定開(kāi)始前需要把該樣板放置于恒溫實(shí)驗(yàn)室數(shù)周，同時(shí)使用數(shù)個(gè)傳感器對(duì)該樣板的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。齒廓偏差及螺旋線偏差測(cè)量結(jié)果及測(cè)量不確定度如圖12所示(fHα為筆者看來(lái)，特大齒輪齒面的視覺(jué)測(cè)量或光學(xué)測(cè)量是有前景的，如將上述測(cè)量技術(shù)與視覺(jué)(光學(xué))測(cè)量結(jié)合，將進(jìn)一步提高這種方案的測(cè)量效率，并能真正實(shí)現(xiàn)特大齒輪的3D測(cè)量和全局質(zhì)量表征。

3.齒廓測(cè)量新方法

如圖13所示，用展成法測(cè)量大齒輪時(shí)，錐形測(cè)頭要從偏置位置A開(kāi)始測(cè)量，加上齒廓展成長(zhǎng)度lB，考慮到左右齒廓，則測(cè)量導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為lY，對(duì)應(yīng)齒輪轉(zhuǎn)角為θ，這種長(zhǎng)導(dǎo)軌的制造精度是個(gè)難題。而用極坐標(biāo)法測(cè)量齒廓時(shí)，測(cè)頭運(yùn)動(dòng)方向是齒輪徑向，儀器導(dǎo)軌長(zhǎng)度短，但這種方法的缺點(diǎn)是對(duì)測(cè)頭在齒根處的測(cè)量很“敏感”，容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。新測(cè)量原理采用的是嚙合線測(cè)量法(圖14)，測(cè)頭所走路徑是齒輪嚙合線方向，實(shí)際是展成法和極坐標(biāo)法的綜合，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用這種測(cè)量方法，儀器的切向?qū)к夐L(zhǎng)度為l'Y，l'Y遠(yuǎn)小于lY，測(cè)量左齒面和右齒面所對(duì)應(yīng)的齒輪轉(zhuǎn)角都是，本方法的優(yōu)點(diǎn)：①避免了切向?qū)к夁^(guò)長(zhǎng)、難以制造的難題，使得儀器結(jié)構(gòu)緊湊；②測(cè)頭移動(dòng)量小，減少了因?qū)к壔瑝K移動(dòng)引起的儀器重心移動(dòng)量，有利于保證測(cè)量精度；③避免了齒根測(cè)量“敏感”的問(wèn)題。嚙合線測(cè)量法用于內(nèi)齒輪測(cè)量更具優(yōu)勢(shì)。如圖15所示，用展成法測(cè)量?jī)?nèi)齒輪具有諸多不便之處：①齒輪轉(zhuǎn)角較大，需要采用尖測(cè)頭測(cè)量，且測(cè)頭與齒輪頂圓易干涉；②在測(cè)量完一個(gè)齒面后，必須把測(cè)頭調(diào)轉(zhuǎn)方向才能測(cè)量另一個(gè)齒面；③測(cè)量導(dǎo)軌較長(zhǎng)，精度難以保證；④測(cè)頭移動(dòng)量大，增加重心移動(dòng)量，影響測(cè)量精度。如圖16所示，采用嚙合線法測(cè)量?jī)?nèi)齒輪，由于齒輪轉(zhuǎn)角較小，可以采用球測(cè)頭測(cè)量，既避免了傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺點(diǎn)，又可實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪齒廓連續(xù)、快速測(cè)量。嚙合線測(cè)量法目前受到極大的關(guān)注，日本東京儀器公司的齒輪測(cè)量中心采用了該方法，日本三菱重工生產(chǎn)的大型外齒成型磨床ZGA2000也采用了該技術(shù)。該磨齒機(jī)最大可加工齒輪直徑為2m，采用嚙合線測(cè)量法測(cè)量齒輪齒廓(圖17)，極大縮短了切向?qū)к壍拈L(zhǎng)度。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

4.特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量方法

就齒輪在位測(cè)量而言，無(wú)論是在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)還是上置式測(cè)量系統(tǒng)，其共同問(wèn)題是測(cè)量?jī)x器與被測(cè)齒輪的位置如何精確確定。這種位置關(guān)系包含兩個(gè)基本問(wèn)題：一是根據(jù)齒輪的位置確定測(cè)量?jī)x器的姿態(tài)；其二是齒輪軸線(或基準(zhǔn)面)與測(cè)量?jī)x器的真實(shí)空間距離的確定。為了建立測(cè)量裝置和被測(cè)齒輪的位置關(guān)系，需要測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大的“第三方”來(lái)完成此項(xiàng)工作。高精度的激光跟蹤測(cè)量技術(shù)為此提供了手段基于激光跟蹤干涉測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，作者研制了特大型齒輪激光跟蹤在位測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)由激光跟蹤干涉儀、三維測(cè)量平臺(tái)及測(cè)控軟件等部分組成(圖18)。測(cè)量時(shí)，利用激光跟蹤干涉儀建立齒輪坐標(biāo)系和三維測(cè)量平臺(tái)的儀器坐標(biāo)系，經(jīng)坐標(biāo)變換將齒輪坐標(biāo)系、儀器坐標(biāo)系統(tǒng)一到激光跟蹤儀所在的測(cè)量坐標(biāo)系中，確定了齒輪坐標(biāo)系與三維測(cè)量平臺(tái)坐標(biāo)系的位置關(guān)系，特大型齒輪測(cè)量便可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的齒輪測(cè)量，即實(shí)現(xiàn)了特大型齒輪“搬”到三維測(cè)量平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量。激光跟蹤在位測(cè)量技術(shù)集成了激光跟蹤和坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的靈活性，通過(guò)“大尺寸化小”或“以小測(cè)大”這一思路，實(shí)現(xiàn)了特大型齒輪的高精度測(cè)量；與傳統(tǒng)的“以大測(cè)大”方式有本質(zhì)的區(qū)別。這一方案也就可用于其它大型復(fù)雜零件的測(cè)量，精度高、通用性強(qiáng)，具有發(fā)展前景。

結(jié)論

(1)源于大齒輪的特點(diǎn)，大齒輪測(cè)量以分析式測(cè)量為主，而很少采用功能式綜合測(cè)量；面向分析測(cè)量的大齒輪離位測(cè)量和在位測(cè)量都得到一定發(fā)展。大型齒輪測(cè)量中心和大型精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是大齒輪離位測(cè)量的兩種儀器，受精密機(jī)械技術(shù)的制約，最大被測(cè)齒輪直徑?jīng)]超過(guò)5000mm。大齒輪測(cè)量存在許多問(wèn)題，缺乏大尺度樣板、量值不能溯源是最主要問(wèn)題。(2)隨著大齒輪尺度不斷增大及其相應(yīng)加工工藝的變化，引發(fā)了大齒輪測(cè)量技術(shù)從量到質(zhì)的變化。以全信息的齒輪精度3D表征為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)大齒輪質(zhì)量的全局表征和快速測(cè)量，是大齒輪測(cè)量技術(shù)的總體要求和發(fā)展方向。目前，大齒輪測(cè)量技術(shù)呈現(xiàn)新的發(fā)展態(tài)勢(shì)，包括：①多站點(diǎn)集成式特大型齒輪并行測(cè)量技術(shù)；②大齒輪樣板；③克服傳統(tǒng)測(cè)量模式難題的新測(cè)量方法；④基于激光跟蹤測(cè)量原理的特大齒輪在位測(cè)量技術(shù)。(3)“以小測(cè)大”是解決特大型齒輪高精度測(cè)量的新思路。激光跟蹤在位測(cè)量技術(shù)集成了激光跟蹤和坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的靈活性，是實(shí)現(xiàn)“以小測(cè)大”的較好方式。這一方案也能應(yīng)用于其它大型復(fù)雜零件的測(cè)量，精度高、通用性強(qiáng)，具有發(fā)展前景。(本文圖、表略)

本文作者：石照耀 林虎 林家春 張白 單位：北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)院