螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統及其檢測方法技術方案

本發明專利技術涉及一種螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統及其檢測方法，檢測的關鍵參數包括齒根圓半徑，齒頂圓半徑和齒距誤差。本發明專利技術的檢測系統包括箱體、旋轉機構、工作臺、回轉平臺、定心裝置、第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器、橫梁、安裝在立柱上的伺服電機、立柱、Z軸導軌、X軸導軌、數據采集及通信系統、數據處理與顯示系統。本發明專利技術的檢測方法為旋轉機構帶動著待測齒輪旋轉，數據采集系統實時采集激光位移信號，并將采集到的激光位移信號傳送到數據處理系統和數據顯示系統。本發明專利技術檢測系統將激光三角位移傳感器作為主要檢測部件，采用非接觸式的激光測量法，在檢測的精度和速度上得到了很大提高。

【技術實現步驟摘要】
螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統及其檢測方法
本專利技術涉及一種基于激光三角位移傳感器的螺旋傘齒輪關鍵參數的檢測系統和方法，屬于光學檢測

技術介紹
螺旋傘齒輪是一種重要的傳動部件，具有傳動效率高、傳動比穩定、工作可靠和壽命長等優點，因此被廣泛應用于汽車、機床、航空等多個領域。例如螺旋傘齒輪作為汽車后橋主減速器中的重要傳動部件，其質量直接影響到汽車的舒適性和安全性。螺旋傘齒輪在鍛造過程中可能會產生不合格的產品，如果這些不合格的產品被使用到汽車中將會影響汽車的安全性，因此對螺旋傘齒輪關鍵參數的檢測也是尤為重要的。目前提出的齒輪參數的檢測系統和檢測方法大多數是針對直齒輪和特大型齒輪，而無法實現螺旋傘齒輪關鍵參數的快速精準檢測。本專利技術針對螺旋傘齒輪齒頂圓半徑、齒根圓半徑和齒距偏差的檢測提出了一種非接觸式的高精度、高效率的測量方法。
技術實現思路
基于目前齒輪參數的檢測系統和檢測方法無法實現螺旋傘齒輪關鍵參數的快速精準檢測，本專利技術針對螺旋傘齒輪的檢測提出了一種螺旋傘齒輪關鍵參數檢測系統和檢測方法。本專利技術的技術方案如下：一種螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，包括箱體、旋轉機構、工作臺、回轉平臺、定心裝置、第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器、橫梁、伺服電機、立柱、Z軸導軌、X軸導軌、數據采集及通信系統、數據處理與顯示系統，所述工作臺固定安裝在所述箱體上，在所述工作臺上設有所述回轉平臺和所述立柱，所述立柱與所述回轉平臺垂直，所述伺服電機安裝在所述立柱上；所述回轉平臺通過轉軸與旋轉機構連接，在所述旋轉機構的驅動下進行旋轉；在所述回轉平臺上設有所述定心裝置，待測螺旋傘齒輪經過定心處理后在電磁力的作用下吸合固定在所述回轉平臺上并且能隨所述回轉平臺同步轉動；所述橫梁垂直安裝在所述立柱上，所述立柱上設有與其平行的所述Z軸導軌；所述橫梁在所述伺服電機的驅動作用下沿著所述Z軸導軌滑動，所述橫梁上設有與所述橫梁平行的X軸導軌；第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器分別設置在所述橫梁上，用于同時對待測齒輪的不同參數進行測量，三個所述激光三角位移傳感器在所述伺服電機的驅動下沿X軸導軌移動，并且第三激光位移傳感器的角度在測量過程中可根據被測齒輪的節錐角進行調節；所述數據采集及通信系統與第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器相連接，所述數據采集及通信系統將獲取的數據傳送到數據處理系統，數據處理系統對獲得的數據進行相應的坐標轉換、誤差分離、擬合計算后由所述的顯示系統顯示出檢測結果。優選的，所述回轉平臺為一個通電后能產生電磁力的電磁機構并且在所述旋轉機構的驅動下能進行旋轉，所述旋轉機構包括轉軸、角位移傳感器和伺服驅動系統，所述轉軸的上端與所述回轉平臺連接，所述轉軸的下端與所述角位移傳感器連接，所述角位移傳感器的右端與所述伺服驅動系統連接。優選的，所述橫梁上設置有用于檢測齒頂圓半徑的第一激光三角位移傳感器，用于檢測齒根圓半徑的第二激光三角位移傳感器，以及用于檢測齒距誤差的第三激光三角位移傳感器。優選的，所述第一激光三角位移傳感器具有第一安裝角度，其用于使所述第一激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的齒頂部；所述第二激光三角位移傳感器具有第二安裝角度，其用于使所述第二激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的齒根部；以及所述第三激光三角位移傳感器具有第三安裝角度，其用于使所述第三激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的分度圓上。一種螺旋傘齒輪關鍵參數的檢測方法，檢測的具體步驟如下：1)首先機械手裝置將待測齒輪平放到回轉平臺上，經定心裝置的定心處理后待測齒輪的中心與所述回轉平臺的中心重合，然后電磁機構通電后產生電磁力，在電磁力的作用下待測齒輪被吸合固定在所述回轉平臺上，以所述回轉平臺與所述待測齒輪的接觸面中心為極心建立極坐標系；2)在伺服電機的驅動作用下，橫梁沿Z軸導軌向下滑動，使得第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器逐漸靠近待測齒輪，然后分別調節所述第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器在所述X軸導軌上的位置，并且第三激光位移傳感器的角度可根據被測齒輪的節錐角進行調節，使待測齒輪處于所述第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器的標準量程范圍內；所述激光三角位移傳感器的位置確定后，記錄此時所述激光三角位移傳感器的位置；3)所述回轉平臺在旋轉機構驅動下進行旋轉，待測齒輪隨著回轉平臺同步轉動，所述第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器發射的激光分別直射到待測齒輪的齒頂部、齒根部和分度圓上；待測齒輪每隨著回轉平臺同步旋轉角度q°，其中q值可在數據處理系統中設定為某一固定值，q的取值范圍在0.5～2之間，數據采集系統采集一次每個激光三角位移傳感器的激光位移信號，分別記作d1(t)，d2(t)，d3(t)，其中t＝1,2,3,…n,n為大于等于30的正整數；數據采集系統連續采集多組數據，然后將采集到的多組激光位移信號傳送到數據處理系統；4)數據處理系統對采集得到的多組數據首先轉換成極坐標的形式，然后進行誤差分離，最后對誤差分離后的數據進行擬合與計算；第一激光三角位移傳感器和第二激光三角位移傳感器獲得的數據可以擬合為兩個圓弧，兩個圓弧的半徑即為齒頂圓半徑和齒根圓半徑，第三激光三角位移傳感器獲得的數據可以擬合出對應的齒廓形狀，可進一步算出待測齒輪的齒距，將測得的齒距與標準齒距比較即可獲得齒距誤差；顯示系統顯示最終檢測結果：齒頂圓半徑、齒根圓半徑和齒距誤差。優選的，建立極坐標系前需要先對待測齒輪進行定心處理，使定心軸的中心與齒輪中心重合，極坐標系的極心為待測齒輪與回轉平臺接觸面的中心點。優選的，其特征在于測量過程中待測齒輪與回轉平臺每旋轉1°，數據采集系統采集1組激光三角位移傳感器的激光位移信號，連續采集50組數據，最終對獲得的50組數據進行擬合計算。本專利技術所述的螺旋傘齒輪關鍵參數的檢測方法中提到的激光三角位移傳感器選用型號為ZLDS113，標準量程D為100mm，分辨率為1μm。本專利技術針對螺旋傘齒輪關鍵參數的檢測提出了一種激光檢測系統和相應的檢測方法，本專利技術存在的優點有：1)待測齒輪在電磁力的作用下緊緊地吸合在回轉平臺上，在測量過程中隨回轉平臺同步轉動，減小由測量系統本身引起的誤差；2)本專利技術采用的是基于激光三角位移傳感器的非接觸式檢測方法，設計的檢測系統中采用三個激光三角位移傳感器分別對三個待測參數進行檢測，提高了檢測的效率；3)目前提出的齒輪參數的檢測系統和檢測方法大多數是針對直齒輪和特大型齒輪的參數檢測，本專利技術提出的檢測系統和方法可以實現螺旋傘齒輪關鍵參數的快速精準檢測。附圖說明圖1為本專利技術的螺旋傘齒輪關鍵參數檢測系統示意圖；圖2為本專利技術的檢測系統中旋轉定位結構示意圖；圖3為本專利技術的激光三角位移傳感器安裝示意圖；圖4為本專利技術的螺旋傘齒輪關鍵參數檢測方法的示意圖；以及圖5為本專利技術的檢測系統控制框圖。具體實施方式本專利技術的具體實施方式如下：如圖1所示，本專利技術的螺旋傘齒輪關鍵參數檢測系統，要由箱體1、工作臺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，包括箱體、旋轉機構、工作臺、回轉平臺、定心裝置、第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器、橫梁、伺服電機、立柱、Z軸導軌、X軸導軌、數據采集及通信系統以及數據處理與顯示系統，其特征在于：所述工作臺固定安裝在所述箱體上，在所述工作臺上設有所述回轉平臺和所述立柱，所述立柱與所述回轉平臺垂直，所述伺服電機安裝在所述立柱上；所述回轉平臺通過轉軸與旋轉機構連接，在所述旋轉機構的驅動下進行旋轉；在所述回轉平臺上設有所述定心裝置，待測螺旋傘齒輪經過定心處理后在電磁力的作用下吸合固定在所述回轉平臺上并且能隨所述回轉平臺同步轉動；所述橫梁垂直安裝在所述立柱上，所述立柱上設有與其平行的所述Z軸導軌；所述橫梁在所述伺服電機的驅動作用下沿著所述Z軸導軌滑動，所述橫梁上設有與所述橫梁平行的X軸導軌；第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器分別設置在所述橫梁上，用于同時對待測齒輪的不同參數進行測量，三個所述激光三角位移傳感器在所述伺服電機的驅動下沿X軸導軌移動，并且第三激光位移傳感器的角度在測量過程中可根據被測齒輪的節錐角進行調節；所述數據采集及通信系統與第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器相連接，所述數據采集及通信系統將獲取的數據傳送到數據處理系統，數據處理系統對獲得的數據進行相應的坐標轉換、誤差分離、擬合計算后由所述顯示系統顯示出檢測結果。...

【技術特征摘要】
1.一種螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，包括箱體、旋轉機構、工作臺、回轉平臺、定心裝置、第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器、第三激光三角位移傳感器、橫梁、伺服電機、立柱、Z軸導軌、X軸導軌、數據采集及通信系統以及數據處理與顯示系統，其特征在于：所述工作臺固定安裝在所述箱體上，在所述工作臺上設有所述回轉平臺和所述立柱，所述立柱與所述回轉平臺垂直，所述伺服電機安裝在所述立柱上；所述回轉平臺通過轉軸與旋轉機構連接，在所述旋轉機構的驅動下進行旋轉；在所述回轉平臺上設有所述定心裝置，待測螺旋傘齒輪經過定心處理后在電磁力的作用下吸合固定在所述回轉平臺上并且能隨所述回轉平臺同步轉動；所述橫梁垂直安裝在所述立柱上，所述立柱上設有與其平行的所述Z軸導軌；所述橫梁在所述伺服電機的驅動作用下沿著所述Z軸導軌滑動，所述橫梁上設有與所述橫梁平行的X軸導軌；第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器分別設置在所述橫梁上，用于同時對待測齒輪的不同參數進行測量，三個所述激光三角位移傳感器在所述伺服電機的驅動下沿X軸導軌移動，并且第三激光位移傳感器的角度在測量過程中可根據被測齒輪的節錐角進行調節；所述數據采集及通信系統與第一激光三角位移傳感器、第二激光三角位移傳感器和第三激光三角位移傳感器相連接，所述數據采集及通信系統將獲取的數據傳送到數據處理系統，數據處理系統對獲得的數據進行相應的坐標轉換、誤差分離、擬合計算后由所述顯示系統顯示出檢測結果。2.根據權利要求1所述的螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，其特征在于，所述回轉平臺為一個通電后能產生電磁力的電磁機構并且在所述旋轉機構的驅動下能進行旋轉，所述旋轉機構包括轉軸、角位移傳感器和伺服驅動系統，所述轉軸的上端與所述回轉平臺連接，所述轉軸的下端與所述角位移傳感器連接，所述角位移傳感器的右端與所述伺服驅動系統連接。3.根據權利要求1所述的螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，其特征在于，所述橫梁上設置有用于檢測齒頂圓半徑的第一激光三角位移傳感器，用于檢測齒根圓半徑的第二激光三角位移傳感器，以及用于檢測齒距誤差的第三激光三角位移傳感器。4.根據權利要求3所述的螺旋傘齒輪關鍵參數激光檢測系統，其特征在于，所述第一激光三角位移傳感器具有第一安裝角度，其用于使所述第一激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的齒頂部；所述第二激光三角位移傳感器具有第二安裝角度，其用于使所述第二激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的齒根部；以及所述第三激光三角位移傳感器具有第三安裝角度，其用于使所述第三激光三角位移傳感器所發射的激光能直射到待測齒輪的分度圓上。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張玉存，李永勃，李群，李亞彬，
申請(專利權)人：燕山大學，
類型：發明
國別省市：河北,13