大模数分段齿单齿段的三坐标检测

张 颖 李艳秋（北方重工集团传动设备分公司，辽宁 沈阳 110027）



大模数分段齿单齿段的三坐标检测

张 颖 李艳秋
（北方重工集团传动设备分公司，辽宁 沈阳 110027）

摘 要：本文基于三维数模的三坐标检测方法的基本原理，把零件的三维数模导入到三坐标测量机的检测软件中，并通过坐标系的对齐，使机器坐标系与工件坐标系保持一致，然后通过捕获零件的理论坐标与检测得到的工件的实际坐标点相比较。通过三维数模的导入、坐标系的对齐、三坐标测量机自动检测、测量结果评定及模拟装配等检测步骤完成整个检测过程。

关键词：三坐标检测；分段齿；逆向检测；三维数模

一、前言

超大型齿圈（直径大于5000mm）被广泛运用于矿山、船舶、建材、航天等领域，但由于其质量重，体积大，导致制造、运输、安装均很困难。为解决这些问题，我公司在针对超大齿圈分段加工方法上自主研发了整套分段齿加工工艺，并已成功试制模数40，分为12段，组合后直径达6720mm的超大齿圈。

超大齿圈的加工精度直接影响设备运行是否安全、可靠、平稳，检测该精度是否达标便尤为重要，所以精确测量超大齿圈结构参数是定量评价其齿面几何质量的关键，是齿轮加工机床参数修正的基础，是确保设备安全可靠平稳运行的依据。

目前国内对于小型齿圈的测量技术已经非常成熟，能实现几乎所有误差特征的精密测量，然而大齿圈尤其是超大型齿圈，其结构、体积大的特点导致无法按照常规的仪器及测量方法测量，且在测量技术和测量设备上都要落后于生产制造环节，即使是在国外也没有有效的超大型齿圈测量技术与可靠设备。

现阶段超大型齿圈的测量技术只能借助大齿圈的一些测量分析方法或测量装置，误差较大，可测量齿轮结构参数有限，测量结果并不理想。现我们将大齿圈拆分，采用三维数模的三坐标检测方法对每一段分段齿进行精确分析测量，确保每段分段齿论加工误差在整体平均误差以内，从而实现装配后安全、稳定的运行。

二、具体三坐标检测方法

基于三维数模的三坐标检测方法的基本原理是把零件的三维数模导入到三坐标测量机的检测软件中，并通过坐标系的对齐，使机器坐标系与工件坐标系保持一致，然后通过捕获零件的理论坐标与检测得到的工件的实际坐标点相比较。因此，为实现这一目的必须要解决三维数模的导入、坐标系的对齐、三坐标测量机自动检测、测量结果评定及模拟装配四个技术问题。

（一）三维数模的导入

要实现零件基于三维数模的零件精度检测，必须把零件的三维数模导入到三坐标的测量软件中，但由于不同的CAD软件生成的文件格式不一样，并且不能互读，为了解决这一技术上的矛盾，我们采用美国的初始图形交换标准IGES（Initial Graphics Exchange Specification）与CAD数据接口交换，来实现三维数模导入三坐标测量软件。

（二）坐标系的对齐

坐标系的对齐是零件基于三维数模的零件精度检测最重要的一环，要使检测能够顺利进行并且得到高精度的检测结果，那么在三维数模导入三坐标测量机后，如何实现机器坐标系与工件坐标系保持一致就变得异常重要，坐标系的对齐我们采用坐标找正法，工件只需放置在检测区域内，无需定位，充分简化了检测前准备工作。将分段齿表面加工精度高的定位销孔作为测量定位及定向点，建立工件坐标系，从而实现机器坐标与工件坐标的对齐，再在工件的3D数模中找出这些定位及定向点的理论值，通过三坐标测量机的迭代，实现坐标系的对齐，只有坐标系精准的对齐，后续自动检测才能正确的进行。

（三）三坐标测量机自动检测

在三坐标测量机上根据建立的理论齿面模型，在齿面的旋转投影面上进行测量网格规划，在加工质量检测中，根据CAD得到的产品模型，选择合适的路径，编制并生成自动测量程序，控制三坐标机的测量轨迹，全面自动扫描分段齿轮轮齿表面及所有待测参数。

（四）测量结果评定及模拟装配

利用三坐标测量机扫描功能测量分段式渐开线圆柱齿轮，完成各个齿的数据采集，再用逆向工程方法对所采集的数据完成单段齿轮的精准计算，根据实际测绘数据重新生成CAD数模，三坐标AC-DMIS软件将实际数模与理论数模进行比较，计算出齿轮各个参数误差值，直接输出测量评定结果。最后将各齿段标号记录，利用CAD软件将数模模拟组合，确定各标号齿段对应位置，充分提高装配精度及效率。

结语

三维数模逆向工程的三坐标测量方法，可以完成专用齿轮测绘设备完成不了的工作。并可延伸至测量螺旋锥齿轮、异形曲线曲面、滚齿刀、插齿刀等各类复杂线、面、体的检测。充分提高产品加工精度，为后续装配乃至运行打下高效、安全、稳定的扎实基础。

参考文献

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中图分类号：TH312

文献标识码：A