檢驗齒輪徑向振擺誤差的檢驗裝置的製作方法

2023-07-29 21:22:41 1

專利名稱：檢驗齒輪徑向振擺誤差的檢驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪檢驗裝置，用於檢驗按權利要求1前序部分所述類型的徑向振擺誤差(同心度誤差、轉動誤差)。
背景技術：
齒輪檢驗裝置廣泛用於齒輪自動生產線上，以便例如在同一工件上進行下道工序之前先檢驗此前銑削的嚙合齒。由此可以避免具有較大誤差的齒輪再進行不必要的繼續加工或者避免它妨礙下道工序，避免它造成工具磨損加重或者完全毀壞工具。根據檢驗可以及時發現這種齒輪並從生產中剔除。
但是這種齒輪檢驗裝置也用於其它目的。特別是對於測量或者檢驗藉助於常用的測量系統不能測量的(例如直徑在2米以上)大齒輪來說，存在著對於既簡單卻又能精確測量方案的需求。
已經公知的有一系列自動操作的檢驗裝置可以用於測量齒輪徑向振擺。在測量徑向振擺時，主要是測定也稱為徑向振擺偏差的徑向振擺誤差。有關的細節例如可參閱德國工業標準DIN 3960。依據上述的標準，嚙合齒的徑向振擺偏差Fr是一種依次進入所有齒間隙內的在V圓周附近接觸齒面的測量件(球體或者圓柱體或者測量楔)的徑向位置差異，其中，齒輪可轉動進入測量件的引導軸中。利用Fr可說明齒輪周長上出現的測量值之間的最大差異。這種徑向振擺偏差基本上是由嚙合齒在與齒輪軸垂直的測量平面上的偏心度和齒間隙寬度因左右齒面齒距偏差的不均勻性造成的。V圓周在上述標準中也有定義。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種既簡單又能精確測定嚙合齒徑向振擺偏差的裝置。
該目的通過權利要求1所述的裝置得以實現。
本發明裝置的具有優點的結構其細化完善的內容構成為權利要求2-10的主題。
通過本發明取得的齒輪檢驗裝置在結構和安裝方面的簡易性和節省成本是顯而易見的。


下面藉助附圖對本發明的實施例進行詳細說明。其中圖1示意示出本發明第一種裝置的側視圖；圖2示意示出本發明第一種裝置的俯視圖；圖3示意示出齒輪的幾個齒連同測量卡規的俯視圖；圖4示意示出本發明第二種裝置的俯視圖；圖5示意示出本發明具有齒距測量用測量卡規的第三種裝置的俯視圖；圖6示意示出本發明的程序框圖。
具體實施例方式
本說明書中所使用的概念，都是在相關出版物和專利中也使用的。但需要說明的是，這些概念的使用僅是為了幫助更好地理解。本發明的構想和權利要求的保護範圍在實施中不應受到具體選用的概念的限制。本發明可以毫無問題地轉換到其他概念體系和/或專業領域。在其他專業領域也可以恰當地使用這些概念。
在圖1示出的本發明一種具有優點的實施方式中，齒輪檢驗裝置30的底架1承載著一個位置固定的主軸2，所要檢驗的齒輪3被夾緊在主軸2上面並可環繞軸4轉動。主軸2用作支座以便可轉動地支承所要測量的齒輪3。電動機5帶動主軸2，主軸2的角度位置例如由自動同步發送機角度發送器6測定。此外，處於底架1上的還有一個人工智慧的動態擺動滑座7，該滑座7藉助導向裝置8在擋塊9和10之間的線性引導，很容易在雙箭頭11(與Y軸平行的)方向上移動。人工智慧的動態擺動滑座7下面稱為徑向滑座7，因為它是相對於齒輪3作徑向移動。徑向滑座7可以用線性電動機12帶動，後者包括有一個在底架1上縱向延伸的定子16和一個在徑向滑座7下面的短轉子17。此外，屬於線性電動機12的還有一個行程測量系統，它包括一個玻璃刻度尺18和一個指示頭(探針頭)19。此外，為了操縱控制徑向滑座7還設置有一個圖中未示出的CNC(計算機數字控制的)控制裝置。作為典型的CNC控制裝置的可能細節可參閱圖6。在徑向滑座7上設置有一個帶有球體22的卡規(量規)21。卡規21連同球體22在所示的實施例中既可與Y軸平行地移動(也就是說從齒輪3方面來看是徑向)，如雙箭頭20所示，也可與Z軸平行地移動(Z軸與附圖平面垂直)。為實現平行於Z軸的可移動性，如圖1示意示出的那樣，卡規21連同球體22例如可藉助於懸掛裝置23與徑向滑座7連接。懸掛裝置23最好用作為滑座，並因此下面稱它為切向滑座(切線方向上移動的滑座)23，因為此切向滑座23可以在齒輪3的切線方向上運動。
該實施方式的其他細節可以參閱圖2。圖2示意示出裝置30的俯視圖。從圖2可以看出，卡規21的球體22進入所測量齒輪3的兩個齒之間的齒間隙內。為此目的，卡規21通過線性電動機12帶動這樣徑向地(與Y軸平行)向齒間隙內進給，直至球體22接觸到齒間隙的左右齒面時止。在該測量位置上由線性電動機12產生一種預先規定的壓緊力(稱為測量用壓力)。
在該優選的實施方式中，齒輪3由電動機6帶動在測量期間連續環繞軸4轉動，如箭頭24所示。卡規21連同球體22也被這種轉動所帶動，而且既在負Z方向(切線方向)上，也在負Y方向(徑向上)進行移動，這是因為球體22被從齒間隙中向後「擠壓」出去。一旦球體22從向後的被擠壓運動開始折回(換向)-該位置稱為最大偏移(偏移)位置-至少立即就可得到測量值Fr。Fr等於最大偏移。也還可以求得其他測量值，例如測量值Fz來作為測量值Fr的補充，一旦球體22要從偏移位置折回去時，那麼卡規21連同球體22就被自動拉回，方法是徑向滑座7受線性傳動裝置12帶動迅速在負Y方向上移動。通過這種措施這就避免了測量球體22不必要地沿齒輪3的齒面滑動並由此受到磨損。因為依據本發明上述的實施方式求得這一折回位置，這就使得主動地自動拉回卡規21有了可能，所以徑向滑座7也稱為人工智慧徑向滑座7。
在另一實施方式中，不是徑向滑座7主動地自動拉回去，而是球體22沿齒面滑動到，直至它能被例如彈簧的力自動拉回時止。然而這種實施方式的缺點是球體22受到磨損。
然後球體22通過重新的進給移動又置入下一個齒間隙中，並由線性電動機12在測量位置上重新產生預先規定的壓緊力(稱為測量用壓力)。這種過程最好反覆進行，直至所有齒間隙均被檢測完時止。
如所述那樣，藉助於一個行程或者位置傳感器至少可測定測量值Fr。在所示出的實施例中，測量值Fr是藉助玻璃刻度尺18和指示頭19測定的。如在圖1中可看到的那樣，玻璃刻度尺18具有可通過指示頭19測定的刻度。
如所述那樣，最好為齒輪3的所有齒間隙測定和儲存測量值Fr。在z個齒的情況下因此就產生z個不同的測量值Frz。從這些測量值的分布中可以得出齒輪3的徑向振擺誤差或者徑向振擺偏差的有關情況。最好使用具有相應軟體的計算機進行儲存和計值分析。計算機最好前置一個電路，用於處理測量信號並傳送給計算機。這種電路的實施例可以參閱圖6。軟體最好這樣設計，使其能控制或者起動徑向振擺測量的全部過程(測定測量值和控制傳動裝置5和/或者12)。
在另一優選的實施例中，為測量值Fr附加測定各個齒間隙的位置。這一點可以利用角度發送器6進行。最好這樣控制電動機5，使得齒輪3的轉動大致多於一整圈，以便能夠檢測到所有的齒間隙。球體22被置入到每個齒間隙內並測定球體22移動折回時的測量值Fr。如果將這些測量值與來自角發送器6的角度位置數據相聯繫，那麼就可以計算出齒輪3所有各齒的徑向振擺偏差。然後例如可以將各個測量值Fr與各個齒間隙一一對號入座。例如，如果比如說某個測量值超出了預先規定的公差(徑向振擺公差)範圍，那麼可以通過對號入座分配來找出相應的那個齒間隙。對於以後的後續處理工作或者以後的更精確的測量工作都很有幫助。
在上述的實施例中，得到的測量值Fr，沒有與各個齒間隙對號入座。在這種情況下，那就只能說明是否存在徑向振擺誤差和徑向振擺誤差例如是否處於預先規定的公差範圍之外。在這種情況下，例如可以將「有誤差的」齒輪剔除掉。
在如圖1和2所示的優選實施方式中，切向滑座23藉助於滾珠軸承31這樣支承，使得它可以在Z方向上作直線運動。
在另一種實施方式中，滑座7具有精確支承的旋轉中心，此旋轉中心作為懸掛裝置使用並使切向滑座23成為不必要的。卡規21直接懸掛在該旋轉中心上並最好與一個彈簧耦合連接，該彈簧以與彈簧25相似的方式施加復位力。此彈簧例如可以直接作用於卡規21。在此實施例中，卡規21連同球體22在作平行於Y軸的運動之外還要作環繞該旋轉中心的迴轉運動。
裝置40的一種優選實施方式在切向滑座23或者徑向滑座上具有能夠使裝置40與每次所要測量齒輪3的模數(模量)m相適配的措施。圖4示出了用於模數調整的典型裝置32、33。在所示的實施例中，徑向滑座7上具有槓桿臂32，它可環繞軸支座33進行調整。例如，如果在鬆開軸支座33區域內的螺絲後順時針方向調整槓桿臂32，切向滑座23的運動就受到限制，這就可以測量更小模數m的齒輪3。為了能夠測量更大模數m的齒輪，將槓桿臂32按逆時針方向調整，這裡需要說明的是，圖4所示是最大模數調整的情況。
為了能夠將卡規21連同球體22置入下一個齒間隙內，也可以設置一個帶動卡規21在Z方向上(也就是切線方向上)運動的傳動裝置。這種附加的傳動裝置(例如它可以包括一個線性電動機)是任選的。在圖1和2以及圖4所示的較為簡單的實施方式中，切向滑座23是藉助於彈簧力(返回)轉移到起始位置的。圖2和圖4示出了相應的拉簧(拉力彈簧)25。彈簧25當懸掛裝置23在負Z方向上移動時被拉伸。只要球體22的偏移折回，滑座23連同卡規21立刻就返回到圖2和4中虛線所示的起始位置。這種返回與正Z軸平行進行。為使返回動作停止最好設置一擋塊26，如圖2所示。也可以選用可調整的槓桿臂32作為擋塊使用，如圖4所示。不言而喻，為了使懸掛裝置23能在切線方向上運動，有各種各樣的彈簧設置和彈性元件可以使用。
本發明的檢驗裝置30或者40的底架1最好承載有線性電動機12的穩態的縱向延伸部件16，而動態擺動滑座7最好承載有可移動的短部件17(也稱為轉子)。這種設置優點較多，因為動態擺動滑座7由於其慣性較小而易於移動，而且它無需通過電纜輸送能量。此外，穩態的部件16的線圈內產生的熱量也很容易從底架1排出。
圖6示意示出本發明的典型電路60的方框圖。該電路在所示實施例中基本上滿足兩個功能。一方面，它包括有用於操縱控制線性電動機12的控制裝置72，另一方面它又包括有用於處理行程或者位置發送器18、19測量值的各種元件。徑向滑座7在所示的實施例中包括一個縱向延伸的定子16和短轉子17(與圖1和2中類似)。滑座7的徑向移動利用玻璃刻度尺18和傳感器19量取並輸送到處理電路。在所示的實施例中，由元件18和19組成的行程或者位置發送器是一種提供正弦和餘弦信號的增量式發送器。這些正弦和餘弦信號被輸送到信號預選器信號轉接設備69，它(69)將信號一方面提供給第一內插補器/計數器70，另一方面提供給第二內插補器/計數器68。第一內插補器/計數器70典型地具有更大的採樣率(例如1024)，以實現將模擬信號轉換成數位訊號。這些數位訊號由第一內插補器/計數器70通過計算機總線71傳輸到計算機。第二內插補器/計數器68典型地具有更小的採樣率(例如50)，以實現將模擬信號轉換成數字控制信號。
這些數字控制信號由控制裝置72處理，如已經介紹的那樣，以便將徑向滑座7拉回。在所示的實施例中，控制裝置72具有例如測定滑座7實際位置用的位置解碼器67。圖中未示出的計算機可以通過總線71和通信接口以及運動形態(方式)控制器64利用相應的軟體和硬體為滑座7預先規定所要求的運動形態(方式)。加法執行元件66把作為所要求的運動形態方式而預先規定的滑座位置與實際位置相疊加。在所示的實施例中，接下來是濾波器63和數字-模擬轉換器62。處於數字-模擬轉換器62的輸出端上的模擬信號，或者直接地或者通過相應的瞬時(力矩、動量)調節器61的繼續處理後被用來操縱控制線性電動機12。可以將具有相應軟體的計算機連同元件62-66共同視為CNC控制裝置的一個組成部分。
線性電動機12的(CNC)控制裝置最好這樣設置，更使得線性電動機12能夠施加預先規定的壓緊測量(用)壓力。
線性電動機12使徑向滑座7和卡規21的置位使用。藉助CNC控制裝置可以為所要檢驗的齒輪3進行最佳測量(用)壓力的調整。此外，根據本發明各具體實施方式
的不同，線性電動機12上具有的線性測量系統另外還可以用於測量徑向振擺偏差，然後將測量值提供給CNC控制裝置或另外的計算機儲存和計值分析。但正如已經提到過的那樣，也可以使用獨立於線性電動機12之外的另一種位置或者行程發送器。
在優選的實施方式中，球體22的直徑D這樣來選擇，即，如圖3所示，要使得球體22能精確地將球體中心點M處於齒輪3的V圓周27上。對此的細節可參閱校開頭所述的標準DIN 3960。
在另一實施方式中，齒輪3由電動機6帶動步進式環繞軸4轉動。對轉動這樣進行控制，使得在卡規21連同球體22進入和返回時，齒輪3每次都短暫停止轉動。而在測量自身進行期間，齒輪3如箭頭24所示那樣連續轉動。但最好使用在齒輪的全部徑向振擺測量期間齒輪3連續轉動這種實施方式。
正如標準DIN 3960提出的那樣，代替球21球體22頁可攜帶錐體或楔。
依據本發明可以非常精確地測量徑向振擺偏差。
在一優選的實施方式中，將上述的裝置30與用於齒距測量的測量裝置組合在一起。在這種情況下，除設置有帶有球體22的卡規21之外還可再多設置兩個其它的卡規，它們用於測定齒距p(從一個右齒面到下一個右齒面的距離)。通過這兩個卡規可以測定這兩個齒面之間距離的變化情況。從這兩個卡規測定的測量值中可以得出所謂的齒距曲線圖。從齒距誤差中幾乎不可能計算出徑向振擺偏差，這是因為即使是非常小的齒距誤差也會造成很大的徑向振擺偏差。因此人們可以不依賴於徑向振擺偏差而單獨地測定齒距誤差這是最好不過的。
圖5示出帶有用於齒距測量之測量裝置的裝置50。用於齒距測量之測量裝置至少有一部分設置在第一滑座7上，此外，用於齒距測量之測量裝置最好包括兩個卡規41。如果在兩個卡規41使用適當，最好將帶有球體22的卡規21移動到一側，翻開(掀開)或者取下。兩個卡規41在測量齒距時與所測量齒輪3(圖5中未示出)的兩個右齒面或者兩個左齒面同時接觸。每個卡規都具有一個自己的行程發送器42，它(42)在所示的實施例中都包括一個玻璃刻度尺43和一個傳感器44。藉助於行程發送器42可以測定兩個卡規的相對移動並將相對移動的情況傳輸到計值分析裝置。為對兩個行程發送器42的信號進行處理，可以使用類似於圖6所示電路配置的電路。
依據本發明，可以將電感式、電容式、光學或者其他種類的行程或者角度測量系統用於記錄在依據本發明的檢驗過程中可能出現的運動情況。
為使滑座7運動最好使用電控的線性電動機。在另一實施方式中，例如像DE 196 41 720 A1所介紹的那樣，使用了電控線性電動機與電磁直接傳動裝置的組合方式。因為電磁直接傳動裝置僅產生非常小的移動，所以藉助於電控線性電動機進行粗進給。然後用電磁直接傳動裝置進行精微進給。
最好使用增量式工作的系統作為行程或者位置傳感器，這種系統掃描2個軌跡，除了提供正弦信號外也還提供餘弦信號。由此可以提高精確度。
本發明的裝置特別適用於近似手工測量齒輪的工作。
權利要求
1.檢驗裝置(30；40；50)帶有，①可轉動支承所測量齒輪(3)的支座(2)、②轉動所測量齒輪(3)用的第一傳動裝置(5)、③第一滑座(7)，(它受第二傳動裝置(12)的作用可相對於支承在支座(2)上的齒輪(3)作徑向移動)，其特徵在於，-第一滑座(7)具有懸掛裝置(23)，後者將帶有測量頭(22)的卡規(21)與第一滑座(7)相連接，其中，懸掛裝置(23)這樣設置，即它要能夠使得帶有測量頭(22)的卡規(21)以在一個方向上移動，也就是在支承在支座(2)上的齒輪(3)的切線方向上至少可移動一段距離，-設置有一操縱控制裝置(60)，用於將第一滑座(7)連同懸掛裝置(23)和帶有測量頭(22)的卡規(21)徑向進給到所測量齒輪(3)的齒間隙內，以便測量頭(22)與齒間隙的兩個齒面產生接觸，-設置有用於測定至少一個測量值(Fr)的測量裝置(18、19；60)，測量裝置要能說明測量頭(22)在所測量的齒輪(3)受第一傳動裝置(5)作用而轉動期間它在齒間隙內的移動情況，同時測量裝置要指向所測量齒輪(3)的徑向向外的方向。
2.按權利要求1所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，控制裝置(60)這樣設置，即要使測量頭(22)能依次在齒輪(3)的每個齒間隙內進入和移出，同時，為每個齒間隙測定一個相應的測量值(Fr)。
3.按權利要求1或2所述檢驗的裝置(30；40；50)，其特徵在於，懸掛裝置(23)設置為第二滑座，它藉助於一個線性導向裝置支承在第一滑座(7)上。
4.按權利要求1或2所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，帶有測量頭(22)的卡規(21)有一長條的形狀，其縱軸這樣走向，使得測量頭(22)在第一滑座(7)的線性移動作用下可徑向進入齒間隙內。
5.按權利要求4所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，測量頭(22)可為球體、錐體或者楔。
6.按權利要求1或2所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，操縱控制裝置(60)這樣設置，只要測量頭(22)在齒間隙內的運動出現換向(折回)，它就應能立即自動將第一滑座(7)連同卡規(21)和測量頭(22)從齒間隙中拉回。
7.按權利要求1或2所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，測量裝置(18、19、60)包括有一個設置在第一滑座(7)區域內的行程或者位置傳感器，該傳感器發出測量值作為行程信息說明測量頭(22)在齒間隙內移動的情況。
8.按權利要求1或2所述的檢驗裝置(30；40；50)，其特徵在於，為懸掛裝置(23)和/或卡規(21)設置有擋塊(26；32、33)最好是可調整的，其中，擋塊(26；32、33)用來限制懸掛裝置(23)和/或卡規(21)在切線方向上的運動。
9.按前述權利要求中任一項所述的檢驗裝置(50)，其特徵在於，設置有用於齒距測量的測量裝置，該裝置部分設置在第一滑座(7)上，此外，該用於齒距測量的裝置最好包括兩個卡規(41)，它們可以同時與所測量齒輪(3)的兩個右齒面或兩個左齒面產生接觸。
10.按權利要求9所述的檢驗裝置(50)，其特徵在於，用於齒距測量的測量裝置包括有兩個發送器(42)，以便能夠測定兩個卡規(41)的偏移(偏轉)。
全文摘要
本發明涉及的檢驗裝置(30)帶有，可轉動支承所要測量齒輪(3)的支座(2)、轉動所測量齒輪(3)用的第一傳動裝置(5)，第一滑座(7)它受第二傳動裝置(12)的作用可相對於支承在支座(2)上的齒輪(3)作徑向移動。第一滑座(7)具有一懸掛裝置(23)它支承著帶有測量頭(22)的卡規(21)，其中，懸掛裝置(23)要這樣支承在第一滑座(7)上，即，它要能夠在支承於支座(2)上的齒輪(3)的切線方向上來回移動。設置的一種操縱控制裝置用於將第一滑座(7)連同懸掛裝置(23)和帶有測量頭(22)的卡規(21)徑向進給到所測量齒輪(3)的齒間隙(齒槽)內，以便測量頭(22)與齒間隙的兩個齒面產生接觸。此外，還設置有採集測量值(F
文檔編號G01M13/02GK1693868SQ200510071609
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月25日 優先權日2004年5月7日
發明者P·高爾德, A·紐辛格 申請人:科林基恩伯格股份有限公司