齒輪測量技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有一百多年的歷史，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，齒輪測量技術(shù)也呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢，面對新時(shí)代下齒輪制造業(yè)的快速發(fā)展，基于新測量原理的齒輪快速測量技術(shù)與基于光學(xué)方法的齒輪并行測量技術(shù)以及面向網(wǎng)絡(luò)的齒輪閉環(huán)測量技術(shù)相應(yīng)發(fā)展起來，開啟了齒輪測量技術(shù)的新發(fā)展。該文對齒輪測量技術(shù)在進(jìn)入新時(shí)代后的新發(fā)展進(jìn)行深入分析并探討。

齒輪測量技術(shù)的發(fā)展屹今為止已有近百年歷史，一般將其分為以齒廓、齒向與齒距測量為基礎(chǔ)的分析式測量，以綜合測量為基礎(chǔ)的功能式測量和將單項(xiàng)與綜合集于一體的齒輪整體誤差測量，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，齒輪測量技術(shù)也有了新的發(fā)展，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，首先是在測量原理方面實(shí)現(xiàn)了從“比較測量”到“嚙合運(yùn)動測量”再到“模型化測量”；再者就是實(shí)現(xiàn)測量原理的技術(shù)手段在經(jīng)歷了“以機(jī)械為主”到“機(jī)電結(jié)合”的過程后，發(fā)展為現(xiàn)在的“光-機(jī)-電”與“信息技術(shù)”的綜合集成；最后是在表述與利用測量結(jié)果方面經(jīng)歷了“指示表加肉眼讀取”到“記錄器記錄加人工研判”再到現(xiàn)在“計(jì)算機(jī)自動分析并將測量結(jié)果反饋到制造系統(tǒng)”的飛躍。并且與此同時(shí)，齒輪測量儀也是經(jīng)歷了從單品種單參數(shù)儀器到單品種多參數(shù)儀器的轉(zhuǎn)變，最后演變?yōu)楝F(xiàn)在的多品種多參數(shù)的儀器。該文研究者針對齒輪測量技術(shù)的新發(fā)展進(jìn)行分析，分別論述基于新測量原理的齒輪快速測量技術(shù)、基于光學(xué)方法的齒輪并行測量技術(shù)以及面向網(wǎng)絡(luò)的齒輪閉環(huán)測量技術(shù)。

1基于齒輪雙面嚙合多維測量原理的齒輪在線快速測量技術(shù)

傳統(tǒng)的齒輪在線快速測量技術(shù)一般都是采用齒輪雙面嚙合測量的原理，因?yàn)檫@一原理十分簡單，且測量效率又高，對環(huán)境沒有什么嚴(yán)格的要求，同時(shí)又具備可使測量齒輪制作更加簡便的特點(diǎn)，滿足了快速測量的要求，過去對齒輪雙面嚙合測量技術(shù)的研究主要在兩個(gè)方面，一個(gè)是采用微電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測量過程的自動化，并對測量結(jié)果進(jìn)行各種分析與處理；另一個(gè)是測量方法蘊(yùn)涵并掩蓋的信息量，通過改變測量齒輪的結(jié)構(gòu)形式來盡可能多的挖掘出新的齒輪誤差信息，但是這些努力都沒有改變齒輪以嚙測量的本質(zhì)，通過這項(xiàng)測量技術(shù)所獲得的徑向綜合誤差是綜合了齒輪左右齒面多種單項(xiàng)誤差作用的結(jié)果，主要反映了被測齒輪的徑向誤差，最后經(jīng)理論與實(shí)踐證明，通過以嚙測量所獲得的結(jié)果很難保證齒輪軸向精度指標(biāo)能否合格，而且齒輪軸向的精度在一定程度上是由齒輪壽命、振動與噪聲決定的，雖然在計(jì)量室條件下測量齒輪軸向精度都是比較成熟的技術(shù)，但是面向生產(chǎn)現(xiàn)場中大批量齒輪的快速檢測中，想要快速獲取齒輪的軸向精度信息是十分困難的。而齒輪雙面嚙合多維測量原理就是這時(shí)候發(fā)展起來的，當(dāng)被測齒輪與測量齒輪作無側(cè)隙嚙合滾動時(shí)，測量中心距的變化量與齒輪的軸線偏擺量，再處理多路測量信號并獲取齒輪的徑向綜合誤差與軸向誤差信息。其實(shí)就是在傳統(tǒng)的雙面嚙合測量法上增加齒輪的自由度，再通過新增的自由度來反映被測齒輪的軸向精度信息。關(guān)鍵就在于改變了傳統(tǒng)測量的一維測量的本質(zhì)，又能在一次快速測量中同時(shí)得到被測齒輪的軸向精度信息。而之所以能實(shí)現(xiàn)齒輪雙面嚙合多維測量原理，主要是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)雙嚙儀的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)二維浮動機(jī)構(gòu)，上面安裝特殊測量齒輪，不但可以徑向移動，而且二維浮動機(jī)構(gòu)還能作微小徑向偏轉(zhuǎn)與切向偏轉(zhuǎn)。

2基于光學(xué)方法的齒輪并行測量技術(shù)

不管是采用測頭還是標(biāo)準(zhǔn)齒輪，基于接觸法的齒輪測量都屬于串聯(lián)測量，也就是先測上一點(diǎn)然后測量下一點(diǎn)，通過測量一系列的點(diǎn)來完成相關(guān)測量要求，但是通過齒輪串聯(lián)測量方式獲得的齒面信息不夠豐富，且測量效率偏低，這時(shí)基于非接觸測量的光學(xué)方法應(yīng)時(shí)發(fā)展了起來，它可以同時(shí)獲得被測量的信息，因此也被稱為并聯(lián)測量，其實(shí)對并聯(lián)測量的研究已有二十年的歷史，但真正發(fā)展起來是在近幾年，主要是由于光電技術(shù)與IT技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)并聯(lián)測量提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。目前光學(xué)方法測量齒輪主要有兩種方法，即采用相移法的齒面測量與基于攝影的齒輪參數(shù)測量。

2.1基于相移的三維齒面測量技術(shù)

該測量系統(tǒng)一般多采用基于四步相移法的測量技術(shù)，實(shí)際上就是測量被測齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的差別，屬于一種比較測量，測量一個(gè)齒面只需一秒鐘的時(shí)間，而且分辨率在一微米，它能獲得面齒上1 000*1 000點(diǎn)的信息，而且使用這種測量方法還可測量斜齒輪，但是要保證測量的精度必須先保證標(biāo)準(zhǔn)齒輪的精度，目前已研制出絕對測量的齒面測量系統(tǒng)。

基于三維相移測量系統(tǒng)

2.2基于攝影的齒輪參數(shù)測量

通常的測量系統(tǒng)由光學(xué)照明系統(tǒng)、CCD攝像頭、圖像采集系統(tǒng)、與計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件組成，其工作的原理是由照明系統(tǒng)發(fā)出的平行光線而使齒輪產(chǎn)生陰影輪廓，再經(jīng)透鏡系統(tǒng)聚集后成像于CCD面陣上，CCD將圖像信號變?yōu)殡姾尚盘?，利用圖像采集卡存入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，然后所采集到的圖像經(jīng)由軟件的處理、存儲并計(jì)算出相應(yīng)的各個(gè)尺寸，利用圖像測量技術(shù)進(jìn)行齒輪非接觸測量，測得齒輪中心、齒頂圓半徑、齒根圓半徑、齒烽、模數(shù)、齒頂高系數(shù)、齒頂高變動系數(shù)、變位系數(shù)、壓力角與齒距等參數(shù)。這種測量系統(tǒng)的精度取決于標(biāo)定精度，而標(biāo)定的方法一般是在視場內(nèi)放置一標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試塊，測量系統(tǒng)處理工件時(shí)讀取該試塊的像素值，然后再用工件的像素值除以該試塊的像素值，就可達(dá)到自動校正的目的。在實(shí)際的測量中，測量精度不但取決于標(biāo)定精度，還取決于CCD本身的誤差與光學(xué)系統(tǒng)的誤差。

2.3面向網(wǎng)絡(luò)的齒輪閉環(huán)測量技術(shù)

齒輪閉環(huán)測量是將齒輪幾何精度的測量結(jié)果反饋給機(jī)床，并以此為依據(jù)來修磨刀具并調(diào)整機(jī)床，屬于主動測量，其主要是應(yīng)用于螺旋錐齒輪的檢驗(yàn)與機(jī)床、刀具參數(shù)的調(diào)整上，以往主要是依據(jù)螺旋錐齒輪的配對檢驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)結(jié)果來進(jìn)行判斷的，然而這種測量方法測量出來的結(jié)果帶有隨機(jī)性，完全依靠經(jīng)驗(yàn)來判斷，同時(shí)測量與機(jī)床調(diào)整都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且難度大、生產(chǎn)成本高、周期長。在螺旋錐齒輪試切時(shí)質(zhì)量不能完全達(dá)到要求，這時(shí)可以通過齒輪測量閉環(huán)系統(tǒng)的相應(yīng)軟件依據(jù)測量結(jié)果重新計(jì)算并調(diào)整機(jī)床加工參數(shù)，以使再次試切時(shí)加工出質(zhì)量更好的產(chǎn)品。面向網(wǎng)絡(luò)的齒輪閉環(huán)測量技術(shù)是結(jié)合傳統(tǒng)齒輪閉環(huán)測量技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，目前還正在研究中，研究的主要內(nèi)容主要是局域范圍內(nèi)齒輪質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)與全域范圍的齒輪質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)單臺機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的測量與基于測量的機(jī)床調(diào)整、區(qū)域內(nèi)產(chǎn)品流程中質(zhì)量的變化與整體工藝性能的監(jiān)控等。

綜上所述，齒輪在線快速檢測就是雙面嚙合多維測量，是創(chuàng)新雙面嚙合一維測量原理的進(jìn)一步發(fā)展，適用于齒輪的大批量現(xiàn)場快速檢測；齒輪非接觸并聯(lián)測量則是在齒輪測量中應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，但受到精度與被測齒輪材質(zhì)的限制，還在剛起步階段；面向網(wǎng)絡(luò)的齒輪閉環(huán)測量已不僅僅用于螺旋錐齒輪的檢驗(yàn)與機(jī)床、刀具參數(shù)的調(diào)整，從根本上得到改變。