基准级渐开线激光测量仪的精度提升方法研究
齿轮渐开线样板作为渐开线标准圆柱齿轮量值传递的标准器件，对渐开线齿廓相关产品具有指导意义。精密制造，测量先行，渐开线测试技术和仪器的精度是提高齿轮渐开线样板制造精度的关键因素。齿廓形状偏差是齿轮渐开线样板评价精度等级的唯一指标，当前1级渐开线标准圆柱齿轮的测试技术已突破，对于1级精度齿轮渐开线样板的精密测量尚属国内空白。 本文针对1级精度齿轮渐开线样板的齿廓偏差测量展开研究，通过分析国内外渐开线测量仪的测试技术和发展现状，论证得出双盘式渐开线测量仪的测量原理简单，精度提升相对容易。基于此，本文设计制作了基准级渐开线激光测量仪的激光测量系统，开发出一款界面友好、操作便捷的测量系统软件。根据测点位置误差对齿廓倾斜偏差和齿廓形状偏差影响的分析，研制了一种测头系统，并提出齿廓偏差法和过渡段特性法用以精确调整测点位置，可将测点定位精度调整到约±5μm，其对齿廓偏差的影响不大于0.05μm，满足精度要求。 为了系统地分析空间几何误差对测量精度的影响，本文提出了一种渐开线齿廓偏差的误差补偿模型，基于坐标系变换的方法获得齿轮渐开线样板齿廓偏差的理论值；并对基准级渐开线激光测量仪中影响齿廓偏差的不确定因素展开分析和讨论，采用“测量不确定度评定与表示指南（简称GUM）”评定仪器的测量不确定度，得出未补偿前仪器对于齿廓倾斜偏差的测量不确定度U95(fHα)=0.92μm，齿廓形状偏差的测量不确定度U95(ffα)=0.18μm，其中U95(ffα)不大于1级齿轮渐开线样板齿廓形状公差的1/3，满足1级精度齿轮渐开线样板的精密测量要求。 设计实验验证齿廓偏差补偿模型的有效性，实验结果与理论模型的相对误差不大于4%；基于模型提出了一种装配补偿法，针对仪器中的主要误差源进行误差补偿实验，补偿后仪器对于齿廓倾斜偏差的测量不确定度U95(fHα)=0.36μm，齿廓形状偏差的测量不确定度U95(ffα)=0.17μm，实验结果表明该方法能有效减小仪器测量齿廓倾斜偏差的不确定度，提高测量精度。 最后，对1级精度齿轮渐开线样板进行测量实验，将测量结果与东北国家计量测试中心KlingelnbergP40的测量结果进行量值比对，经比较测量不确定度认为本文研制的基准级渐开线激光测量仪测量精度更高，能够实现1级齿轮渐开线样板的精密测量。
基准级渐开线激光测量仪;激光测量系统;齿廓偏差法;误差补偿;坐标系变换
大连理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
凌四营
2022
中文
TG86
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）