本發(fā)明屬于精密測試，涉及一種異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置及其在純滾動展成測量漸開線樣板中的應用，用于高精度齒輪漸開線樣板的純滾動展成測量。

背景技術：

1、齒輪漸開線樣板作為校準漸開線測量儀器的標準器具，對齒輪樣板和測量儀器的精度要求都十分苛刻。齒輪漸開線樣板國家標準gb/t?6467-2010將齒輪漸開線樣板分為兩個等級：1級和2級。其中1級為最高精度等級，1級樣板必須左右對稱或質(zhì)量平衡。國外能提供齒廓形狀偏差為1級精度(即1μm)的中小型齒輪漸開線樣板，但其展開長度不滿足我國1級齒輪漸開線樣板的要求。

2、目前市面上最常用也最具權威性的齒輪測量儀主要有三坐標測量機和齒輪測量中心。三坐標測量機和齒輪測量中心的工作原理是基于坐標法或電子展成法，測量精度高、速度快、功能強大，但尺寸鏈長、結構復雜、制造成本高，精度提升困難。大連理工大學王立鼎院士團隊研制了雙滾輪—導軌式齒輪漸開線樣板測量與磨削裝置，基于機械展成法設計，嚴格遵循漸開線展成原理，無原理性誤差，德國和日本也采用該展成機構實現(xiàn)了漸開線的高精度測量，是國內(nèi)外普遍認為展成精度最高的機構，但存在測點位置精確調(diào)整困難的問題。

3、對于雙滾輪-導軌式漸開線測量儀器，測頭應位于導軌平面內(nèi)，但實際操作過程中很難將測頭調(diào)整到理論位置，儀器結構設計時必須考慮到此因素。發(fā)明專利【cn200910303302.5】公開了一種展成法漸開線齒廓測量儀測量點精確定位方法，采用齒形角比較法與測量點偏差試值補償法用于展成法量儀中測量點位置的精密調(diào)整，測點位置調(diào)整精度為±10μm，調(diào)整精度仍有較大的提升空間。

4、考慮到激光測量方法不適用于非反光面和曲面的測量，有必要設計出一種使用測頭并結合激光測量法的漸開線測量裝置。該裝置需要一種微位移傳遞裝置，將測頭的微位移等比例傳遞給激光干涉儀。授權發(fā)明專利【zl201711398299.0】公開了一種測量任意表面法向誤差的激光測量裝置與方法，將測點位置的微位移量法向等比例轉(zhuǎn)換成反射鏡光斑的微位移量，通過光斑位置的變動來表征零件表面測點位置的變動，該裝置在使用過程中依然存在阿貝誤差。授權發(fā)明專利【zl201910749549.3】公開了一種測量任意表面形位誤差的激光測量測頭裝置，將測頭的微位移等比例傳遞給裝置尾部的測量靶鏡，由激光干涉儀實時采集靶鏡的微位移。該裝置可用于高精度齒輪漸開線樣板齒廓偏差的測量，但沒有提供該裝置的安裝定位、測點位置精確調(diào)整、鏡組合理布置等問題需要解決。

5、激光測量技術因其非接觸性、快速性、自動化、測量精度高等優(yōu)點近年來廣泛應用于齒輪測量領域。發(fā)明專利【zl201810704461.5】公開了基于激光外差干涉的雙基圓盤式齒輪漸開線樣板測量系統(tǒng)，將激光外差干涉技術應用在雙基圓盤式齒輪漸開線樣板的測量中，激光分三束直接照射到兩個基圓盤和齒輪漸開線樣板上，從而實現(xiàn)高分辨率和動態(tài)實時的測量。該專利提供了一種高精度非接觸式測量方法，但是對基圓盤和樣板被測表面精度要求苛刻，也沒有涉及測量點位置調(diào)整問題，且未提及裝置。授權發(fā)明專利【zl202110734307.4】公開了一種齒輪漸開線樣板齒廓偏差的激光測量裝置，整合雙滾輪-導軌式展成機構和任意表面形位誤差的激光測量測頭裝置，提供了測頭和鏡組的安裝與定位裝置及測點位置的精確調(diào)整方法，利用激光干涉原理實現(xiàn)了齒輪漸開線樣板齒廓偏差的高精度測量。該裝置可用于高精度齒輪漸開線樣板齒廓偏差的測量，但是將測點位置調(diào)整至精確位置較難實現(xiàn)，并且存在基圓盤干涉測量支架的可能性。此外，球測頭使用后接觸點會磨損且無法修復，后續(xù)使用可能會影響測量精確度。因此，該測量裝置仍有一定的提升空間。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種直接連接到展成導軌側面上；在測量過程中不會與基圓盤發(fā)生干涉、無需精確調(diào)整測頭高度、對測頭安裝位置不敏感、測頭磨損后易于修復的柱面刀口測量裝置，其中可利用柱面研磨工裝對柱面刀口測頭的測量母線進行高精度研磨加工。該裝置可用于測量高精度齒輪漸開線樣板齒廓偏差。一種異型可修復測頭，包括圓柱狀本體，其特征在于：圓柱狀本體一端設置有柱面刀口測頭；圓柱本體的另一端設置有連結部，柱面刀口測頭上設置有2個對稱楔形面；2個楔形面相交處設置有可修復的圓柱面刀口，圓柱面刀口上方有倒角。

2、根據(jù)以上所述的異型可修復測頭，其特征在于：所述2個對稱楔形面的夾角為20°-150°；圓柱面刀口的橫截面弦長為0.3-1.0mm；圓柱面刀口的母線的直線度≤0.1μm；圓柱面刀口的粗糙度≤100納米；圓柱狀本體的另一端設置的連結部為螺桿。

3、帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于，包括所述的異型可修復測頭、大理石平臺、設置在大理石平臺上的2個展成導軌；其中1個展成導軌上固定設置有測頭夾具調(diào)整塊；測頭夾具調(diào)整塊上位置可調(diào)節(jié)地設置有測頭夾具，測頭夾具上設置有電感測桿；電感測桿的一端螺接所述異型可修復測頭；2個展成導軌的頂部之間設置有樣板測量支架；樣板測量支架上設置有用于調(diào)整異型可修復測頭測量位置的垂直度校準塊；異型可修復測頭可使用研磨工裝進行修復。

4、帶以上所述的異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于：所述測頭夾具調(diào)整塊為矩形，測頭夾具調(diào)整塊兩端設置有用于和1個展成導軌內(nèi)側連接的沉頭孔；夾具調(diào)整塊中心設置矩形孔；夾具調(diào)整塊的上下側壁分別設置有多個穿過矩形孔上下側壁的微調(diào)螺紋孔。

5、根據(jù)以上所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于：所述測頭夾具截面為t形，測頭夾具一端為可設置在測頭夾具調(diào)整塊的矩形孔內(nèi)的矩形塊；矩形塊兩端對稱設置有沉頭孔；測頭夾具另一端設置截面為之字形的測頭保持架；測頭保持架上設置有用于安裝電感測桿的裝夾槽；裝夾槽的一端開口并設置有用于夾持柱電感測桿的圓形通孔，裝夾槽的另一端設置有橢圓狀通孔；測頭保持架上平行于圓形通孔軸線的上下面分別設置有中軸線一致的調(diào)整及固定柱面刀口測頭的鎖緊螺紋孔和鎖緊通孔；圓形通孔的直徑大于電感測桿的外徑。

6、根據(jù)以上所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于：所述樣板測量支架為長條形，樣板測量支架上表面對稱設置有兩個凸起的安裝臺，安裝臺上的安裝面e上設置有螺紋孔用于螺接垂直度校準塊；樣板測量支架下表面設置有兩個寬度與展成導軌寬度相同的安裝座；兩個安裝座上的安裝面f共面。

7、根據(jù)以上所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于：所述垂直度校準塊的截面為l形，垂直度校準塊的一面設有用于連接樣板測量支架的沉頭孔；垂直度校準塊的另一面設有垂直于垂直度校準塊的等間距的3個校準凸臺；3個校準凸臺的上表面共面，3個校準凸臺中間的校準凸臺的上表面為校準面，校準面與垂直度校準塊的安裝面g垂直，用作調(diào)整柱面刀口測頭的圓柱母線與展成導軌上表面的垂直度的調(diào)整基準。

8、根據(jù)以上所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置，其特征在于：所述研磨工裝包括：安裝異型可修復測頭的測頭研磨定位軸、與測頭研磨定位軸相連接的固定異型可修復測頭的測頭研磨壓板、及用于研磨異型可修復測頭的研磨軸套；

9、所述測頭研磨定位軸為階梯軸狀零件，其一端為大直徑軸，另一端為小直徑軸；大直徑軸的端面上的安裝面a上設有用于定位異型可修復測頭沿徑向均布的多個v型通槽；安裝面a上還設置有與大直徑軸同軸的研磨定位軸凹槽；v型通槽內(nèi)設置的異型可修復測頭圓柱本體的軸線垂直于大直徑軸的圓柱面，柱面刀口測頭的側壁與v型通槽的槽面貼合；柱面刀口測頭定位后不高出測頭研磨定位軸的安裝面a；小直徑軸為夾持端，用于車床三爪卡盤夾持固定；在安裝面a的v型通槽之間均布設置v型通槽連接螺紋孔；大直徑軸一端設有導向槽及導向環(huán)便于研磨軸套套入測頭研磨定位軸的大直徑軸；柱面刀口測頭的圓柱面刀口的圓柱面直徑與測頭研磨定位軸的大端直徑一致且同軸，即共圓柱面；

10、所述測頭研磨壓板為圓環(huán)結構，研磨壓板的安裝面b設有通孔用于與連接螺紋孔配合連接測頭研磨定位軸；在測頭研磨定位軸的v型通槽的對應位置設有緊定螺紋孔可連接緊定螺釘用于緊固異型可修復測頭的圓柱本體；中間設有測頭研磨壓板內(nèi)孔，以調(diào)整柱面刀口測頭的圓柱面刀口位置；研磨軸套內(nèi)圈套在測頭研磨定位軸的大直徑軸外徑上，通過往復運動，研磨柱面刀口測頭的圓柱面刀口至恢復精度。

11、根據(jù)以上所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置測量漸開線樣板的方法，其特征在于：包括以下步驟：

12、s1:安裝大理石平臺及展成導軌；

13、先將大理石平臺設置在試驗臺上，再將2個展成導軌側面有螺紋孔的一面相對，將2個展成導軌螺釘固定在大理石平臺上，2個展成導軌2平行；

14、s2：將測頭夾具調(diào)整塊螺釘連接到1個展成導軌的內(nèi)側面上；

15、s3：在測頭夾具調(diào)整塊的方孔內(nèi)，測頭夾具螺釘連接到展成導軌的內(nèi)側面，之字形測頭保持架有測頭夾具內(nèi)孔的一端朝上。

16、s4：安裝異型可修復測頭；異型可修復測頭與電感測桿螺紋連接，電感測桿安裝到測頭夾具內(nèi)孔；為了能夠準確測量漸開線樣板的齒廓偏差，柱面刀口測頭的倒角部分朝上，通過螺釘將電感測桿夾持在測頭夾具上；

17、s5：將樣板測量支架安裝到2個展成導軌的上表面；

18、將樣板測量支架安裝面f放置在展成導軌工作面上，樣板測量支架兩側面分別與2個展成導軌2外側面對齊；

19、s6：將垂直度校準塊安裝到樣板測量支架上；

20、垂直度校準塊通過螺釘連接安裝到樣板測量支架上，校準面安裝在柱面刀口測頭一側；

21、s7：調(diào)整測量母線與展成導軌工作面的垂直度；

22、測量母線與展成導軌工作面的垂直度調(diào)整：沿展成導軌方向平移樣板測量支架與垂直度校準塊組合體使校準面接觸測量母線，通過光隙法觀察測量母線與校準面之間的光隙；通過微調(diào)夾具調(diào)整塊的螺紋孔內(nèi)的螺釘松緊，調(diào)整使校準面與測量母線之間無光隙；

23、s8：撤去樣板測量支架和垂直度校準塊，放置漸開線樣板的滾動組件使柱面刀口測頭接觸漸開線樣板的滾動組件的樣板齒廓且位于測量區(qū)間內(nèi)，漸開線樣板的滾動組件的基圓沿展成導軌滾動，發(fā)生展成運動，通過異型可修復測頭上的圓柱母線與漸開線樣板的齒廓接觸后產(chǎn)生的位移，測量漸開線樣板的齒廓偏差。

24、根據(jù)所述的帶異型可修復測頭的漸開線樣板測量裝置測量漸開線樣板的方法，其特征在于：步驟s1中，2個展成導軌最外側之間的距離為200mm；步驟s7中，調(diào)整測量母線與展成導軌工作面的垂直度≤0.5μm。

25、本發(fā)明的有益效果如下所述：

26、1、本發(fā)明的異型可修復測頭通過測頭夾具及測頭夾具調(diào)整塊，設置在展成導軌內(nèi)側，異型可修復測頭的刀口圓柱面上方設置倒角，防止了異型可修復測頭在測量漸開線樣板時與樣板齒根發(fā)生干涉。

27、2.本發(fā)明在測量漸開線樣板時，異型可修復測頭的刀口圓柱面的圓柱母線與被測漸開線樣板的齒廓形成點接觸，穿過此接觸點的圓柱母線為測量母線，測量母線上任意一點與測漸開線樣板的齒廓接觸均可實現(xiàn)精確測量，無需精確調(diào)整測頭高度、對測頭安裝位置不敏感，提高了測量精度，大大縮短了測量前調(diào)整測頭位置的時間，提高了測量效率。

28、3.本發(fā)明異型可修復測頭磨損后可通過柱面研磨工裝進行修復，柱面研磨工裝上設置有沿徑向均布若干個v型通槽，其上可一次放置多個異型可修復測頭，同時使用測頭研磨壓板進行裝夾固定，不需要多次調(diào)整異型可修復測頭的裝夾位置，提高了異型可修復測頭修復的效率。

29、4.本發(fā)明通過光隙法觀察測量母線與校準面之間的光隙的方法，微調(diào)夾具調(diào)整塊的螺紋孔內(nèi)的螺釘松緊，調(diào)整使校準面與測量母線之間無光隙來調(diào)整測量母線與展成導軌工作面的垂直度，測量裝置調(diào)整方法簡單、效率高，并保證了測量的精度。