锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置及检测方法
【专利摘要】锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置及检测方法属于锥齿轮测试装备领域，可直接安装在检查机的主轴上，不改变现有锥齿轮检查机的结构。本装置通过装夹模块与锥齿轮检查机的夹具配合实现整体结构的固定；所述装夹模块上安装有旋转模块；所述旋转模块上安装有传感器双向快速固定模块和巴克豪森传感器；所述传感器双向快速固定模块与旋转模块间通过十字扭簧连接；所述巴克豪森传感器与被测齿轮齿面接触接收主机的激励信号产生激励磁场并将检测到的巴克豪森磁噪声信号反馈至主机，主机将信号上传到工控机；本发明装置结构简单可靠，很好的提高了齿面磨削烧伤检测效率，丰富锥齿轮检查机的功能。
【专利说明】
锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置及检测方法
技术领域
[0001]本发明属于锥齿轮测试装备领域，具体是一种基于巴克豪森磁噪声法的可安装在锥齿轮检查机上的检测锥齿轮齿面磨削烧伤情况的装置及方法。
【背景技术】
[0002]锥齿轮作为机械传动的基础零件，广泛应用在各个工业领域。为了满足锥齿轮传动高速、重载、低噪音和长寿命等应用要求，几乎所有锥齿轮都采用了高精度、硬齿面、齿廓和齿向修形等新工艺。磨削加工是目前实现高速、高性能锥齿轮制造最主要的工艺，但受磨削加工的工艺特点影响，齿轮类零件在磨削过程中通常会形成一种肉眼难以识别的缺陷，即磨削烧伤。齿轮表面发生磨削烧伤不仅会因受热引起材料强度、硬度、塑性等力学性能的变化，而且烧伤严重时还会导致齿轮出现裂纹甚至不能使用。齿轮表面发生磨削烧伤如果得不到准确的检测和及时处理，会使产品性能和寿命大幅度下降，造成重大经济损失。
[0003]目前，市面上的锥齿轮检查机都没有磨削烧伤检测功能。锥齿轮齿面磨削烧伤检测都需要在其他检测项目完成后，将被测齿轮取下使用传统的酸洗法或使用手持式的磁弹仪进行手动检测。手动检测虽然简单易行，但受人工熟练程度和主观性因素影响，其检测效率与重复性都难以保证。市场上新出现的基于巴克豪森磁噪声法的锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测设备都是通过六轴机械手实现，不仅占用空间大成本高昂，且局限性大。
【发明内容】
[0004]针对锥齿轮检查机不能自动检测齿面磨削烧伤程度的现状，本发明提供一种基于巴克豪森磁噪声法的锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置及检测方法，该装置不改变现有锥齿轮检查机的结构，可直接安装在检查机的主轴上，实现锥齿轮齿面磨削烧伤的自动检测，从而解决锥齿轮检查机无法实现锥齿轮齿面磨削烧伤以及人工检测重复率低下的问题，丰富锥齿轮检查机的功能。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:该装置主要由巴克豪森检测模块、装夹模块、传感器双向快速固定模块、旋转模块、十字扭簧和对准模块组成。其中:巴克豪森检测模块由主机和巴克豪森传感器组成，巴克豪森传感器与被测齿轮齿面接触接收主机的激励信号产生激励磁场并将检测到的巴克豪森磁噪声信号反馈至主机，主机将信号上传到工控机;装夹模块通过与锥齿轮检查机的齿轮夹具配合实现整体结构的固定;安装在装夹模块上的旋转模块用以调整巴克豪森传感器的位置状态，以实现巴克豪森传感器轴线垂直于被测齿轮节锥;十字扭簧安装在旋转模块与传感器双向快速固定模块之间，使得巴克豪森传感器在对齿面进行检测时可以绕十字扭簧做± 20°范围内的旋转;对准模块由激光位移传感器和定位基准组成，激光位移传感器安装在旋转平台上，定位基准安装在锥齿轮检查机主体上，使得激光位移传感器即可实现对检测装置自身的定位又可实现对被测齿轮的定位。
[0006]基于锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测系统的检测方法，其包括以下步骤:
[0007]装夹模块通过与锥齿轮检查机的齿轮夹具配合完成检测装置的装夹
[0008]激光位移传感器检测与定位基准间的距离实现对检测装置的定位
[0009]旋转模块旋转α角，使得巴克豪森传感器的回转轴线和激光位移传感器的激光束都垂直于被测齿轮节锥并锁定位置，α角实际角度的求解公式为:α = ν2_δ，其中δ为被测齿轮节锥角。
[0010]通过控制锥齿轮检查机的自有直线运动使得激光位移传感器3的激光束对准被测齿轮，被测齿轮匀速旋转，激光位移传感器检测其到齿面距离变化完成对被测齿轮回转自由度的定位，待完成对被测齿轮的定位后，通过锥齿轮检查机自有的各个轴的运动逐齿进行自动测量
[0011 ] 主机将巴克豪森传感器检测到巴克豪森磁噪声信号上传到工控机分析处理，以对各个齿面的磨削烧伤情况做出评估。
[0012]本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明充分利用锥齿轮检查机已有直线运动和回转运动，实现自动检测，结构简单紧凑，解决锥齿轮检查机无法实现锥齿轮齿面磨削烧伤以及人工检测重复率低下的问题，并有效降低了锥齿轮齿面磨削烧伤的检测成本，可以广泛应用于各种锥齿轮检查机中。2、本发明由于采用了基于巴克豪森磁噪声法的无损检测技术，可实现较高的检测速度和检测精度，并在检测过程中不会对被测齿轮的齿面造成破坏。3、本发明由于在结构上采用了旋转模块以及传感器双向快速装夹模块，通过旋转平台旋转以及传感器装夹方向的改变，可满足直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮和摆线锥齿轮的检测要求。
【附图说明】
[0013]图1为本发明锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置原理示意图
[0014]图2为本发明锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置的结构示意图
[0015]图3为旋转装置和十字扭簧的结构示意图
[0016]图4为传感器双向快速固定模块结构示意图
[0017]图5为巴克豪森传感器工作面与被测齿面最佳接触状态示意图
[0018]图6为本发明锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置安装在锥齿轮检查机的示意图
[0019]图中:1.装夹模块;2.旋转模块;3.激光位移传感器;4.摆臂;5.巴克豪森传感器安装基座;6.巴克豪森传感器固定盖;7.巴克豪森传感器;8.十字扭簧;9.巴克豪森传感器安装套；10.定位基准；11.被测齿轮；12.大轮主轴电机；13.小轮主轴电机；14被测齿轮；15巴克豪森传感器工作面;16被测齿面接触点法矢与巴克豪森传感器工作面法矢。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0021]在对被测齿轮某个齿的齿面磨削烧伤情况进行检测时，该齿面与巴克豪森传感器工作面的最佳接触状态为:巴克豪森传感器工作面的几何中心与被测齿面的接触点位于该齿的齿线上，并且巴克豪森传感器的工作面法矢与该接触点的法矢共线。
[0022]本发明的检测方法为:通过将被测齿轮参数输入锥齿轮检查机的运动控制器，当检测被测锥齿轮的某个齿时，通过旋转被测锥齿轮，使其齿线在水平面内相切于巴克豪森传感器与齿面的接触点，通过锥齿轮检查机自有运动将巴克豪森传感器送至检测工位，完成对该区域的检测，待该区域检测完毕后，被测锥齿轮旋转，开始对下一待检测区域的检测;通过被测锥齿轮的不断旋转，进而完成对被测锥齿轮所有齿面的自动检测。
[0023]如图所示，本发明的检测系统包括装夹模块I，旋转模块2安装在装夹模块I上，旋转模块2的电机的控制线接入锥齿轮检查机的运动控制器，激光位移传感器3和摆臂4安装在旋转模块2的旋转平台上，激光位移传感器3的信号线接入锥齿轮检查机的运动控制器，巴克豪森传感器安装基座5与摆臂4间通过十字扭簧8相连，巴克豪森传感器固定盖6与巴克豪森传感器安装基座5间有弹簧，巴克豪森传感器7固定在巴克豪森传感器安装套9中，定位基准10安装在锥齿轮检查机主体上。
[0024]如图所示，本发明的【具体实施方式】和检测方法为:装夹模块I与锥齿轮检查机的齿轮夹具配合实现磨削烧伤自动检测装置的固定和初次定位，由于主轴电机11和主轴电机12的存在，在磨削烧伤自动检测装置和被测齿轮完成安装后，两者分别绕主轴电机11和主轴电机12回转轴线的自由度并未被完全定位;通过锥齿轮检查机自有直线运动使激光位移传感器3对准定位基准10，主轴电机11正向旋转2°，随后回到原始位置再负向旋转2°，激光位移传感器3检测其到定位基准10的距离变化并将其反馈给锥齿轮检查机，实现对检测系统的完全定位;传输被测锥齿轮的参数至锥齿轮检查机，锥齿轮检查机控制旋转装置2的电机运动，使得巴克豪森传感器的轴线和激光位移传感器3的激光束都垂直于被测锥齿轮的节锥，通过控制锥齿轮检查机的自有直线运动使得激光位移传感器3的激光束对准被测齿轮，主轴电机12带动被测齿轮匀速旋转，激光位移传感器3检测其距离变化完成对被测齿轮的完全定位;主轴电机12带动被测齿轮旋转，使其齿线在水平面内相切于巴克豪森传感器与齿面的规定接触点，通过齿轮检查机自有运动使得巴克豪森传感器进入预定测量工位，巴克豪森传感器7将检测到的巴克豪森磁噪声信号反馈给主机，主机将巴克豪森磁噪声信号上传至工控机，完成对该区域的测量；
[0025]本发明中的十字扭簧8的作用为:1、巴克豪森传感器的工作面在与被测齿面接触时，通过其弹性变形保证巴克豪森传感器的工作面与被测齿面接触，并通过其弹性旋转减少巴克豪森传感器的工作面在检测过程中的磨损;2、保证巴克豪森传感器的工作面法矢与该接触点的法矢共线，通过模型计算得出在巴克豪森传感器的工作面与该接触点的法矢垂直时十字扭簧的形变量，通过预先补偿锥齿轮检查机三个直线轴的行程保证十字扭簧的旋转。
[0026]本发明的旋转模块2上采用常见的旋转平台，包括伺服电机、转盘和传动机构，其中伺服电机与齿轮锥齿轮检查机内部的运动控制卡匹配，直接接入齿轮锥齿轮检查机的运动控制卡，并由通过伺服电机完成闭环控制，激光位移传感器3和摆臂4直接安装在转盘上。
[0027]本发明的传感器双向快速固定模块，包括巴克豪森传感器安装基座5、巴克豪森传感器固定盖6、巴克豪森传感器7和巴克豪森传感器安装套9，巴克豪森传感器7安装在巴克豪森传感器安装套9内，通过螺栓固定，巴克豪森传感器安装基座5和巴克豪森传感器固定盖6的两端均有与巴克豪森传感器安装套9末端凸台形状相同的凹槽，以实现传感器的双向安装，巴克豪森传感器安装基座5和巴克豪森传感器固定盖6间安装有弹簧用以快速固定。
【主权项】
1.锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测装置，其特征在于: 包括巴克豪森检测模块、装夹模块、传感器双向快速固定模块、旋转模块、十字扭簧和对准模块;其中:巴克豪森检测模块由主机和巴克豪森传感器组成，巴克豪森传感器与被测齿轮齿面接触接收主机的激励信号产生激励磁场并将检测到的巴克豪森磁噪声信号反馈至主机，主机将信号上传到工控机;装夹模块通过与锥齿轮检查机的齿轮夹具配合实现整体结构的固定;安装在装夹模块上的旋转模块用以调整巴克豪森传感器的位置状态，以实现巴克豪森传感器轴线垂直于被测齿轮节锥;十字扭簧安装在旋转模块与传感器双向快速固定模块之间，使得巴克豪森传感器在对齿面进行检测时能绕十字扭簧做±20°范围内的旋转;对准模块由激光位移传感器和定位基准组成，激光位移传感器安装在旋转平台上，定位基准安装在锥齿轮检查机主体上。2.应用如权利要求1所述装置进行基于锥齿轮齿面磨削烧伤自动检测的方法，其特征在于包括以下步骤: 装夹模块通过与锥齿轮检查机的齿轮夹具配合完成检测装置的装夹； 激光位移传感器检测与定位基准间的距离实现对检测装置的定位； 旋转模块旋转α角，使得巴克豪森传感器的回转轴线和激光位移传感器的激光束都垂直于被测齿轮节锥并锁定位置，α角实际角度的求解公式为:α = ν2_δ，其中δ为被测齿轮节锥角； 通过控制锥齿轮检查机的自有直线运动使得激光位移传感器的激光束对准被测齿轮，被测齿轮匀速旋转，激光位移传感器检测其到齿面距离变化完成对被测齿轮回转自由度的定位，待完成对被测齿轮的定位后，通过锥齿轮检查机自有的各个轴的运动逐齿进行自动测量； 将巴克豪森传感器检测到巴克豪森磁噪声信号上传到工控机分析处理，以对各个齿面的磨削烧伤情况做出评估。
【文档编号】G01N27/82GK105866236SQ201610180405
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月26日
【发明人】林家春, 张凌浩, 石照耀
【申请人】北京工业大学