CN114111608A - 一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和系统，其包括如下步骤，S1，将点激光传感器和齿轮跨棒距检测机构沿待测齿轮的径向延伸、周向间隔布置于待测齿轮旁，点激光传感器发射面对准待测齿轮齿面，点激光传感器的中轴线和齿轮跨棒距检测机构的中轴线之间的夹角为α；S2，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ；S3，数据处理获得齿轮跨棒距检测机构的量棒要对准齿轮齿根，齿轮需要转动至坐标：θ_abs＝θ_finall+α。本发明法能够有效地保证齿轮跨棒距检测机构的棒具与待测齿轮齿槽精准定位，从而有效地提高了齿轮M值检测的精度。

Description

一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和 系统

技术领域

本发明公开了一种齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和系统，属于齿轮M值检测技术领域，具体公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和系统。

背景技术

目前齿轮在滚齿、磨齿加工后，需要测量齿轮的跨棒距(M值)，传统测量齿轮跨棒距要靠人将量棒卡入齿轮的齿槽内来测量，如果想自动测量，面临的一个难点便是要精准的寻找齿轮齿槽的绝对位置，只有准确找到绝对位置，才能够控制齿轮旋转或者控制量棒移动，进而将齿槽和测量机构对准来测量齿轮的跨棒距。上述接触式定位齿轮齿槽的方法会存在以下问题：

1、使用接触式传感器搭配旋转的齿轮来寻找齿槽，传感器的测头会被齿顶挤压，影响检测精度；

2、对于齿轮齿底的精准定位，由于汽车齿轮齿根普遍空间小、缝隙窄，用普通球头式接触传感器无法测量齿根最小直径。从而无法寻找到齿轮齿槽的最低点中心，从而无法精准定位，如制作专用的小直径加长杆测量齿根最小直径来寻找齿轮齿槽根部，会存在因加长杆细而刚性差，导致测量精度差并易折断。

3、用远心镜头通过透光法来寻找齿根的齿底，会因齿轮光面所产生的反射衍射光，导致采集的图像不可靠；且对斜齿，存在因光线无法透过齿底间隙而采集不了图像。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法和系统，其可精准寻找齿轮齿槽或齿顶位置，提高齿轮M值检测的精度。

本发明公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法，其包括以下步骤，

S1，将点激光传感器和齿轮跨棒距检测机构沿待测齿轮的径向延伸、周向间隔布置于待测齿轮旁，点激光传感器发射面对准待测齿轮齿面，点激光传感器的中轴线和齿轮跨棒距检测机构的中轴线之间的夹角为α；

S2，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转一定角度，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，距离值s为点激光传感器的发射端与齿轮外轮廓之间的间距，电机角度值θ为电机相对初始位置所旋转的角度；

S3，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，并将其发送至数据分析模块，数据分析模块建立数组长度值len₁，并生成数组：

(s₀,θ₀)，(s₁,θ₁)……(s_len1-1,θ_len1-1)，(s_len1,θ_len1)；

S4，数据分析模块对S3中的生成的数组进行滤波处理，去除无效的异常点数据，建立数组长度值len₂，并生成新数组：

(s₀,θ₀)，(s₁,θ₁)……(s_len2-1,θ_len2-1)，(s_len2,θ_len2)；

S5，数据分析模块对S5中的新数组进行一元一次线性回归方程迭代运算，计算其导数a，筛选出齿轮齿槽所对应的点激光传感器所采集数据的数据段(b_mi,i_mi)；

S6，数据分析模块对(b_mi,i_mi)数组进行遍历，挑选出最优的齿槽齿底数据，并确定最优齿的齿槽齿底坐标，基于齿槽齿底坐标确定最优齿的齿槽齿底位置θ_finall；

S7,数据分析模块对最优齿的齿槽齿底角度做换算，齿轮跨棒距检测机构的量棒要对准齿轮齿根，其需要转动至坐标：θ_abs＝θ_finall+α；

S8,数据分析模块将θ_abs反馈给电机，电机旋转到θ_abs角度位置，齿轮的齿槽底部与齿轮跨棒距检测机构的量棒精准对位。

在本发明的一种优选实施方案中，S4中，去除无效的异常点数据的方法包括，

S41，基于S3中的数组计算该组数据的平均值

和方差σ，

S42,传感器满量程值为s_max，传感器空量程为s_min，对符合以下条件的数据进行剔除：

在本发明的一种优选实施方案中，S5中，一元一次回归方程形为

y_i＝ax_i+b

其中

每次迭代的长度为l_a，迭代起始索引为i_s,结束索引为

则单次迭代的数组为：

其中

在本发明的一种优选实施方案中，线性回归方程两个参数a和b的计算方法包括，

其中：

在本发明的一种优选实施方案中，对计算出来的

和

组成新的数组：

使用梯度下降\上升法寻找

的分段极值的极大值和极小值)，计算公式为：

其对应序列值为i_mi，并记为

(b_mi,i_mi)

此数组则包含了所有筛选出来的齿轮齿槽的有效数据段。

在本发明的一种优选实施方案中，S6中，如果b_mi<b_mi+1，则

len_mi＝i_mi+1-i_mi

并记下数组为

(len_mi,i_mi)；

对len_mi取最大值

len_max＝MAX(len_mi)

其对应的点序列

i_max＝i

此最大值对应的点序列即为最优点序列，则齿轮齿根对应的坐标序列

齿轮齿底对应电机的坐标角度为：

θ_finall即为最优齿的齿槽齿底位置。

在本发明的一种优选实施方案中，S2中，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转超过2个齿底槽，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ。

本发明公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统，包括底座，所述底座上设置有点激光传感器、数据采集模块、数据分析模块、齿轮定位支撑机构、齿轮旋转驱动机构、齿轮跨棒距检测机构。

在本发明的一种优选实施方案中，所述齿轮定位支撑机构包括支撑座，所述支撑座，用于支撑齿轮的上端面为V形，所述支撑座的两侧对称设置有固定顶尖和旋转顶尖，所述旋转顶尖传动连接所述齿轮旋转驱动机构，所述固定顶尖、所述旋转顶尖与所述齿轮的中轴线同轴布置，所述点激光传感器和所述齿轮跨棒距检测机构设置于待测齿轮上方。

在本发明的一种优选实施方案中，所述齿轮旋转驱动机构包括涨轴和固定支架，所述涨轴的一端同轴传动连接所述齿轮旋转驱动机构，所述涨轴的另一端同轴传动连接待测齿轮，所述涨轴与底座垂直布置，所述固定支架上设置有所述点激光传感器和所述齿轮跨棒距检测机构。

本发明的有益效果是：本发明方法具有高精度、高效率、非接触、绿色测量的优点，利用本发明方法能够有效地保证齿轮跨棒距检测机构的棒具与待测齿轮齿槽精准定位，从而有效地提高了齿轮M值检测的精度。

附图说明

图1是本发明一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统示意图；

图2是本发明一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统示意图；

图3是本发明一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统的俯视图。

具体实施方式

下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

进一步的，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法，其包括以下步骤，

S1，将点激光传感器和齿轮跨棒距检测机构沿待测齿轮的径向延伸、周向间隔布置于待测齿轮旁，点激光传感器发射面对准待测齿轮齿面(即点激光光斑平行齿轮的齿根方向)，点激光传感器的中轴线和齿轮跨棒距检测机构的中轴线之间的夹角为α；

S2，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转一定角度，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，距离值s为点激光传感器的发射端与齿轮外轮廓之间的间距，电机角度值θ为电机相对初始位置所旋转的角度；

S3，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，并将其发送至数据分析模块，数据分析模块建立数组长度值len₁，并生成数组：

(s₀,θ₀)，(s₁,θ₁)……(s_len1-1,θ_len1-1)，(s_len1,θ_len1)；

S4，数据分析模块对S3中的生成的数组进行滤波处理，去除无效的异常点数据，建立数组长度值len₂，并生成新数组：

(s₀,θ₀)，(s₁,θ₁)……(s_len2-1,θ_len2-1)，(s_len2,θ_len2)；

S5，数据分析模块对S5中的新数组进行一元一次线性回归方程迭代运算，计算其导数a，筛选出的数据段内包含有齿底齿槽的深度、齿槽底部对应电机的角度等数据；

S6，数据分析模块对(b_mi,i_mi)数组进行遍历，挑选出最优的齿槽齿底数据，并确定最优齿的齿槽齿底坐标，基于齿槽齿底坐标确定最优齿的齿槽齿底位置θ_finall；

S7,数据分析模块对最优齿的齿槽齿底角度做换算，齿轮跨棒距检测机构的量棒要对准齿轮齿根，其需要转动至坐标：θ_abs＝θ_finall+α；

S8,数据分析模块将θ_abs反馈给电机，电机旋转到θ_abs角度位置，齿轮的齿槽底部与齿轮跨棒距检测机构的量棒精准对位。

在本发明的一种优选实施方案中，S4中，去除无效的异常点数据的方法包括，

S41，基于S3中的数组计算该组数据的平均值

和方差σ，

S42,传感器满量程值为s_max，传感器空量程为s_min，对符合以下条件的数据进行剔除：

在本发明的一种优选实施方案中，S5中，一元一次回归方程形为

y_i＝ax_i+b

其中

每次迭代的长度为l_a，迭代起始索引为i_s,结束索引为

则单次迭代的数组为：

其中

在本发明的一种优选实施方案中，线性回归方程两个参数a和b的计算方法包括，

其中：

在本发明的一种优选实施方案中，对计算出来的

和

组成新的数组：

使用梯度下降\上升法寻找

的分段极值的极大值和极小值)，计算公式为：

其对应序列值为i_mi，并记为

(b_mi,i_mi)

此数组则包含了所有筛选出来的齿轮齿槽的有效数据段。

在本发明的一种优选实施方案中，S6中，如果b_mi<b_mi+1，则

len_mi＝i_mi+1-i_mi

并记下数组为

(len_mi,i_mi)；

对len_mi取最大值

len_max＝MAX(len_mi)

其对应的点序列

i_max＝i

此最大值对应的点序列即为最优点序列，则齿轮齿根对应的坐标序列

齿轮齿底对应电机的坐标角度为：

θ_finall即为最优齿的齿槽齿底位置。

在本发明的一种优选实施方案中，S2中，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转超过2个齿底槽，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ。

本发明公开了一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统，包括底座9，所述底座9上设置有点激光传感器1、数据采集模块、数据分析模块、齿轮定位支撑机构2、齿轮旋转驱动机构3、齿轮跨棒距检测机构。

本发明针对不同类型的齿轮提供了两种齿轮定位支撑机构2：

在本发明的一种优选实施方案中，所述齿轮定位支撑机构包括支撑座4，所述支撑座4，用于支撑齿轮的上端面为V形，所述支撑座4的两侧对称设置有固定顶尖5和旋转顶尖6，所述旋转顶尖6传动连接所述齿轮旋转驱动机构2，所述固定顶尖5、所述旋转顶尖6与所述齿轮的中轴线同轴布置，所述点激光传感器和所述齿轮跨棒距检测机构设置于待测齿轮10上方。

在本发明的一种优选实施方案中，所述齿轮旋转驱动机构包括涨轴7和固定支架8，所述涨轴7的一端同轴传动连接所述齿轮旋转驱动机构，所述涨轴7的另一端同轴传动连接待测齿轮10，所述涨轴与底座垂直布置，所述固定支架上设置有所述点激光传感器1和所述齿轮跨棒距检测机构。点激光传感器1投光面正对待测齿轮10，点激光传感器1光束照在待测齿轮10的齿面上，可调整自身旋转角和上下的高度。

在本发明的一种优选实施方案中，齿轮旋转驱动机构3为带编码器的旋转电机。

在本发明的一种优选实施方案中，调整在点激光传感器1的位置方法如下(以附图1和图2为例)：

步骤1，先调整图2顶尖，使顶尖在同一中心线上；

步骤2，将齿轮放置在图2的支撑座上，顶紧齿轮，或者放在图3的胀轴上胀紧，调整图1的点激光传感器，使点激光传感器光束照在齿轮的齿面上；

步骤3，沿着齿轮水平方向调整点激光传感器，观察点激光显示值，找到其极值(最大或最小点)位置，并进行固定；

步骤4，此时点激光位置应该和顶尖中心线在同一高度。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，将点激光传感器和齿轮跨棒距检测机构沿待测齿轮的径向延伸、周向间隔布置于待测齿轮旁，点激光传感器发射面对准待测齿轮齿面，点激光传感器的中轴线和齿轮跨棒距检测机构的中轴线之间的夹角为α；

S2，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转一定角度，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，距离值s为点激光传感器的发射端与齿轮外轮廓之间的间距，电机角度值θ为电机相对初始位置所旋转的角度；

S3，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ，并将其发送至数据分析模块，数据分析模块建立数组长度值len₁，并生成数组：

(s₀，θ₀)，(s₁，θ₁)......(s_len1-1，θ_len1-1)，(s_len1，θ_len1)；

S4，数据分析模块对S3中的生成的数组进行滤波处理，去除无效的异常点数据，建立数组长度值len₂，并生成新数组：

(s₀，θ₀)，(s₁，θ₁)......(s_len2-1，θ_len2-1)，(s_len2，θ_len2)；

S5，数据分析模块对S5中的新数组进行一元一次线性回归方程迭代运算，计算其导数a，筛选出齿轮齿槽所对应的点激光传感器所采集数据的数据段(b_mi，i_mi)；

S6，数据分析模块对(b_mi，i_mi)数组进行遍历，挑选出最优的齿槽齿底数据，并确定最优齿的齿槽齿底坐标，基于齿槽齿底坐标确定最优齿的齿槽齿底位置θ_finall；

S7，数据分析模块对最优齿的齿槽齿底角度做换算，齿轮跨棒距检测机构的量棒要对准齿轮齿根，其需要转动至坐标：θ_abs＝θ_finall+α；

S8，数据分析模块将θ_abs反馈给电机，电机旋转到θ_abs角度位置，齿轮的齿槽底部与齿轮跨棒距检测机构的量棒精准对位。

2.根据权利要求1所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法：S4中，去除无效的异常点数据的方法包括，

S41，基于S3中的数组计算该组数据的平均值

和方差σ，

S42，传感器满量程值为s_max，传感器空量程为s_min，对符合以下条件的数据进行剔除：

3.根据权利要求1所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法，其特征在于：S5中，一元一次回归方程形为

y_i＝ax_i+b

其中

每次迭代的长度为l_a，迭代起始索引为i_s，结束索引为

则单次迭代的数组为：

其中

4.根据权利要求3所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法：线性回归方程两个参数a和b的计算方法包括，

其中：

5.根据权利要求4所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法：对计算出来的

和

组成新的数组：

使用梯度下降\上升法寻找

的分段极值的极大值和极小值)，计算公式为：

其对应序列值为i_mi，并记为

(b_mi，i_mi)

此数组则包含了所有筛选出来的齿轮齿槽的有效数据段。

6.根据权利要求1所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法：S6中，如果b_mi＜b_mi+1，则

len_mi＝i_mi+1-i_mi

并记下数组为

(len_mi，i_mi)；

对len_mi取最大值

len_max＝MAX(len_mi)

其对应的点序列

i_max＝i

此最大值对应的点序列即为最优点序列，则齿轮齿根对应的坐标序列

齿轮齿底对应电机的坐标角度为：

θ_finall即为最优齿的齿槽齿底位置。

7.根据权利要求1所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位方法：S2中，驱动机构驱动待测齿轮绕其中轴线旋转超过2个齿底槽，数据采集模块采集每时刻对应的点激光传感器的距离值s和电机角度值θ。

8.根据权利要求1所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统，其特征在于：包括底座，所述底座上设置有点激光传感器、数据采集模块、数据分析模块、齿轮定位支撑机构、齿轮旋转驱动机构、齿轮跨棒距检测机构。

9.根据权利要求8所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统，其特征在于：所述齿轮定位支撑机构包括支撑座，所述支撑座，用于支撑齿轮的上端面为V形，所述支撑座的两侧对称设置有固定顶尖和旋转顶尖，所述旋转顶尖传动连接所述齿轮旋转驱动机构，所述固定顶尖、所述旋转顶尖与所述齿轮的中轴线同轴布置，所述点激光传感器和所述齿轮跨棒距检测机构设置于待测齿轮上方。

10.根据权利要求8所述的用于齿轮跨棒距检测的齿轮齿槽或齿顶位置定位系统，其特征在于：所述齿轮旋转驱动机构包括涨轴和固定支架，所述涨轴的一端同轴传动连接所述齿轮旋转驱动机构，所述涨轴的另一端同轴传动连接待测齿轮，所述涨轴与底座垂直布置，所述固定支架上设置有所述点激光传感器和所述齿轮跨棒距检测机构。

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