蜗杆磨金刚滚轮齿形检测平台开发设计含5张CAD图
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蜗杆磨金刚滚轮齿形检测平台开发设计含5张CAD图,蜗杆,金刚,滚轮,齿形,检测,平台,开发,设计,CAD
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关于金刚石滚轮齿形检测方法的研究摘要：随着我国制造业的飞速发展，对齿轮精度的要求日渐增高。而金刚石滚轮作为蜗杆砂轮磨齿机中重要的砂轮修整部分，对齿轮生产有着重要的作用。而判断金刚石滚轮是否有着正确的形状也就成为了一个重要的环节。最初人们对金刚石滚轮齿形的检测凭靠的是工作中积攒下来的经验，通过人工观察来判定齿轮齿形的磨损程度。直到进入21世纪，人们开始使用传感器和计算机组成的单片机系统对金刚石滚轮齿形进行检测，虽然检测的精度大大提升，但检测速度慢、检测结果准确度不高仍旧困惑着人们。再后来，人们借助机器视觉，开发出了检测速度更快、精度更高的齿形检测平台，让我国的齿形检测平台的自动化程度更上一层楼。前言：齿轮是一个历史悠久的机械零件，早在公元前三百多年，古希腊哲学家亚里士多德在机械问题中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮来传递旋转运动的问题。中国古代也很早就将齿轮运用于指南车和一些农业设备当中。但近年来，随着我国工业的飞速发展，尤其是汽车制造业与航天航空业的腾飞、风电设备制造业的崛起，对各种高精度的齿轮需求已今非昔比。 面对当今齿轮被大量运用的现状，蜗杆磨磨齿机作为一种效率较高的磨齿机，受到了广泛应用。在蜗杆磨齿机中，金刚滚轮作为砂轮的修正刀具，是一个极其重要的零件。但在使用过程中，由于金刚滚轮长期处于高速运转的状态，经常会出现齿形磨损的情况。当砂轮修整器里的金刚滚轮的齿形发生变形后，将会影响到砂轮的齿形，进而影响到齿轮的生产效率和加工精度。如果可以提高金刚滚轮齿形检测的精度，进而更及时的对金刚滚轮进行更换，齿轮加工的精度和经济性就可以有很大的提高。故工程师们开始对齿轮的齿形进行研究，试图通过设计一种可量化齿形磨损的程序来对齿形磨损程度进行监控。正文：早在1994年，冯富国先生便在圆柱齿轮齿形齿向的检测评定中指出了齿形齿向的重要评定指标，也介绍了对齿形齿向的评定方法。文中冯富国先生指出了两种常用齿形检测评定方法。对于平行带形公差带和V形公差带，由于当时大多数生产厂家都没有给出检验卡片，仅靠记录纸的横纵坐标格作为评判的基准，按标定的比里，以检测的齿形记录曲线在规定的展开长度内所占横坐标数量的多少，直接测取的读数值即为齿形误差值。这种评定方法往往注重误差值大小是否符合精度等级规定的f，而不太关注齿形曲线的实际形状。虽然对齿形形状误差给予了足够的重视和控制，但这种检测方法得到的实际结果并不尽人意。特别是热处理变形的客观存在，影响齿形精度，增加了齿形的形状误差，甚至超出了精度要求。目前，齿轮设计师们多采用设计齿形、而这种常规检测评定法已不能适应设计齿形的检测要求、在生产实践中已逐渐被淘汰，只在那些精度低或即将被换代的产品上沿用。为了克服常规检测评定法的缺点，更好地适应设计齿形评定的需要，齿轮设计师们根据齿轮承载和工况，在试验的基础上设计出了各种不同齿顶修缘（或有齿根修缘）的“K形公差带，并将其绘制在一透明胶片上（注：齿轮的齿向公差带亦同时绘制在其上、以便应用），通常将这种胶片称为“K”卡，评定法称为“K卡评定法其用法是：将“K卡置于记录曲线上如果仪器能绘出D线齿轮的最小啮介极点，以D这基准对齐K”框的下线（或也可以齿顶线为基准对齐）平行移动K卡，直到记录曲线叠合在“K形公差带边线内，不得有任何部分超越.即判定该齿形合格，如图3所不这种“K卡评定法是当前国际上齿轮检测评定的先进方法，使各种设计齿形的推广应用成为可能。它使用方便，易于掌握，比较直观，标准统一，避免了因评判差异而引起的争执、在生产现场深受欢迎，已得到越来越多的应用，也进一步促进了制造水平的提高它比常规检测法前进了一大步。虽然”K”卡在生产实践中的应用让人们对”K”卡也有了一定的了解，发现了”K”卡应用的优势的同时也发现了它的不足之处。虽然检测记录曲线符合”K”卡公差带范围，判定齿形合格，但是并未对于齿形的形状做出规定，有可能再”K”卡公差带内获得多种形态的曲线。由于”K”卡检测法未对匙形曲线的形状缺陷做出限制，会导致部分不合格的齿轮也通过了齿形检测。虽然文中冯富国先生对”K”卡公差带评定法的规定进行了补充，但任然是较为落后的一种检测方法。在2010年发布的渐开线圆柱齿轮齿形和齿向误差评判系统设计中，提到了一种使用角度传感器来采集数据，使用计算机来对数据进行分析的齿形检测系统。这个系统极大的提高了当时的齿形检测精度，减小了齿形检测的时间和人力成本，使齿形检测平台的自动化程度有个一个质的提高。当时常用的检测设备工作是使用MAAG SP60齿轮检查仪来检测齿形。MAAG SP60齿轮检查仪采用2个角度传感器分别采集齿形误差所对应的齿形展开量和齿向误差所对应的齿向展开量；采用自感型电感传感器采集齿形和齿向误差量信号处理电路将齿形、齿向误差量与齿形、齿向展开量所对应的信号进行处理后一并送入电动记录器，电动记录器输出齿形、齿向误差曲线，专业检测人员则根据误差曲线确定齿形、齿向误差，以人工的形式给出检测和评判结果。由于这种方法在齿形检测的过程中，误差较大，需要投入较大的人力资源，以及人工检测的时候需要一定的工作经验。故作者基于MAAG SP60齿轮检查仪的基础上，对MAAG SP60齿轮检查仪进行了改进，设计了一个新的系统。他利用现有的 MAAG SP60的机械结构，重新设计了信号处理电路，采用2个光电编码器分别取代了原有的2个角度传感器，并用计算机取代电动记录器，运用 Lab W- indows/CVI发一套误差检测与评判软件，实现由计算机完成齿形和齿向误差的评判与检测。该系统在实验中得出的精度也远高于之前的MAAG SP60齿轮检查仪。从检测报告上可以看出，设计的齿轮误差评判系统所评定出的被测校准齿轮的齿形和齿向误差均小于2m，在被测校准齿轮所提供的误差范围内。在2016年发表的回转类齿状零件齿形快速检测系统中设计了一个对大型回转类齿轮的齿形快速检测的系统。该课题研究的主要内容是以同步器齿环作为环形齿状零件的代表，研制一种通用的环形齿状工件的检测设备；开发环形齿状工件的齿形检测软件，达到检测不同型号齿环的齿高、齿距及齿形缺陷的目的。借助机器视觉系统捕捉齿环工件的齿形轮廓形状，利用软件计算出环状零件的齿髙、齿距等尺寸，通过自动对比标准尺寸值，实现齿形缺陷的分析和判断是否合格。系统开发过程中利用多种图像算法对获取的图像进行处理，其中包括灰度二值化、去噪声等处理过程。该系统的硬件方面运用三维软件绘制齿形检测设备的尺寸图纸，并设计电控过程，在此硬件基础上搭建系统检测平台；软件方面基于 Delphi开发工具编写环形齿状工件检测系统，软件通过工业线阵相机拍照获取齿环图像，对图像的像素组成进行分析处理，去除外界环境对拍照的影响；最终由图像处理软件对获取的图像进行扫描，通过计算和对比图像阴影边缘的尺寸，测出齿环的尺寸大小及是否具有斜齿、断齿和毛边等缺陷特征系统的实验分析结果表明该检测设备能够实现预定的检测目标，全自动化的控制节省了劳动力，提高了检测效率，并且具有智能动态检测、高精度快速识别缺陷和可靠性强等优点，对于环形齿状工件的生产企业具有很大的应用价值。在2018年发表的基于视觉的标准渐开线直齿圆柱齿轮齿形缺陷检测中介绍了一种运用图像处理与算法识别来实现对齿轮的齿形缺陷的检测方法。对于当时的齿形检测平台来说，有较低的成本、有效的避免了与零件的直接接触、具有较高的自动化程度是平台最大的优点。也有很多学者对这种基于工业视觉的齿轮检测平台进行了研究。文中作者借助Halcyon软件，使用VS 2010设计了一个齿形检测平台。这个检测平台的工作原理是这样的：首先对齿轮图像进行采集与预处理，对齿轮图像进行尺寸检测，获取齿轮基本参数；根据获取的参数，画出标准轮齿轮廓；然后提取待测齿轮轮齿轮廓；最后计算对应位置的实际轮齿轮廓与标准轮齿轮廓的Hausdorff距离，看是否小于设定的公差，来判定轮齿是否合格，完成对齿轮轮齿的检测。该系统借助 Halcon，利用图像处理算法提取标准渐开线直齿圆柱齿轮实际轮齿轮廓。根据齿轮的基本参数画出标准的渐开线轮齿轮廓，并计算两者的Hausdor距离，以其是否小于设定的公差，来判定齿轮轮齿是否合格。经过对实际齿轮的检测得出，此方法可以很好地检测出有缺陷的齿轮轮齿由于是与标准轮廓相比较，该算法能够较准确地检测出标准渐开线直齿圆柱齿轮轮齿表面的缺陷。这个系统适用于对流水线上有缺陷的齿轮进行识别，也可以对使用过的齿轮进行检测，看是否有重用的价值。根据不同类型齿轮的特点，可以通过修改相应的处理过程，应用于对其他类型齿轮轮齿的检测。2019年发布的基于机器视觉的齿轮齿形缺陷检测技术中也提到了一种类似的齿形检测技术。这种技术首先设计出了齿形缺陷专用检测装置用于齿轮图像的采集，然后基于机器视觉方法，对齿轮图像进行预处理，包括了灰度转换，中值滤波去噪以及二值化。并基于Sobel边缘检测实现齿形轮廓的提取，确定了分度圆半径。基于最小二乘法拟合圆求得圆心，根据分度圆与齿廓的交点测量齿距偏差。与基于视觉的标准渐开线直齿圆柱齿轮齿形缺陷检测中提到的齿形检测技术有异曲同工之妙。前者更偏向于对软件算法的优化，后者则在对数据采集、分析方面着重研究。最近发布的一篇论文基于机器视觉的齿形结构齿顶圆检测方法中也提到了一种类似的检测方法。文中对传统的图像处理系统进行了改进，针对传统图像处理方法检测精度较低、出行结构倾角过大时齿轮存在遮挡导致算法的鲁棒性差等问题进行了优化。首先作者基于自适应阈值的曲率尺度空间技术对齿轮进行亚像素角点检测，其次采用超最小二乘法拟合了齿轮齿顶椭圆，最后通过补偿准偏心误差优化了椭圆参数。并且通过实验证明了该方法的可行性，可以将测量误差精确控制在一个很小的范围内，满足了齿形结构视觉测量的要求。通过对近年来的文献进行研究
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