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基于白光干涉仪的微小齿轮高精度测量方法

宋辉旭 蒋金哲 石照耀 于渤

宋辉旭,蒋金哲,石照耀,等. 基于白光干涉仪的微小齿轮高精度测量方法[J]. 计量科学与技术,2024, 68(4): 3-10 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0352
引用本文: 宋辉旭,蒋金哲,石照耀,等. 基于白光干涉仪的微小齿轮高精度测量方法[J]. 计量科学与技术,2024, 68(4): 3-10 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0352
SONG Huixu, JIANG Jinzhe, SHI Zhaoyao, YU Bo. High-Precision Measurement Method for Micro Gears Based on White Light Interferometry[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(4): 3-10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0352
Citation: SONG Huixu, JIANG Jinzhe, SHI Zhaoyao, YU Bo. High-Precision Measurement Method for Micro Gears Based on White Light Interferometry[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(4): 3-10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0352

基于白光干涉仪的微小齿轮高精度测量方法

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0352
基金项目: 国家自然科学基金项目(52105043);中国科协青年人才托举工程(2021QNRC001)。
详细信息
    作者简介:

    宋辉旭(1989-),北京工业大学副教授,研究方向:显微测量技术及仪器,邮箱:huixu_song@bjut.edu.cn

    通讯作者:

    石照耀(1964-),北京工业大学教授,研究方向:精密测试技术及仪器、齿轮工程和机器人精密减速器,邮箱:shizhaoyao@bjut.edu.cn

  • 中图分类号: TB921

High-Precision Measurement Method for Micro Gears Based on White Light Interferometry

  • 摘要: 实现精密测量的前提在于被测物理量的准确获取,目前高精度且昂贵的数控齿轮测量仪器得到普遍应用。然而模数小于0.1 mm、直径小于1 mm的微型齿轮由于齿槽宽度过小,传统的接触式测量手段无法测量完整齿廓。光学测量手段也因轮齿遮挡和齿面倾角的限制存在无法获取齿根数据的问题。针对此现状,提出了一种基于白光干涉测量原理的微小齿轮高精度测量方法。根据干涉图样的出现顺序实现对微小齿轮端面倾斜程度的实时监测,确保了齿轮轮廓的提取精度;基于齿轮端面三维点云数据确定齿轮中心,有效提升了齿轮定心精度。重点介绍了面向微小齿轮的白光干涉测量原理、端面调平模型以及齿轮误差计算方法。试验结果表明,该方法能够实现对微小齿轮的高精度测量,为解决微小齿轮的精密测量提供了有效手段。
  • 图  1  Zeiss F25微小坐标测量机

    Figure  1.  Zeiss F25 small coordinate measuring machine

    图  2  测球直径100 μm的测头

    Figure  2.  Probe with the tip diameter of 100 μm

    图  3  WFP光纤测头

    Figure  3.  WFP Fiber probe

    图  4  Alicona 变焦测量仪G5

    Figure  4.  Alicona InifiniteFocus G5

    图  5  微小齿轮示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of a micro gear

    图  6  白光干涉仪实物图

    Figure  6.  White light interferometer

    图  7  白光干涉测量原理

    Figure  7.  Principle of white light interferometry measurement

    图  8  微小齿轮端面调平前后数据对比

    Figure  8.  Comparison of micro gear end face data before and after leveling

    图  9  微小齿轮端面三维点云数据

    Figure  9.  3D point cloud data of micro gears

    图  10  微小齿轮齿距偏差计算方法

    Figure  10.  Calculation method for pitch deviation of micro gears

    图  11  微小齿轮齿廓偏差计算方法

    Figure  11.  Calculation method for profile deviation of micro gears

    图  12  任一齿距累积偏差曲线

    Figure  12.  Individual cumulative pitch deviation curve

    图  13  齿廓偏差曲线

    Figure  13.  Profile deviation curve

    图  14  仪器重复性试验

    Figure  14.  Instrument repeatability experiment

    表  1  微小齿轮参数

    Table  1.   Micro gear parameters

    模数0.08
    参数 齿数7
    压力角20°
    变位系数+0.3
    下载: 导出CSV

    表  2  单项齿廓偏差

    Table  2.   Profile deviation for each tooth /μm

    编号 左齿廓 右齿廓
    Fα f f Fα f f
    #1 5.6 8.2 −5.5 3.6 3.1 1.5
    #2 3.1 2.9 −0.2 8.3 8.4 0.2
    #3 10.2 8.5 −3.7 4.0 4.0 0.1
    #4 7.3 7.7 −0.4 5.9 5.1 −1.4
    #5 8.6 8.4 −0.3 6.7 5.8 −4.6
    #6 4.9 4.4 −1.4 6.5 6.0 −2.1
    #7 3.1 3.2 −0.3 7.5 6.5 −1.9
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-15
  • 录用日期:  2023-12-26
  • 修回日期:  2023-12-26
  • 网络出版日期:  2024-04-12
  • 刊出日期:  2024-04-01

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