CNC齿轮测量中心的误差解耦及测量品质优化

Nowdays,the most precision gear measuring center can only meet the measurement of gear with grade 2, which is almost equal to the current manufacturing accuracy of gears. It is becoming the bottleneck for further development of gear manufacturing. In order to analyze the mechanism of the coupling effect of errors of gear measurement center and its impact on the measurement results, and to explore the basic theory of gear measuring instruments designed to improve the measurement accuracy of gears, taking a real gear measuring center as the prototpe, the theoretical model of measuring process is developed. Then a virtual CNC gear measuring center (VGMC) is constructed based on CAE technique. New ways and methods are explored for the structural layout of the apparatus, the measurement strategy, formulation data optimization, the error separation, traceability of measuring. The main research contents are followed: the construction method of the virtual standard artefact in the virtual environment; the production of virtual measurement movement and the control of the virtual measurement process; the degree of approximation between the VGMC and CNC gear measuring center; the VGMC based mechanism analysis technique and measuring process optimazation technique.The proposed method will open a new solution to improve the measurement accuracy of gear, improve the working performance of gear transmission device and make it possible to certificate measuring software of complex part. On the other hand, it will explore the fundamentals of precision measurement technology .

目前最精密级的齿轮测量中心只能满足测量2级齿轮的要求，与齿轮的制造精度接近,成为制约齿轮制造业进一步发展的瓶颈。为了分析研究齿轮测量中心各项误差之间的相互耦合作用及其对测量结果的影响机理，探索齿轮测量仪器设计的基础理论。通过对测量空间误差的数学建模和对测量机系统误差的标定，将误差模型映射至计算机空间，构建具有测量特性的虚拟测量中心（VGMC）。为仪器的结构布局、测量策略的制订、数据处理过程的优化、误差分离和量值溯源等提供新的技术手段。项目主要研究齿轮测量中心几何结构模型及数字化测量样板构建；齿轮测量中心测量运动建模及VGMC测量运动实现；VGMC对真实齿轮测量中心测量特性的逼近度；齿轮测量中心误差的传递机理与测量过程优化。该方法为齿轮等复杂工件测量精度的提高开拓途径，并为复杂工件测量软件的认证提供新的校验方法，另一方面，为基于加工/测量一体化的加工质量数字化监测与反馈控制探索基础原理。

齿轮测量中心因具有测量功能丰富、测量效率高等优点，是齿轮测量的重要仪器之一。目前齿轮测量中心与齿轮的制造精度接近，严重制约了精密齿轮制造技术的发展。本项目通过构建虚拟齿轮测量中心(VGMC)，系统地研究齿轮测量中心的误差耦合作用机理,为齿轮测量中心测量精度的提高提供新的解决途径。研究内容包括VGMC的系统设计、误差模型构建、VGMC在测量软件误差解耦及测量策略优化等。.研究了VGMC的设计与虚拟测量实现技术。系统地研究了VGMC主要功能模块之间的数据交互，设计了VGMC的数据流图，构建了VGMC的系统结构。研究了精度可控的虚拟工件的构建方法、VGMC虚拟测量实现的工件模型预处理及碰撞检测技术。在实现上述关键技术的基础上，通过对VGMC的整合、调试与运行，实现了虚拟测量的全过程。.研究了齿轮测量中心的误差传递机理。通过分析工件误差、齿轮测量中心误差、软件误差等误差的特性，构建了基于VGMC的齿轮测量中心误差模型，建立了VGMC的误差模块，完善了VGMC的内部特性。.提出了四种基于VGMC的测量软件误差的解耦方法。针对齿廓偏差测量软件，运用提出的方法进行测量软件误差的辨识与评估仿真，并应用仿真测试的软件对PTB校准后的标准齿轮进行了齿廓测量实验。仿真和实验验证了提出方法的正确性，为无实物基准的复杂工件测量软件认证提供一种新的手段。.研究了基于VGMC的不同测量策略对齿廓偏差测量结果的影响。基于VGMC进行了展成法、极坐标法和直角坐标法三种齿廓测量策略下齿廓测量不确定度的评定仿真，并进行了相关实验验证。结果表明，VGMC不仅能够正确地定性分析测量策略总体性能，而且还具备准确定量分析不同误差项影响的优势，为测量策略的优化提供了理论指导。.研究了VGMC平台在大齿轮测量和复杂型面测量方面的应用。提出了一种大齿轮测量坐标系建立方法——标准量块法，并进行了误差分析及优化方法研究；研究了叶片型面的三维重构技术，并进行了重构误差分析。为VGMC在大齿轮和复杂型面测量方面的应用提供理论基础。.