為了正確測(cè)量和評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量，齒輪測(cè)量?jī)x器通常應(yīng)按照我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10095-2001（等同于ISO1328：1997）的漸開線圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的精度項(xiàng)目、精度評(píng)定方法以及規(guī)定的公差，對(duì)產(chǎn)品齒輪進(jìn)行快速、高效、可靠的測(cè)量。由于市場(chǎng)（如汽車行業(yè)）對(duì)齒輪測(cè)量不斷提出新的更高要求，因此齒輪測(cè)量精度項(xiàng)目也應(yīng)不斷有所發(fā)展，齒輪測(cè)量?jī)x器也應(yīng)有所創(chuàng)新，使測(cè)量功能不斷增強(qiáng)，以滿足新的需求。
齒輪測(cè)量?jī)x器通常由儀器主機(jī)、坐標(biāo)或位移傳感器、測(cè)頭裝置、測(cè)量拖板數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)電氣裝置與接口，以及計(jì)算機(jī)等主要部分組成。隨著關(guān)鍵精密零部件生產(chǎn)專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，尤其是近年來信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)以及精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了齒輪測(cè)量?jī)x器的研制與開發(fā)。新的控制軟件和測(cè)量軟件的開發(fā)顯得更為重要。
（1）CNC齒輪測(cè)量中心
從上世紀(jì)80年代開始，齒輪測(cè)量中心的開發(fā)受到眾多齒輪測(cè)量?jī)x器制造商的重視；90年代逐步形成了系列化產(chǎn)品推向市場(chǎng)。CNC齒輪測(cè)量中心是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在齒輪測(cè)量?jī)x器上集成應(yīng)用的結(jié)晶，是坐標(biāo)式齒輪測(cè)量?jī)x器發(fā)展中的一個(gè)里程碑。該儀器實(shí)質(zhì)上是含有一個(gè)回轉(zhuǎn)角坐標(biāo)的四坐標(biāo)測(cè)量機(jī)——圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要用于齒輪單項(xiàng)幾何精度的檢測(cè)，也可用于（靜態(tài)）齒輪整體誤差的測(cè)量。
德國(guó)KLINGELNBERG的P系列齒輪測(cè)量中心，其特點(diǎn)是采用了專利的三維數(shù)字式高精度光柵測(cè)量頭（使用了HEINDENHAIN的超高精度光柵）；性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，高性能直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；高精度滾珠軸系和密珠滾動(dòng)導(dǎo)軌。儀器精度達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)。據(jù)報(bào)道該廠生產(chǎn)并經(jīng)精化的一臺(tái)P65齒輪測(cè)量中心，被英國(guó)國(guó)家齒輪計(jì)量實(shí)驗(yàn)室選定，作為英國(guó)齒輪精度傳遞及標(biāo)定的基準(zhǔn)儀器。美國(guó)M&M的齒輪測(cè)量中心，其三維高精度電感測(cè)量頭；花崗石基座；精密氣浮軸系以及精密直線滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌，成為該儀器的特色（近年也采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)），儀器測(cè)量不確定度為2μm。德國(guó)MAHR的GMX275采用的模擬量測(cè)量頭，可選擇掃描或單點(diǎn)采樣方式，可以按0.1°間距轉(zhuǎn)動(dòng)，使測(cè)頭的測(cè)尖能處于被測(cè)齒面的法面上，儀器測(cè)量不確定度在測(cè)量空間內(nèi)為（2.3μm+L/200）。齒輪測(cè)量中心除了能測(cè)量圓柱漸開線齒輪，還能測(cè)量齒輪滾刀，插齒刀，剃齒刀等齒輪刀具，以及蝸桿、蝸輪、凸輪軸等復(fù)雜型面的回轉(zhuǎn)體零件。國(guó)外齒輪測(cè)量中心廠商，大多還開發(fā)了適用于不同制式錐齒輪的測(cè)量軟件和錐齒輪加工機(jī)床的參數(shù)修正軟件，這有益于加快錐齒輪的首件試切。通過接口或網(wǎng)絡(luò)的信息集成，將測(cè)量機(jī)、錐齒輪設(shè)計(jì)及錐齒輪加工機(jī)床連接一起，構(gòu)建成錐齒輪閉環(huán)制造系統(tǒng)——將試切錐齒輪幾何形狀的測(cè)量信息，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)機(jī)床參數(shù)的調(diào)整信息后反饋到機(jī)床，實(shí)現(xiàn)錐齒輪加工的CAD/CAM/CAT，使錐齒輪的“零廢品”制造成為可能（可惜目前還未見國(guó)內(nèi)應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道）；選用相關(guān)軟件，還能用于反求工程對(duì)工件參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。高精度和一機(jī)多能的特點(diǎn)，使齒輪測(cè)量中心更適合于工廠計(jì)量站使用。
日本的齒輪測(cè)量?jī)x器制造商，在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)過近十年的沉寂后近年來亮相頻繁。大阪精機(jī)在GC-HP系列齒輪測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)上，開發(fā)出CNC電子創(chuàng)成式的CLP系列齒輪測(cè)量?jī)x器。特別值得一提的是最近在國(guó)內(nèi)參展亮相的東京技術(shù)儀器公司（Tokyo Technical Instruments Inc.）。在2003年底上海中國(guó)國(guó)際齒輪傳動(dòng)、制造技術(shù)及裝備展覽會(huì)上該廠首次展出TTI-300E型CNC齒輪檢測(cè)儀，據(jù)稱其質(zhì)量較小的測(cè)頭部件能單獨(dú)在徑向運(yùn)動(dòng)，便于快速測(cè)量齒輪齒距偏差。密珠軸系的主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.03μm，儀器測(cè)量重復(fù)性達(dá)到0.5μm。除了能對(duì)漸開線齒輪高精度測(cè)量外，該儀器還能對(duì)齒輪刀具（如滾刀、剃齒刀、插齒刀）以及蝸輪蝸桿進(jìn)行測(cè)量。該公司產(chǎn)品近年在中國(guó)已售出30余臺(tái)（主要集中在臺(tái)資企業(yè)）。
近年來，國(guó)產(chǎn)CNC齒輪測(cè)量中心有了長(zhǎng)足的發(fā)展，哈爾濱量具刃具廠、哈爾濱精達(dá)公司都先后成功開發(fā)出了系列產(chǎn)品。哈量的3903A齒輪測(cè)量中心，經(jīng)過幾年努力，儀器精度和測(cè)量速度據(jù)稱已達(dá)到或接近KLINGELNBERG公司產(chǎn)品的先進(jìn)水平。精達(dá)公司作為后起之秀，發(fā)展引人矚目，其JD、JDS系列齒輪測(cè)量中心，目前在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品中銷量最多。國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的質(zhì)量和性能不斷提高，已經(jīng)具有和國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。不過在儀器精度、穩(wěn)定性，尤其在測(cè)量軟件（如弧錐齒輪的測(cè)量軟件）、儀器故障診斷功能等方面，和國(guó)外還有一定差距。令人欣慰的是國(guó)內(nèi)齒輪量?jī)x制造商已有共識(shí)，已聯(lián)合高校院所協(xié)同攻關(guān)努力縮小差距；隨著性價(jià)比的迅速提高，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的增強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)齒輪測(cè)量中心的發(fā)展前景看好，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所占比重將會(huì)越來越大。
（2）齒輪嚙合檢查儀
①齒輪單面嚙合滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量?jī)x
這類儀器在我國(guó)曾得到大力開發(fā)與生產(chǎn)，特別適合摩托車汽車齒輪批量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量檢測(cè)和生產(chǎn)工藝監(jiān)控。成都工具研究所研制的CNC蝸桿式齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x是一個(gè)典型實(shí)例，至今已在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷售200余臺(tái)，少量銷往國(guó)外。它的特點(diǎn)是采用跳牙磨薄測(cè)量蝸桿與被測(cè)齒輪嚙合，對(duì)齒輪齒面進(jìn)行滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量。測(cè)量信息豐富，測(cè)量效率高。德國(guó)FRENCO公司最近推向市場(chǎng)的URM齒輪誤差滾動(dòng)掃描測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理完全類同于我國(guó)齒輪整體誤差測(cè)量技術(shù)。該儀器可稱為平行軸齒輪式齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x，它采用高精度圓光柵作為角度傳感器，特殊測(cè)量齒輪為測(cè)量元件，測(cè)量基本單元是測(cè)量齒輪上特制的測(cè)量棱線，分別為齒廓測(cè)量棱線和齒向（螺旋線）測(cè)量棱線。測(cè)量?jī)x器的不確定度為3.5～4.5μm，測(cè)量重復(fù)性為2～3μm。測(cè)量時(shí)間1～2分鐘，測(cè)量齒輪使用壽命約20萬次。該產(chǎn)品已在德國(guó)福特汽車廠、大眾汽車廠得到應(yīng)用。成都工具研究所生產(chǎn)的CSZ500A、B型錐齒輪整體誤差測(cè)量?jī)x，是滾動(dòng)點(diǎn)掃描測(cè)量技術(shù)在錐齒輪測(cè)量上的應(yīng)用范例。測(cè)量錐齒輪的齒廓、齒向測(cè)量棱線的制作采用了自行開發(fā)的專利技術(shù)，儀器測(cè)量重復(fù)性可高達(dá)1～2μm，可測(cè)量錐齒輪的齒形、齒向、齒距偏差，齒面形貌偏差，切向綜合偏差以及接觸區(qū)。測(cè)量時(shí)間取決于大小錐齒輪齒數(shù)，通常為5～10分鐘。
②齒輪雙面嚙合檢查儀
近年來，由于計(jì)算機(jī)、精密光柵傳感器以及數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢查儀經(jīng)過技術(shù)改造提升，整體水平有了質(zhì)的改變，分析功能增強(qiáng)。哈爾濱量具刃具廠的智能雙面嚙合齒輪測(cè)量?jī)x配備了筆記本電腦、長(zhǎng)、圓光柵傳感器、直流伺服電機(jī)和單片機(jī)數(shù)據(jù)采集，能對(duì)齒輪的徑向綜合偏差、一齒徑向綜合偏差、徑向跳動(dòng)等進(jìn)行測(cè)量外，還能對(duì)毛刺、劃傷、磕碰等缺陷進(jìn)行判定。隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，信息、辦公機(jī)器以及照像機(jī)、玩具行業(yè)等用小模數(shù)齒輪（尤其是塑料齒輪）產(chǎn)量大增，質(zhì)量要求也越來越高，小型齒輪雙面嚙合檢查儀市場(chǎng)需求相應(yīng)增加。2003年上海展覽會(huì)上就展出了日本東京技術(shù)儀器和大阪精機(jī)的齒輪雙面嚙合檢查儀。據(jù)東京技術(shù)儀器公司介紹，他們的TF-40NC是世界上第一臺(tái)CNC齒輪雙面嚙合檢查儀，其特點(diǎn)除了自動(dòng)校零點(diǎn)、顯示最大、最小和中心距平均值外，還能對(duì)基準(zhǔn)（測(cè)量）齒輪的徑向振擺進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。除了MARPOSS的M62系列、大阪精機(jī)的GTR-PC、北井產(chǎn)業(yè)的KGT等產(chǎn)品外，我國(guó)的哈爾濱精達(dá)測(cè)量?jī)x器有限公司也生產(chǎn)用于工位檢測(cè)、具有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理功能的齒輪雙面嚙合檢查儀。
③齒輪單面嚙合檢查儀
齒輪單面嚙合檢查儀又稱為齒輪副傳動(dòng)精度檢查儀或齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)。典型實(shí)例是美國(guó)GLEASON公司的鳳凰HCT500、德國(guó)KLINGELNBERG公司的GKC60 CNC錐齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)。它裝有高精度圓光柵，可以測(cè)量錐齒輪、圓柱齒輪副的傳動(dòng)精度——切向綜合偏差，以及加載加速時(shí)的三維結(jié)構(gòu)噪音分析、齒面接觸斑點(diǎn)，用以評(píng)定傳動(dòng)副配對(duì)質(zhì)量。我國(guó)原內(nèi)江機(jī)床廠最近與重慶大學(xué)合作，成功研制出國(guó)產(chǎn)CNC錐齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)，為趕超國(guó)外先進(jìn)水平做出了貢獻(xiàn)。小模數(shù)齒輪刀具制造商日本小笠原開發(fā)的MEATA-3型齒輪副傳動(dòng)精度檢測(cè)儀，可以測(cè)量蝸桿蝸輪副、內(nèi)外直/斜圓柱齒輪副、錐齒輪副、端面齒輪副等的傳動(dòng)誤差，儀器分辨率為1角秒。
(3)齒輪在線測(cè)量分選機(jī)
這類儀器主要應(yīng)用于批量生產(chǎn)汽車轎車齒輪質(zhì)量的最終檢測(cè)，以保證齒輪變速箱的裝配總成質(zhì)量。由英國(guó)MOORE公司制造、美國(guó)ITW出產(chǎn)的齒輪在線自動(dòng)分選機(jī)，實(shí)質(zhì)上是一種改型的齒輪雙面嚙合在線檢測(cè)分選機(jī)。除了能測(cè)量齒輪徑向綜合偏差、齒厚、齒輪加工毛刺及磕碰缺陷以外，由于配備了特殊的二維齒向測(cè)量機(jī)構(gòu)，儀器還能測(cè)量雙嚙齒向偏差和雙嚙齒向錐度偏差等齒輪誤差。該儀器適用于車間現(xiàn)場(chǎng)，能滿足批量生產(chǎn)汽車齒輪100%的在線檢測(cè)和自動(dòng)分選的要求。該機(jī)測(cè)量速度快，每小時(shí)可測(cè)300～600個(gè)齒輪；使用不同的工裝夾具，可分別對(duì)內(nèi)、外齒輪，盤、軸齒輪進(jìn)行測(cè)量；配有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和SPC統(tǒng)計(jì)分析軟件，能對(duì)齒輪加工過程和工藝狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)；此外，它還具有儀器自身故障自動(dòng)診斷功能。儀器重復(fù)性精度指標(biāo)為：齒厚4μm，徑跳3μm，齒向4μm，毛刺7μm。據(jù)稱美國(guó)、德國(guó)的汽車制造廠都配備了類似儀器，以對(duì)齒輪質(zhì)量和加工進(jìn)行有效監(jiān)控。大阪精機(jī)的AG系列齒輪自動(dòng)分選機(jī)也在日本得到了很好的應(yīng)用。
（4）激光齒輪測(cè)量?jī)x
有關(guān)激光齒輪測(cè)量?jī)x，近年日本報(bào)道較多。大阪精機(jī)近年開發(fā)用于基準(zhǔn)傳遞、漸開線樣板檢測(cè)的CNC高精度齒輪測(cè)量?jī)x，采用了高精度氣浮主軸，氣浮導(dǎo)軌，高精度長(zhǎng)、圓編碼器的同時(shí)，還采用了激光測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)進(jìn)行齒面精度檢測(cè)。據(jù)報(bào)道儀器測(cè)量精度（重復(fù)精度）0.2～0.3μm。日本AMTEC公司的G3-SYSTEM 50非接觸式齒輪測(cè)量?jī)x采用了激光全息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精確、高速測(cè)量。該儀器是一臺(tái)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)X、Y、Z、C軸運(yùn)動(dòng)的四軸（圓柱）坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。儀器配置了CONOPROBE激光全息測(cè)量頭，當(dāng)其物鏡為HD25mm時(shí)，測(cè)頭的絕對(duì)精度＜1μm，重復(fù)性1σ＜0.2μm，工作區(qū)域?yàn)?/SPAN>0.65mm。該儀器可測(cè)量漸開線直、斜齒輪和花鍵、螺紋等，今后還將可以測(cè)量蝸桿、傘齒輪等。齒輪模數(shù)小至0.1mm，直徑1～50mm，齒寬0.1～100mm，齒數(shù)4～200。由于采用激光非接觸測(cè)量方式，儀器可以測(cè)量齒面上非漸開線齒根部分幾何形狀，專門開發(fā)的仿真軟件可以模擬求得被測(cè)齒輪與其配對(duì)齒輪嚙合時(shí)的傳動(dòng)誤差，進(jìn)行相應(yīng)的FFT頻譜分析；所測(cè)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)還可通過LAN共享。
(5)超精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
日本松下電器產(chǎn)業(yè)開發(fā)了采用原子力測(cè)頭的超精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，精度為0.01μm。用它測(cè)量齒輪時(shí)，由于測(cè)頭只能沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，所測(cè)齒輪受到一定限制。但是在測(cè)量限定齒數(shù)的實(shí)物樣板時(shí)，測(cè)量精度可達(dá)到納米級(jí)。測(cè)量樣板所用測(cè)針的頂端曲率半徑為2μm，因而可以測(cè)量齒面粗糙度。隨著我國(guó)齒輪制造業(yè)的快速發(fā)展，隨著漸開線圓柱齒輪精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10095-2001（等同于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1328：1997）的公布、宣傳和貫徹，我國(guó)齒輪測(cè)量技術(shù)和齒輪測(cè)量?jī)x器的發(fā)展方向更明，步伐更快。齒輪測(cè)量技術(shù)已成為先進(jìn)齒輪制造技術(shù)中不可或缺的一個(gè)重要組成部分。隨著齒輪質(zhì)量要求的不斷提高，新的齒輪精度評(píng)定指標(biāo)的出現(xiàn)將推動(dòng)齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，齒輪測(cè)量技術(shù)和齒輪測(cè)量?jī)x器也將不斷發(fā)展。近年來，中國(guó)齒輪專業(yè)協(xié)會(huì)在組織、引導(dǎo)我國(guó)齒輪制造業(yè)、提高行業(yè)整體齒輪制造技術(shù)和質(zhì)量方面，做出了卓有成效的努力；中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)機(jī)械量測(cè)試儀器分會(huì)對(duì)于齒輪測(cè)量?jī)x器的發(fā)展，給予了關(guān)注和支持。因此，我們有理由相信我國(guó)齒輪測(cè)量?jī)x器制造業(yè)必將實(shí)現(xiàn)新的振興 |
