目前，大齒輪測(cè)量缺少相應(yīng)的樣板，所以即使開(kāi)發(fā)了測(cè)量?jī)x器，其量值傳遞也是個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量不確定度無(wú)法確定，可以說(shuō)測(cè)量的結(jié)果是不可信的。因此，大齒輪樣板的開(kāi)發(fā)及儀器標(biāo)定技術(shù)也是大齒輪測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

大齒輪測(cè)量現(xiàn)狀

在齒輪測(cè)量領(lǐng)域，大小齒輪的測(cè)量一直是技術(shù)難題，其中特大齒輪測(cè)量和微小齒輪測(cè)量屬于“絕端測(cè)量范疇”。齒輪測(cè)量一般分為：以齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量為基礎(chǔ)的分析式測(cè)量(圖2)；以綜合測(cè)量(雙面、單面嚙合測(cè)量)為基礎(chǔ)的功能式測(cè)量；將單項(xiàng)和綜合集合于一體的齒輪整體誤差測(cè)量。對(duì)大齒輪而言，主要采用分析式測(cè)量。大齒輪測(cè)量方法眾多，依據(jù)齒輪測(cè)量時(shí)加工機(jī)床、被測(cè)齒輪和儀器的位置關(guān)系，可分為兩類：齒輪離位測(cè)量和齒輪在位測(cè)量。

1.齒輪離位測(cè)量

齒輪離位測(cè)量是指測(cè)量時(shí)齒輪必須從加工機(jī)床上取下來(lái)搬到儀器上進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量?jī)x器包括大型齒輪測(cè)量中心和大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，這類臺(tái)式儀器精度高、測(cè)量條件好，可測(cè)量齒輪的多個(gè)誤差項(xiàng)目。用大型儀器測(cè)量大齒輪是一種“以大測(cè)大”的思路，即要測(cè)量大尺寸工件，就發(fā)展一種更大尺寸的測(cè)量?jī)x器。

1）大型齒輪測(cè)量中心

大型齒輪測(cè)量中心是常規(guī)中、小型齒輪測(cè)量中心的“放大”。除了儀器結(jié)構(gòu)做了相應(yīng)改進(jìn)外，測(cè)量原理也有所差異。中、小型齒輪測(cè)量中心一般采用電子展成測(cè)量，而大型齒輪測(cè)量中心是電子展成測(cè)量與極坐標(biāo)測(cè)量的綜合。中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)和日本有多家齒輪量?jī)x廠生產(chǎn)大型齒輪測(cè)量中心。例如我國(guó)哈量集團(tuán)在2004年研制的齒輪測(cè)量中心3920，可測(cè)2m齒輪、模數(shù)1～32mm，最大工件質(zhì)量為10t，采用電子展成測(cè)量原理。德國(guó)Klingelnberg公司針對(duì)大齒輪的測(cè)量研制了P150～P350系列齒輪測(cè)量中心(圖3)，采用水平測(cè)量臂和水平式三維串聯(lián)測(cè)頭，齒廓測(cè)量一般采用電子展成的法向坐標(biāo)測(cè)量原理；對(duì)展開(kāi)長(zhǎng)度大于儀器切向?qū)к壭谐痰凝X輪，采用極坐標(biāo)測(cè)量原理。該系列儀器測(cè)量精度能滿足ISO1328的3級(jí)齒輪測(cè)量要求，個(gè)別誤差項(xiàng)目達(dá)到了2級(jí)。其中P350可測(cè)量工件最大直徑3.8m，模數(shù)1～32mm，重量可達(dá)20t。另外，該公司針對(duì)風(fēng)電齒輪測(cè)量的特殊性，研制了P150W～P350W系列齒輪測(cè)量中心，采用垂直測(cè)量臂和鉛垂式三維并聯(lián)窩裝測(cè)頭，更適合內(nèi)齒圈、行星齒輪和太陽(yáng)齒輪的測(cè)量。德國(guó)Wenzel公司的WGT系列齒輪測(cè)量中心也可用于大齒輪測(cè)量，其中WGT4000可測(cè)量外徑4m大齒輪，最大承載重量可達(dá)30t。美國(guó)Gleason公司Sigma系列齒輪測(cè)量中心可測(cè)量齒輪最大直徑3m，模數(shù)0.8～32mm，工件最大重量9t。Sigma系列齒輪測(cè)量中心配置了一套分析式測(cè)量軟件GAMA，具有操作簡(jiǎn)單、過(guò)程可控及結(jié)果實(shí)時(shí)顯示等特點(diǎn)，與同級(jí)別的儀器相比，測(cè)量可以節(jié)約一半的時(shí)間。

2）大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為一種通用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、高精度測(cè)量系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)研究中，得到廣泛應(yīng)用。采用通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量大齒輪是最近10年的研究重點(diǎn)，這種任務(wù)通常只有精密級(jí)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)才能滿足測(cè)量精度要求。大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也是從傳統(tǒng)的中、小型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展而來(lái)；迄今，世界上的一些知名量?jī)x公司都開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，用于解決大型工件的測(cè)量問(wèn)題。如德國(guó)Leitz公司開(kāi)發(fā)了可測(cè)量大齒輪的PMM-C、PMM-F和PMM-G等系列大型三坐標(biāo)量機(jī)。其中PMM-G最具代表性(圖4)，它是一種龍門式機(jī)構(gòu)，最大空間測(cè)量范圍為6000mm×4000mm×3000mm，可以測(cè)量齒輪種類繁多。對(duì)于分段加工的齒輪，PMM-G更具優(yōu)勢(shì)。如圖5所示為應(yīng)用PMM-G測(cè)量4段直徑5m齒圈的方案。德國(guó)Wenzel公司生產(chǎn)了LH系列、LHF系列的大型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，2008年還研發(fā)了一臺(tái)超大型測(cè)量機(jī)LHF3020，其測(cè)量范圍達(dá)到了3000mm×10000mm×2000mm，特別適合大齒輪的測(cè)量。德國(guó)Zeiss公司也針對(duì)大型工件生產(chǎn)MMZ系列大型龍門式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其中以MMZ-G3000的空間測(cè)量范圍最大，為3000mm×6000mm×2000mm，儀器上配備了配備VAST主動(dòng)掃描探頭及測(cè)量風(fēng)能系統(tǒng)部件的專用軟件，可在生產(chǎn)車間使用。理論上講，直徑5m以下的大齒輪測(cè)量問(wèn)題是得到解決了的；但實(shí)際中這些臺(tái)式量?jī)x一般安裝在計(jì)量室而不適合安放在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于大齒輪搬運(yùn)不方便、在儀器上的安裝調(diào)試也非常麻煩，加之儀器價(jià)格昂貴，影響了這類儀器的應(yīng)用。針對(duì)臺(tái)式量?jī)x的局限性，將儀器置于齒輪上或在機(jī)床上對(duì)齒輪進(jìn)行在位測(cè)量，就成了大齒輪測(cè)量的順理選擇。

2.齒輪在位測(cè)量

齒輪在位測(cè)量是指測(cè)量時(shí)把儀器裝于齒輪之上或是加工機(jī)床上進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織齒輪技術(shù)委員會(huì)(ISO/TC60)的相關(guān)規(guī)定，在位測(cè)量的含義包含兩方面，一是在機(jī)測(cè)量，即在機(jī)床上對(duì)齒輪進(jìn)行測(cè)量；二是上置式測(cè)量，即把測(cè)量裝置搬到齒輪上測(cè)量。

1）在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

采用在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量大齒輪時(shí)，不需要對(duì)被測(cè)齒輪進(jìn)行吊裝、找正等操作，省時(shí)省力、測(cè)量效率高。同時(shí)，免除了購(gòu)置大型齒輪測(cè)量中心，可顯著降低設(shè)備的投入成本。在機(jī)測(cè)量包括兩類：獨(dú)立在機(jī)測(cè)量和集成在機(jī)測(cè)量。前者是在機(jī)床旁增加了一套測(cè)量裝置，齒輪的測(cè)量運(yùn)動(dòng)仍借助機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)齒輪在機(jī)床上的測(cè)量。20世紀(jì)90年代以前的在機(jī)測(cè)量，主要采用這種形式。當(dāng)前，一些老機(jī)床的技術(shù)改造也是這種形式。德國(guó)Klingelnberg公司曾開(kāi)發(fā)一臺(tái)專門測(cè)量齒距和跳動(dòng)誤差的獨(dú)立在機(jī)儀器EVTM-D，其測(cè)量齒輪模數(shù)范圍為1～40mm，最小工件外徑為20mm，理論上對(duì)工件最大外徑?jīng)]有要求，但該儀器測(cè)量時(shí)，需要借助加工機(jī)床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)被測(cè)齒輪連續(xù)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)測(cè)量觸頭則伸入到齒槽中進(jìn)行測(cè)量。獨(dú)立在機(jī)測(cè)量的主要問(wèn)題是：測(cè)頭定位精度低，測(cè)量精度不高；測(cè)量系統(tǒng)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)沒(méi)有集成，檢測(cè)結(jié)果必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能對(duì)齒輪加工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。集成在機(jī)測(cè)量利用機(jī)床的控制系統(tǒng)、部分伺服運(yùn)動(dòng)軸及附加測(cè)量裝置共同完成齒輪測(cè)量。國(guó)內(nèi)外新一代大型數(shù)控齒輪機(jī)床，如滾齒機(jī)、磨齒機(jī)等，都帶有集成在機(jī)測(cè)量機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)齒廓、螺旋線和齒距測(cè)量。這些機(jī)載齒輪測(cè)量裝置將測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，測(cè)量信息處理后能反饋至機(jī)床，及時(shí)修正加工參數(shù)。我國(guó)的秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司在YK7380等型號(hào)磨床上配備了隨機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，用于工件的調(diào)整和測(cè)量。德國(guó)Kapp公司生產(chǎn)的ZP08~ZP60系列磨床上配備了測(cè)頭系統(tǒng)(圖6)，可對(duì)加工中的齒輪進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。德國(guó)Hfler公司生產(chǎn)的RAPID2500～RAPID6000系列磨齒機(jī)上均集成了三維測(cè)頭系統(tǒng)，可以測(cè)量齒廓的三維拓?fù)湔`差。大齒輪在機(jī)測(cè)量存在一個(gè)測(cè)量方法問(wèn)題：測(cè)量齒廓偏差時(shí)，由于機(jī)床切向的最大行程比較小，無(wú)法采用基圓展成的法向極坐標(biāo)法，為此，通常也采用直角坐標(biāo)測(cè)量齒廓偏差。另外，在機(jī)測(cè)量精度嚴(yán)重依賴機(jī)床的原始精度。這存在一個(gè)所謂的“自己測(cè)自己”的問(wèn)題，即測(cè)量結(jié)果不能反映機(jī)床系統(tǒng)誤差的影響。因此，在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量誤差修正是關(guān)鍵所在。