(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211136292.2 (22)申请日 2022.09.19 (71)申请人 重庆市计量质量检测研究院 地址 400000 重庆市渝北区杨柳北路1号 (72)发明人 周森　徐建　陶磊　丁跃清　周进　 岳翀　 (74)专利代理 机构 北京知舟专利事务所(普通 合伙) 11550 专利代理师 周玉玲 (51)Int.Cl. G06F 17/18(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G01B 11/14(2006.01) (54)发明名称 齿距量值标定方法、 齿距模拟标准器及其设 计与制备方法 (57)摘要 本发明属于齿距标准器技术领域， 为解决传 统齿距样 板难以加工制造的技术问题， 提供了一 种齿距量值标定方法、 齿距模拟标准器及其设计 与制备方法， 能够通过标准球模拟出具有齿距量 值的标准器， 假设采用的标准球的部分圆弧代替 目标齿距样 板中单齿的渐开线轮廓， 根据标准球 的水平投影圆与 目标齿距样板的分度圆之间的 几何关系， 计算出水平投影圆的半径以及水平投 影圆到坐标原点的距离分别作为标准球的设计 半径与标准球的球心到高精度旋转台的中心轴 线的设计距离； 通过高精度旋转台的旋转角度对 设计齿距角进行模拟， 得到模拟齿距角； 目标齿 距样板的分度圆半径作为齿距模拟标准器的分 度圆半径； 模拟齿距角在分度圆上所对应的弧长 即为齿距。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 115391742 A 2022.11.25 CN 115391742 A 1.一种齿距模拟标准器的设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取目标齿距样板的参数， 包括分度圆半径、 压力角、 模数与齿数； 建立目标齿距样板的坐标系OwXwYw： 以目标齿距样板的中心为坐标原点Ow， 沿两个互相 垂直的半径方向分别为Xw轴、 Yw轴； 在目标齿距样板的坐标系OwXwYw下， 假设采用位于目标齿距样板的渐开线凹侧的标准 球的部分圆弧代替目标齿距样板中单齿的渐开线轮廓： 以目标齿距样板的分度圆与渐开线 的交点， 作为标准球在坐标系OwXwYw下的水平投影圆的切点； 根据所述水平 投影圆的半径与目标齿距样板的分度圆半径之间的几何关系， 计算出水 平投影圆的半径以及水平投影圆到坐标原点的距离； 所述水平投影圆的半径作为标准球的设计半径， 所述水平投影圆的圆心到坐标原点的 距离作为标准球的球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离， 从而获得齿距模拟标准器 的设计参数； 通过高精度旋转台的旋转角度对设计齿距角进行模拟， 得到模拟齿距角； 设计齿距角 θ′＝2 π/z， z表 示目标齿距样 板的齿数； 目标齿距样 板的分度圆半径作为齿距模拟标准器的 分度圆半径； 所述模拟齿距角在分度圆上 所对应的弧长即为齿距。 2.根据权利要求1所述的齿距模拟标准器的设计方法， 其特征在于， 所述标准球的设计 半径， 即水平投影圆的半径， 按如下公式计算： 所述设计距离， 即水平投影圆的圆心到坐标原点的距离， 按如下公式计算： 式中， rc表示标准球的设计半径； rf表示目标齿距样板的分度圆半径； rd表示标准球的 球心到高精度旋转台的中心轴线的设计距离； lPN表示目标齿距样板的齿厚， lPN＝π·mn/2， mn表示模数； α 表示目标齿距样板的压力角。 3.一种齿距模拟标准器的制备方法， 其特征在于， 采用权利要求1或2中任一所述的齿 距模拟标准器的设计方法获取齿距模拟标准器的设计参数； 按照所述设计半径选择或制备 单个标准球并按照所述设计距离布置标准球与高精度旋转台的相对位置， 从而制备得到齿 距模拟标准器。 4.一种齿距模拟标准器， 其特征在于， 采用如权利要求3所述的齿距模拟标准器的制备 方法制备 得到。 5.根据权利要求4所述的齿距模拟标准器， 其特征在于， 标准球按所述设计距离布置在 高精旋转台上。 6.根据权利要求4所述的齿距模拟标准器， 其特征在于， 标准球布置在高精度旋转台外 侧， 并通过激光 光路确定标准球与高精度旋转台之间的相对位置 。 7.根据权利要求6所述的齿距模拟标准器， 其特征在于， 激光干涉仪设置在高精度旋转权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115391742 A 2台上， 正交分光棱镜 设置在高精度旋转台中央， 正交分光棱镜顶部 设置全反射镜， 标准球通 过支撑座固定在高精度旋转台外， 支撑座相对于正交分光棱镜的区域设有测 量面镜； 测量 面镜的反射表面所在平面 为所述标准球的切平面； 通过激光光路确定标准球与高精度旋转台之间的相对位置： 所述激光干涉仪沿水平方 向发射的激光光束到达正交分光棱镜后， 分成水平光束与竖向光束； 竖向光束与高精度旋 转台的中心轴线重合； 所述竖向光束到达所述全反射镜后被反射回正交分光棱镜， 再被正 交分光棱镜反射回激光干涉仪； 所述水平光束到 达所述测量 面镜后， 被反射回激光干涉仪； 通过调节所述支撑座的位置， 使得两路反射光束的距离差加上标准球的半径等于所述 设计距离 。 8.根据权利要求7所述的齿距模拟标准器， 其特征在于， 标准球通过磁定位装置固定在 支撑座上。 9.一种齿距量值标定方法， 其特征在于， 采用三坐标测量机对如权利要求4所述的齿距 模拟标准器的齿距量 值进行标定： 根据齿数z确定高精度旋转台在同一初始位置下的旋转次数n＝z ‑1， 以所述设计齿距 角作为每次旋转的目标角度； 对初始位置的标准球进行采样， 然后标准球与高精度旋转台同步旋转， 每旋转一次就 对标准球进行采样， 通过采样点拟合出 标准球在各个位置的球心坐标； 通过各个位置的标准球的球心坐标拟合出齿距模拟标准器的中心坐标； 计算齿距模拟标准器的中心坐标分别与两相邻位置的球心坐标的连线的夹角作为模 拟齿距角； 计算各个模拟齿距角在分度圆上对应的弧长， 从而实现齿距量 值的标定 。 10.根据权利要求9所述的齿距量 值标定方法， 其特 征在于， 对齿距量 值进行误差修 正： 设置至少两个不同的初始位置， 测量每个初始位置下各个模拟齿距角所对应的齿距量 值； 第j个初始位置 下的第i个齿距量值表示为 第j个初始位置 下的第i个齿距量值的仪 器测量误差表示 为 l表示理论齿距值， l ＝ π mn， 由此建立 误差修正矩阵M： 根据误差修 正矩阵计算各齿距量 值的修正值： 式中， 表示第i个齿距量值的修正值； 表示误差修 正矩阵M中第i行第j列元素， i∈ {1,2,.....,z}， z表示齿数， j∈{1,2,. .....,N}， N表示初始位置的总个数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115391742 A 3