目前，大齒輪測量缺少相應(yīng)的樣板，所以即使開發(fā)了測量儀器，其量值傳遞也是個問題，導致測量不確定度無法確定，可以說測量的結(jié)果是不可信的。因此，大齒輪樣板的開發(fā)及儀器標定技術(shù)也是大齒輪測量的關(guān)鍵技術(shù)之一。

大齒輪測量現(xiàn)狀

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

1.齒輪離位測量

齒輪離位測量是指測量時齒輪必須從加工機床上取下來搬到儀器上進行測量。測量儀器包括大型齒輪測量中心和大型三坐標測量機，這類臺式儀器精度高、測量條件好，可測量齒輪的多個誤差項目。用大型儀器測量大齒輪是一種“以大測大”的思路，即要測量大尺寸工件，就發(fā)展一種更大尺寸的測量儀器。

1）大型齒輪測量中心

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

2）大型三坐標測量機

三坐標測量機作為一種通用性強、自動化程度高、高精度測量系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)與科學研究中，得到廣泛應(yīng)用。采用通用坐標測量機測量大齒輪是最近10年的研究重點，這種任務(wù)通常只有精密級坐標測量機才能滿足測量精度要求。大型三坐標測量機也是從傳統(tǒng)的中、小型三坐標測量機發(fā)展而來；迄今，世界上的一些知名量儀公司都開發(fā)了相應(yīng)的大型三坐標測量機，用于解決大型工件的測量問題。如德國Leitz公司開發(fā)了可測量大齒輪的PMM-C、PMM-F和PMM-G等系列大型三坐標量機。其中PMM-G最具代表性(圖4)，它是一種龍門式機構(gòu)，最大空間測量范圍為6000mm×4000mm×3000mm，可以測量齒輪種類繁多。對于分段加工的齒輪，PMM-G更具優(yōu)勢。如圖5所示為應(yīng)用PMM-G測量4段直徑5m齒圈的方案。德國Wenzel公司生產(chǎn)了LH系列、LHF系列的大型坐標測量機，2008年還研發(fā)了一臺超大型測量機LHF3020，其測量范圍達到了3000mm×10000mm×2000mm，特別適合大齒輪的測量。德國Zeiss公司也針對大型工件生產(chǎn)MMZ系列大型龍門式坐標測量機，其中以MMZ-G3000的空間測量范圍最大，為3000mm×6000mm×2000mm，儀器上配備了配備VAST主動掃描探頭及測量風能系統(tǒng)部件的專用軟件，可在生產(chǎn)車間使用。理論上講，直徑5m以下的大齒輪測量問題是得到解決了的；但實際中這些臺式量儀一般安裝在計量室而不適合安放在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于大齒輪搬運不方便、在儀器上的安裝調(diào)試也非常麻煩，加之儀器價格昂貴，影響了這類儀器的應(yīng)用。針對臺式量儀的局限性，將儀器置于齒輪上或在機床上對齒輪進行在位測量，就成了大齒輪測量的順理選擇。

2.齒輪在位測量

齒輪在位測量是指測量時把儀器裝于齒輪之上或是加工機床上進行測量。根據(jù)國際標準化組織齒輪技術(shù)委員會(ISO/TC60)的相關(guān)規(guī)定，在位測量的含義包含兩方面，一是在機測量，即在機床上對齒輪進行測量；二是上置式測量，即把測量裝置搬到齒輪上測量。

1）在機測量系統(tǒng)

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