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龙图腾网获悉湘潭大学申请的专利一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115523848B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-28发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210759329.0，技术领域涉及：G01B11/06；该发明授权一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法是由王涛;任致国;谢胜兵;蒋家传;雷贝;刘金刚;张越设计研发完成，并于2022-06-29向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法，属于精密测试技术与仪器、机械传动技术领域。根据输入的齿轮参数建立齿轮三维数学模型和被测齿轮坐标系，从而确定并计算四个线结构光测头的位姿参数。通过四个测头的位姿参数建立相应的参考坐标系，进而获取所有轮齿左右齿面数据，并进行阈值提取完整齿廓。通过每个测头参考坐标系和被测齿轮坐标系的位姿关系，将测头获取的轮齿左右齿面数据转换至被测齿轮坐标系中。确定实际齿轮齿厚计算模型，完成任意半径rx所在圆的齿厚偏差ΔEs、径向齿厚平均偏差ΔEsr和齿宽方向齿厚平均偏差ΔEsb的评价，进而实现整个齿面齿厚偏差ΔEs面的评价。

本发明授权一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法在权利要求书中公布了：1.一种集成多个线结构光测头的齿轮任意齿厚测量方法，其特征在于：包括建立被测齿轮的三维模型、确定线结构光测头的位姿参数、建立四个线结构光测头参考坐标系、阈值提取完整齿廓、四个测头参考坐标系转换至被测齿轮坐标系和被测齿轮坐标系中齿厚偏差评价六个步骤，该方法具体步骤如下， W1：建立被测齿轮的三维模型 1通过精密转台上的三爪卡盘钳住被测齿轮的内孔来约束齿轮的六个自由度，以此实现被测齿轮与精密转台同轴旋转； 2首先输入被测齿轮参数，然后根据右手定则建立被测齿轮坐标系σο＝[O；Xο,Yο,Zο]，该坐标系为笛卡尔直角坐标系，O是被测齿轮坐标系的原点，Zο轴为旋转轴，Kxk,yk,zk为被测齿轮齿面上任意一点的三维坐标，K点所在的渐开线齿面方程为： 式中，rb为被测齿轮的基圆半径，为渐开线的初始相位角，αk和θk分别为渐开线在K点的展开角、压力角和极角，θk的物理意义表示为： W2：校调并确定线结构光测头的位姿参数 为了保证线结构光测头与被测齿轮之间的位姿达到测量时的最佳位姿，需要对线结构光测头的测量角度和位置进行校调，在调整线结构光测头位置时，为了确定四个测头和被测齿轮的位置关系，分别选取测头的中心作为参考点，以参考点在被测齿轮坐标系中的坐标为二者的相对位置参数，其中，左侧两个测头位置分别是通过驱动左侧X轴导轨和左侧Y轴导轨实现的，右侧两个测头位置分别是通过驱动右侧X轴导轨和右侧Y轴导轨实现的，并且导轨上安装的直线光栅可以实时检测导轨位置数据，从而对各个导轨的位置进行微调，以此实现测头在测量时拥有最佳测量位置，测头姿态角度[γ,η]是通过辅助零件楔形块的安装角度γ和楔形角η进行确定，线结构光测头和被测齿轮坐标系的位置关系为： 左侧后方测头P1：a1为测头中心到被测齿轮坐标系XΟ轴的距离，g1为测头中心到被测齿轮坐标系YΟ轴的距离，c1为测头中心到被测齿轮坐标系ZΟ轴的距离； 右侧前方测头P2：a2为测头中心到被测齿轮坐标系XΟ轴的距离，g2为测头中心到被测齿轮坐标系YΟ轴的距离，c2为测头中心到被测齿轮坐标系ZΟ轴的距离，h2为右侧前方调整量块厚度，c2的值为： c2＝c1+h23 左侧前方测头P3：a3为测头中心到被测齿轮坐标系XΟ轴的距离，g3为测头中心到被测齿轮坐标系YΟ轴的距离，c3为测头中心到被测齿轮坐标系ZΟ轴的距离； 右侧后方测头P4：a4为测头中心到被测齿轮坐标系XΟ轴的距离，g4为测头中心到被测齿轮坐标系Y轴的距离，c为测头中心到被测齿轮坐标系轴Z的距离,h为右侧后方调整量块厚度，c的值为： ＝c+h4 为了有效获取齿面数据，需要确定计算辅助零件楔形块的安装角度γ和楔形角η，其中楔形块的安装角度确定方法为：楔形块一端开有螺栓孔，采用螺栓连接固定，另一端开有圆弧槽，也是采用螺栓固定，调整安装角度时，拧松两端螺栓，使楔形块绕螺栓孔旋转即可，楔形块的安装角度γ计算式为： 式中，T为两楔形块上的螺栓孔圆心的距离，T为螺栓孔圆心到两楔形块连线交点的距离； 楔形角η通过楔形块的尺寸计算得： 式中，h和h为楔形块的高，t为楔形块的长； W3：建立四个线结构光测头参考坐标系 为了便于进行坐标转换，建立辅助的四个参考坐标系进行计算，转换过程如下： 以齿轮为中心，在左侧后方测头P坐标系为σ'＝[O；X',Y',Z]，U,V,W为在左侧后方测头P坐标系中的测得值，辅助的参考坐标系为σ1＝[O1；Xσ1,Yσ1,Zσ1]，其中，参考坐标系Xσ1轴、Yσ1轴和Zσ1轴的方向分别与被测齿轮坐标系Xο轴、Yο轴和Zο轴的方向相同，则左侧后方测头P1的坐标转换为： 以齿轮为中心，在右侧前方测头P2坐标系为σ2'＝[O2；X2',Y2',Z2']，U2,V2,W2为在右侧前方测头P2坐标系中的测得值，辅助的参考坐标系为σ2＝[O2；Xσ2,Yσ2,Zσ2]，其中，参考坐标系Xσ2轴和Yσ2轴的方向分别与被测齿轮坐标系Xο轴、Yο轴的方向相反，Zσ2轴和Zο轴的方向相同，则右侧前方测头P2的坐标转换为： 以齿轮为中心，在左侧前方测头P3坐标系为σ3'＝[O3；X3',Y3',Z3']，U3,V3,W3为在左侧前方测头P3坐标系中的测得值，辅助的参考坐标系为σ3＝[O3；Xσ3,Yσ3,Zσ3]，其中，参考坐标系Xσ3轴、Yσ3轴和Zσ3轴的方向分别与被测齿轮坐标系Xο轴、Yο轴和Zο轴的方向相同，则左侧前方测头P3的坐标转换为： 以齿轮为中心，在右侧后方测头P4坐标系为σ4'＝[O4；X4',Y4',Z4']，U4,V4,W4为在右侧后方测头P4坐标系中的测得值，辅助的参考坐标系为σ4＝[O4；Xσ4,Yσ4,Zσ4]，其中，参考坐标系Xσ4轴和Yσ4轴的方向分别与被测齿轮坐标系Xο轴、Yο轴的方向相反，Zσ4轴和Zο轴的方向相同，则右侧后方测头P4的坐标转换为： 式中，γ为测头的安装角度，η为楔形角； 建立四个线结构光测头的参考坐标系后，测头开始扫描测量，在被测齿轮旋转一周后，获得被测齿轮所有齿的两侧齿面数据； W4：阈值提取完整齿廓 通常情况下，线结构光测头获取的齿轮数据往往包含少量的散斑和噪声，同时每个齿面的数据量高达成百上千万，且非必要区域数据影响运算效率，所以需要对测得的齿轮数据进行阈值处理，提取完整的齿廓数据，按照以下四个步骤进行： 步骤一：选取任一侧齿面上的渐开线齿廓，设置有效齿廓的起始阈值xl1和终止阈值xl2，其中xl1为齿轮过渡曲线和齿廓的交点，xl2为齿轮齿顶圆和齿廓的交点； 步骤二，完成有效齿廓的起始阈值xl1和终止阈值xl2设置后提取xl1,xl2区间内的齿廓； 步骤三，同侧齿面齿廓依次绕被测齿轮坐标系Z旋转θ'角度，提取该齿面齿廓在xl1,xl2区间内的齿廓； 式中，z为被测齿轮齿数； 步骤四：直至被测齿轮旋转360°后，实现所有齿的单侧完整齿廓的提取； 所有齿的另一侧的单侧完整齿廓也是采取以上四个步骤来实现提取的； W5：四个测头参考坐标系转换至被测齿轮坐标系 由于被测齿轮有左右齿面之分，测头P和P获取的数据为齿轮右齿面数据，然而齿厚偏差评价是在被测齿轮坐标系中进行的，所以需要将测头P和P获取的右齿面数据转换至被测齿轮坐标系中，即将测头P和P的参考坐标系通过平移旋转变换至被测齿轮坐标系： 测头P和P获取的数据为齿轮左齿面数据，然而齿厚偏差评价是在被测齿轮坐标系中进行的，所以需要将测头P和P获取的左齿面数据转换至被测齿轮坐标系中，即将测头P和P的参考坐标系通过平移旋转变换至被测齿轮坐标系： 通过式12、13、14和15可将测头P1、P2、P3和P4获取的齿面数据转换至被测齿轮坐标系中； W6：被测齿轮坐标系中齿厚偏差评价 齿厚偏差ΔEs是齿厚实际值与真实值之差，一般齿厚测量是在分度圆柱面进行的，但仅仅把分度圆柱面上的齿厚作为评价依据，无法评价齿轮齿面的齿厚偏差，为了评价整个齿面的齿厚偏差，需求取任意截面上任意半径所在圆的齿厚偏差，计算径向齿厚平均偏差、齿宽方向齿厚平均偏差并求取二者的平均值； 根据标准齿轮上任意半径rx所在圆的齿厚sx和求得的实际齿厚sx'，得到任意半径rx所在圆的齿厚偏差ΔEs计算公式： ΔEs＝sx'-sx16 以弧齿厚来评价ΔEs，首先求出标准齿轮上任意半径rx所在圆的齿厚sx为： 式中，NN物理意义为在任意评价圆上实际齿厚所对应的圆弧段，∠MOM为NN圆弧段对应的评价圆心夹角，2∠MON为理论齿厚对应的圆心夹角，s、r、α和θ分别为分度圆齿厚、半径、压力角和极角，为sx所对应的中心角； 其次，根据测量数据求出齿轮上任意半径rx所在圆的实际齿厚sx'，L1'的坐标为L2'坐标为 式中，为sx'所对应的中心角； 径向齿厚平均偏差ΔEsr 求取径向齿厚偏差时，为了减少随机因素引起的误差，提高测量的准确性，取某一横截面上任意半径所在圆的齿厚偏差的平均值ΔEsr作为最终结果，其值为： 式中，n是同一轮齿上从齿根至齿顶依次测得的n个径向齿厚； 齿宽方向齿厚平均偏差ΔEsb 求取齿宽方向齿厚偏差时，为了减少随机因素引起的误差，提高测量的准确性，取齿宽方向某一半径所在圆的齿厚偏差的平均值ΔEsb作为最终结果，其值为： 式中，m是某一评价圆柱上不同的齿宽位置依次测得的m个轴向齿厚； 整个齿面齿厚偏差ΔEs面 以径向齿厚平均偏差和齿宽方向齿厚平均偏差二者的平均值作为整个齿面齿厚偏差ΔEs面，其结果为：

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