機(jī)器人RV減速器擺線輪在線檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)分析

胡文石

（北京智同精密傳動(dòng)科技有限責(zé)任公司，北京 100176）

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)主體地位的就是制造業(yè)，其是興國(guó)之器、立國(guó)之本，更是強(qiáng)國(guó)之基。隨著中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，制造業(yè)的智能化水平也越來(lái)越高，代表著工業(yè)智能化的工業(yè)機(jī)器人，開(kāi)始逐漸取代人力被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)制造領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展質(zhì)量以及水平，在一定程度上表現(xiàn)出國(guó)家工業(yè)發(fā)展程度。機(jī)器人的組成中，RV減速器是非常重要的部分，其優(yōu)點(diǎn)是剛度高、壽命長(zhǎng)、疲勞強(qiáng)度高、傳動(dòng)精度穩(wěn)定、回差穩(wěn)定，并且不會(huì)因?yàn)槭褂脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而明顯的降低，重量比較輕、體積比較小、傳統(tǒng)范圍大等。因此，被廣泛地用在工藝機(jī)器人的關(guān)節(jié)部位，是重要的高精密減速器。

1 RV減速器傳動(dòng)精度研究的概況

1.1 RV減速器的概況

當(dāng)下，全球所使用的RV減速器大多數(shù)都來(lái)自日本的兩家生產(chǎn)企業(yè)，已經(jīng)被這兩家日本企業(yè)所壟斷?？墒牵覈?guó)人力成本不但增加，企業(yè)急需進(jìn)行生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型，工業(yè)機(jī)器人的使用量逐漸增多，為此，機(jī)器人制造用的RV減速器的相關(guān)研究，已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。這就需要一種用在RV減速器關(guān)鍵部位檢測(cè)的技術(shù)，才能在RV減速器研究的過(guò)程中，保證研究質(zhì)量，不斷提升的功能性，從而研發(fā)出更高質(zhì)量的RV減速器，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展，為我國(guó)綜合實(shí)力的提升奠定基礎(chǔ)。

1.2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于RV減速器傳動(dòng)精度的研究

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外的研究人員在RV減速器的研究上，主要對(duì)其傳動(dòng)精度進(jìn)行研究。其中，國(guó)外學(xué)者Blanche 以純幾何法方式，對(duì)擺線針輪行星減速器回轉(zhuǎn)精度進(jìn)行研究；而國(guó)外學(xué)者 BoguskiB的主要研究?jī)?nèi)容是，通過(guò)制造誤差，對(duì)各個(gè)行星輪的負(fù)載分擔(dān)和運(yùn)行軌道進(jìn)行試驗(yàn)，從而研究這些會(huì)對(duì)減速器精度產(chǎn)生什么樣的影響；國(guó)內(nèi)研究學(xué)者主要有大連交通大學(xué)的何衛(wèi)東和李力行，在20世紀(jì)的80年代開(kāi)始研究，同樣以傳動(dòng)精度為主要方向，在理論和應(yīng)用方面均有非常大的突破?？墒?，在RV減速器的各個(gè)零部件加工制造精度方面的研究比較少，只有奚鷹所提出的減速器在制造裝配中所出現(xiàn)的誤差，曲軸偏心距與偏心距誤差會(huì)給RV減速器的傳動(dòng)精度造成比較明顯的影響，為此，專門建立了相應(yīng)的曲軸偏心距和偏心距誤差的影響的數(shù)學(xué)模型。

1.3 RV減速器的核心部件擺線輪

在工業(yè)機(jī)器人的RV減速器中有一個(gè)非常重要的部件，那就是擺線輪，其精度會(huì)對(duì)總體RV減速器性能產(chǎn)生非常大的影響，為此擺線論加工質(zhì)量以及檢測(cè)效率，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人發(fā)展產(chǎn)生直接的影響。當(dāng)前階段，用于RV減速器擺線輪質(zhì)量檢測(cè)的手段，以單純線下人工抽檢為主，這樣的檢測(cè)方式，檢出效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且可靠性也不是很穩(wěn)定；如果使用三坐標(biāo)的檢測(cè)機(jī)器或者圓度儀器等一些高精度的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，就會(huì)產(chǎn)生非常高的成本，同時(shí)，檢測(cè)效率也很難提升，不能達(dá)到線上逐件檢查的要求?；诖耍紤]國(guó)內(nèi)對(duì)于工業(yè)機(jī)器人大量的需求，比如，某個(gè)企業(yè)每年生產(chǎn)6萬(wàn)臺(tái)套的數(shù)量，對(duì)于檢測(cè)速度就有要求，那就是位置度的測(cè)量節(jié)拍必須小于10秒，并且位置度的測(cè)量誤差不能超出2μm。在檢測(cè)要求方面，一定要精度高、穩(wěn)定可靠、一次裝夾完成、多次檢測(cè)、快速高效，為此需要針對(duì)現(xiàn)有的在線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行深度的研究，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)檢測(cè)的應(yīng)用。對(duì)于RV減速器擺線輪的在線檢測(cè)技術(shù)，先要提出綜合化的檢測(cè)技術(shù)和方案，同時(shí)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的在線檢測(cè)裝置，并降低制造生產(chǎn)該設(shè)備的成本，才能投入工業(yè)加工中，從而促進(jìn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。

2 機(jī)器人RV減速器擺線輪在線檢測(cè)

以某個(gè)企業(yè)所用的機(jī)器人RV減速器的數(shù)字化生產(chǎn)線啟用要求為基礎(chǔ)，提出了對(duì)于其中擺線輪檢測(cè)的主要項(xiàng)目，分別是圓周等分的三個(gè)軸承安裝孔的孔內(nèi)徑誤差、圓度誤差、孔組位置度的誤差，測(cè)量的精度必須達(dá)到微米量級(jí)，測(cè)量的節(jié)拍不能低于一分鐘。以下就擺線輪需要測(cè)量參數(shù)的評(píng)定模型做簡(jiǎn)要分析。

2.1 檢測(cè)位置度

對(duì)于擺線輪中孔組位置度的檢測(cè)，具體檢測(cè)內(nèi)容就是被側(cè)要素實(shí)際位置與理想位置存在偏移的程度，這里所指的理想位置需要相對(duì)基準(zhǔn)或者幾何圖框進(jìn)行確定。位置的誤差會(huì)直接影響零部件裝配的質(zhì)量，因此，一定要檢查零部件的位置度誤差，從而保證零部件的質(zhì)量。生產(chǎn)工業(yè)用機(jī)器人的RV減速器中關(guān)鍵零部件擺線輪的過(guò)程中，擺線輪的軸承安裝孔尺寸或者位置，均可能出現(xiàn)加工誤差，也就會(huì)出現(xiàn)孔組的位置度的誤差，從而影響傳動(dòng)的精度。從擺線輪的曲柄軸孔存在的偏心誤差會(huì)對(duì)減速器裝配以及傳動(dòng)精度產(chǎn)生影響的角度去看，在線檢測(cè)必須檢測(cè)軸承安裝孔所分布的位置精度進(jìn)行檢測(cè)。

基于此，開(kāi)始設(shè)計(jì)在線檢測(cè)裝置中測(cè)量孔位置度的方案。從被測(cè)要素的中心孔出發(fā)，將其作為定位的基準(zhǔn)，使用精度高和量程大的杠桿式的電感位移傳感器去采集所需要的數(shù)據(jù)，穿傳感器分布圖見(jiàn)圖1。中心孔導(dǎo)向套截面位置間隔120°方向，設(shè)置一個(gè)傳感器，并在圓周分布三個(gè)導(dǎo)向套，同一截面之內(nèi)，間隔90°設(shè)置一個(gè)傳感器，一共會(huì)使用到15個(gè)位移傳感器。位置度的檢測(cè)中所使用的傳感器比較多，所需要處理的數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，因此，應(yīng)當(dāng)依照以下步驟進(jìn)行：首先，把擺線輪標(biāo)定件以及實(shí)測(cè)件分別放在位置度測(cè)量平臺(tái)上，從15個(gè)傳感器中獲得數(shù)據(jù)，然后，計(jì)算出每個(gè)傳感器中標(biāo)定值和實(shí)測(cè)值之間的差值。其次，通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)標(biāo)定出標(biāo)準(zhǔn)件，然后，測(cè)量出擺線輪的圓周均布三個(gè)軸承安裝孔和中心孔，它們空心的距離。把該距離于位置度測(cè)量平臺(tái)上通過(guò)傳感器構(gòu)成的坐標(biāo)系進(jìn)行換算，從而得到中心孔的圓心坐標(biāo)。最后，參照?qǐng)D1里面?zhèn)鞲衅鞑贾玫姆较?，綜合位置度測(cè)量平臺(tái)給出的坐標(biāo)系，得到中心導(dǎo)向套1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)傳感器實(shí)測(cè)值與標(biāo)定值之間的差異，從而能夠得到標(biāo)定件和實(shí)測(cè)件在中心孔中空心坐標(biāo)的偏差量。然后，通過(guò)一系列的計(jì)算就能制造實(shí)際偏差量，檢測(cè)出該擺線輪的孔組位置是不是標(biāo)準(zhǔn)的。

圖1 傳感器布置的方向

2.2 檢測(cè)孔內(nèi)徑

擺線輪的圓周分布三個(gè)軸承安裝孔，其內(nèi)徑也會(huì)影響傳動(dòng)精度，為此需要對(duì)孔內(nèi)徑進(jìn)行檢測(cè)。圓度就是說(shuō)的孔界面節(jié)所接近理論園的程度，也就是孔中最大半徑和最小半徑之間的差值。實(shí)際加工過(guò)程中，因?yàn)闄C(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)不是很平衡、主軸和刀具的之間受力，還有材料應(yīng)變等因素的影響，回轉(zhuǎn)類的零件就會(huì)出現(xiàn)圓度的誤差，也就會(huì)對(duì)回轉(zhuǎn)零件相互性以及配合精度產(chǎn)生影響，強(qiáng)化互配件之間的磨損和振動(dòng)，也就會(huì)削減使用壽命和使用性能。

由此可見(jiàn)，如果能有效地控制零件孔圓度誤差，就能很好地保證零件裝配的配合精度。為此，將零件孔圓度誤差作為被測(cè)要素，本次采用氣動(dòng)測(cè)量的方式。

從比較測(cè)量的需要出發(fā)，設(shè)計(jì)和制造出軸承安裝孔的校對(duì)尺規(guī)，所對(duì)應(yīng)的尺寸分別是孔徑公差最小極限和最大極限。測(cè)量之前，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行校對(duì)，這樣就能獲得所測(cè)量直線斜率，接著就被測(cè)試的工件做測(cè)量，獲取相應(yīng)的壓力數(shù)值。

2.3 檢測(cè)圓度

當(dāng)前，對(duì)于圓度誤差的檢測(cè)有四種方式，分別是最大內(nèi)接園法、最小區(qū)域法、最小二乘法、最小外接圓法。在線的檢測(cè)裝置需要應(yīng)用到生產(chǎn)車間，高效測(cè)量?jī)?nèi)容圓度，為此，確定使用近似圓度測(cè)量的工程應(yīng)用方法。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為促進(jìn)我國(guó)工業(yè)用機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更加關(guān)注RV減速器傳動(dòng)精度的研究，設(shè)計(jì)一種在線形式的擺線輪檢測(cè)裝置，可以有效地檢測(cè)其孔組位置、孔內(nèi)徑、孔圓度，以提高擺線輪的裝配性，提高RV減速器的傳動(dòng)精度。