机器人RV减速器摆线轮在线检测关键技术分析

2021-01-28胡文石

中国设备工程 2021年2期

胡文石

（北京智同精密传动科技有限责任公司，北京 100176）

在国民经济中占据主体地位的就是制造业，其是兴国之器、立国之本，更是强国之基。随着中国制造业的发展，制造业的智能化水平也越来越高，代表着工业智能化的工业机器人，开始逐渐取代人力被广泛应用在生产制造领域。工业机器人的发展质量以及水平，在一定程度上表现出国家工业发展程度。机器人的组成中，RV减速器是非常重要的部分，其优点是刚度高、寿命长、疲劳强度高、传动精度稳定、回差稳定，并且不会因为使用时间过长而明显的降低，重量比较轻、体积比较小、传统范围大等。因此，被广泛地用在工艺机器人的关节部位，是重要的高精密减速器。

1 RV减速器传动精度研究的概况

1.1 RV减速器的概况

当下，全球所使用的RV减速器大多数都来自日本的两家生产企业，已经被这两家日本企业所垄断。可是，我国人力成本不但增加，企业急需进行生产方式的转型，工业机器人的使用量逐渐增多，为此，机器人制造用的RV减速器的相关研究，已经上升到国家战略层面。这就需要一种用在RV减速器关键部位检测的技术，才能在RV减速器研究的过程中，保证研究质量，不断提升的功能性，从而研发出更高质量的RV减速器，进而促进我国生产制造业发展，为我国综合实力的提升奠定基础。

1.2 国内外关于RV减速器传动精度的研究

当前，国内外的研究人员在RV减速器的研究上，主要对其传动精度进行研究。其中，国外学者Blanche 以纯几何法方式，对摆线针轮行星减速器回转精度进行研究；而国外学者 BoguskiB的主要研究内容是，通过制造误差，对各个行星轮的负载分担和运行轨道进行试验，从而研究这些会对减速器精度产生什么样的影响；国内研究学者主要有大连交通大学的何卫东和李力行，在20世纪的80年代开始研究，同样以传动精度为主要方向，在理论和应用方面均有非常大的突破。可是，在RV减速器的各个零部件加工制造精度方面的研究比较少，只有奚鹰所提出的减速器在制造装配中所出现的误差，曲轴偏心距与偏心距误差会给RV减速器的传动精度造成比较明显的影响，为此，专门建立了相应的曲轴偏心距和偏心距误差的影响的数学模型。

1.3 RV减速器的核心部件摆线轮

在工业机器人的RV减速器中有一个非常重要的部件，那就是摆线轮，其精度会对总体RV减速器性能产生非常大的影响，为此摆线论加工质量以及检测效率，对于工业机器人发展产生直接的影响。当前阶段，用于RV减速器摆线轮质量检测的手段，以单纯线下人工抽检为主，这样的检测方式，检出效率低、工人劳动强度大，并且可靠性也不是很稳定；如果使用三坐标的检测机器或者圆度仪器等一些高精度的设备进行检测，就会产生非常高的成本，同时，检测效率也很难提升，不能达到线上逐件检查的要求。基于此，考虑国内对于工业机器人大量的需求，比如，某个企业每年生产6万台套的数量，对于检测速度就有要求，那就是位置度的测量节拍必须小于10秒，并且位置度的测量误差不能超出2μm。在检测要求方面，一定要精度高、稳定可靠、一次装夹完成、多次检测、快速高效，为此需要针对现有的在线检测技术进行深度的研究，以实现工业检测的应用。对于RV减速器摆线轮的在线检测技术，先要提出综合化的检测技术和方案，同时，开发相应的在线检测装置，并降低制造生产该设备的成本，才能投入工业加工中，从而促进我国工业机器人的发展。

2 机器人RV减速器摆线轮在线检测

以某个企业所用的机器人RV减速器的数字化生产线启用要求为基础，提出了对于其中摆线轮检测的主要项目，分别是圆周等分的三个轴承安装孔的孔内径误差、圆度误差、孔组位置度的误差，测量的精度必须达到微米量级，测量的节拍不能低于一分钟。以下就摆线轮需要测量参数的评定模型做简要分析。

2.1 检测位置度

对于摆线轮中孔组位置度的检测，具体检测内容就是被侧要素实际位置与理想位置存在偏移的程度，这里所指的理想位置需要相对基准或者几何图框进行确定。位置的误差会直接影响零部件装配的质量，因此，一定要检查零部件的位置度误差，从而保证零部件的质量。生产工业用机器人的RV减速器中关键零部件摆线轮的过程中，摆线轮的轴承安装孔尺寸或者位置，均可能出现加工误差，也就会出现孔组的位置度的误差，从而影响传动的精度。从摆线轮的曲柄轴孔存在的偏心误差会对减速器装配以及传动精度产生影响的角度去看，在线检测必须检测轴承安装孔所分布的位置精度进行检测。

基于此，开始设计在线检测装置中测量孔位置度的方案。从被测要素的中心孔出发，将其作为定位的基准，使用精度高和量程大的杠杆式的电感位移传感器去采集所需要的数据，穿传感器分布图见图1。中心孔导向套截面位置间隔120°方向，设置一个传感器，并在圆周分布三个导向套，同一截面之内，间隔90°设置一个传感器，一共会使用到15个位移传感器。位置度的检测中所使用的传感器比较多，所需要处理的数据非常复杂，因此，应当依照以下步骤进行：首先，把摆线轮标定件以及实测件分别放在位置度测量平台上，从15个传感器中获得数据，然后，计算出每个传感器中标定值和实测值之间的差值。其次，通过三坐标测量机标定出标准件，然后，测量出摆线轮的圆周均布三个轴承安装孔和中心孔，它们空心的距离。把该距离于位置度测量平台上通过传感器构成的坐标系进行换算，从而得到中心孔的圆心坐标。最后，参照图1里面传感器布置的方向，综合位置度测量平台给出的坐标系，得到中心导向套1号、2号、3号传感器实测值与标定值之间的差异，从而能够得到标定件和实测件在中心孔中空心坐标的偏差量。然后，通过一系列的计算就能制造实际偏差量，检测出该摆线轮的孔组位置是不是标准的。

图1 传感器布置的方向

2.2 检测孔内径

摆线轮的圆周分布三个轴承安装孔，其内径也会影响传动精度，为此需要对孔内径进行检测。圆度就是说的孔界面节所接近理论园的程度，也就是孔中最大半径和最小半径之间的差值。实际加工过程中，因为机床的主轴回转不是很平衡、主轴和刀具的之间受力，还有材料应变等因素的影响，回转类的零件就会出现圆度的误差，也就会对回转零件相互性以及配合精度产生影响，强化互配件之间的磨损和振动，也就会削减使用寿命和使用性能。

由此可见，如果能有效地控制零件孔圆度误差，就能很好地保证零件装配的配合精度。为此，将零件孔圆度误差作为被测要素，本次采用气动测量的方式。

从比较测量的需要出发，设计和制造出轴承安装孔的校对尺规，所对应的尺寸分别是孔径公差最小极限和最大极限。测量之前，需要对标准件进行校对，这样就能获得所测量直线斜率，接着就被测试的工件做测量，获取相应的压力数值。