基于行星齒輪自動化單元的在線檢測裝置

鮑魯海 李維軍 麻 輝 張尚崢

(寧夏巨能機器人系統有限公司，寧夏 銀川 750021)

現在機械工業發展非常迅速，特別是汽車工業，齒輪的使用范圍越來越廣，而且加工精度要求也在逐步上升。齒輪行業是一個批量化生產的行業，又屬于傳統的勞動密集型行業。近年來齒輪行業為了適應發展的需要，整體裝備制造的自動化水平在逐步提高。隨著自動化水平的提高，批量加工中的檢測問題也逐漸暴露出來。如何實現自動化的在線實時檢測，是生產廠家在使用自動化時所考慮的關鍵問題之一。

在突破傳統模式，將加工完成檢查，定時或定量抽檢這種相對滯后的方式，通過自動化集成在線實時檢測技術作為解決方案。在線檢測技術主要體現在對檢測信息的實時反饋，形成一個閉環控制的自動化、柔性化、智能化生產智造模式。這種模式也將是今后制造業發展的大趨勢。

本文介紹的是行星齒輪自動化生產線的在線檢測技術，由行星齒輪在線檢測裝置配合自動化單元實現。

1 檢測要求及基本方案設計

1.1 檢測要求信息

該在線檢測裝置主要針對行星齒輪(圖1)自動化加工過程中的實際檢測要求而設計。主要對精加工成型工件的高度、外徑、內徑等高精度部位進行檢測。生產線要求兼容多種行星齒輪的在線檢測及信息反饋與補償。

1.2 檢測方案

按照自動化生產線的在線檢測要求：

①定位要求：對于檢測，要準確測量出一個或多個尺寸，最主要的是要選擇好定位方式，在檢測過程中，檢測工件不能有移動，同時要求每一個工件的定位都要盡量趨于一致，這樣在在線檢測中才能保持檢測的穩定性和反饋數據的可靠性與準確性。在本測量方案中，選用齒模作為檢測定位，不但能夠滿足以上的檢測定位要求，還可以實現多種工件的兼容性要求。

②檢測方式選擇：根據數控車床加工特性，以及工件檢測要求，選擇馬波斯(MARPOSS)氣動控制檢測設備。在內徑方面選擇2點測量方式布置檢測測頭，在外徑方面選擇2點測量方式布置檢測測頭，高度方面選擇3點測量方式布置檢測測頭。測量測頭布置方案如圖2。

③數據采集及反饋：檢測是通過各個測頭與檢測工件間的直接接觸的方式進行實現，并將所采集的數據反饋給檢測機構的數據處理系統，通過數據處理，對測量結果進行判斷和顯示，同時將測量結果數據反饋給相對應機床，然后通過對機床控制程序及加工程序中的刀具補償參數進行校正，從而提高加工穩定性和所加工產品的質量。

④檢測方案實現：首先機械手將加工完成工件從機床中取出，放置在檢測定位齒模上，檢測齒模接收到工件，發出有工件信號，并將檢測工件運送至檢測位置，在檢測位置，內徑測頭下降并伸入檢測件的待測內孔內，內徑檢測測頭張開，采集待測工件的內徑數據，實現對待測工件內孔的檢測；同時高度測頭下降，接觸待測工件的待測面，并采集工件高度數據，實現對待測工件的高度檢測；外徑測頭閉合，接觸待測工件的外徑，并采集待測工件外徑數據，實現待測工件外徑的檢測。檢測裝置結構示意圖如圖3。

對于行星齒輪，由于種類較多，作為配合自動化單元的在線檢測裝置，兼容性是很重要的環節。為了實現兼容性要求，我們利用齒模與檢測基座配合的方案實現。在實際使用過程中通過更換齒模，實現不同種類的行星齒輪的檢測要求。

1.3 檢測裝置布局及工作原理

行星齒輪的在線檢測裝置設計過程中主要考慮檢測的穩定性及準確性，同時還考慮自動化單元應用的相關要求，有加工過程中的抽檢比例，檢測節拍等。因此行星齒輪在線檢測裝置采用氣動控制原理(如圖4)實現，通過氣缸作為動力源來驅動，高精度線性導軌和機械限位來實現和控制各個位置的定位精度，使其工作穩定性及可靠性得到保證，同時實現檢測過程的快捷，以適應整個生產過程的節拍。

檢測工作過程如圖5所示，在初始狀態下，檢測基座處于A位置，向機械手發出準備好信號，機械手將OP20機床加工完成的成品工件放入A位置檢測基座的齒模上，通過氣吹清潔后沿X方向將待測工件送到B位置，確認定位完成后，移動測頭從C位置沿Y方向下降至B位置，此時檢測器發出檢測指令，內徑測頭張開完成測量動作采集內徑數據，高度測頭完成測量動作采集高度數據，外徑測頭閉合，完成外徑測量動作，采集外徑數據。對于采集到的數據傳輸至檢測分析儀器進行數據分析，對數據分析結果進行面板顯示測量結果，同時對相應加工機床發出反饋信息，機床根據反饋信息進行自動程序修正和補刀。完成測量后，移動測頭從B位置上升至C位置，檢測基座從B位置移動至A位置，并向機械手發出檢測完成及準備好信號。當機械手將第二個檢測工件送來時，先利用空手爪抓取檢測完成工件，放入第二個待檢測工件依次重復，實現在線檢測功能。

2 在線檢測在自動化單元中的具體應用

基于行星齒輪的在線檢測裝置用在自動化單元中，是自動化的組成部分之一。因此對于在線檢測裝置在自動化單元中的應用，需要對自動化單元的組成有一定的了解。

此自動化單元主要使用寧夏巨能機器人系統有限公司生產的一套GS010桁架機械手、兩套20工位旋轉料倉、一套角向定位機構和一套在線檢測裝置組成自動化單元。加工設備采用小巨人機床有限公司生產的兩臺QTN150-500數控車床，共同組成行星齒輪的自動化加工和在線檢測。

3 結語

在自動化應用日益發展的今天，制造業對自動化應用中加工穩定性的要求也越來越高，在線檢測裝置是提高自動化加工穩定性的一種有效方案。通過在線檢測裝置的使用，對于生產制造過程的效率提高、質量控制、智能化制造有非常重要的作用。

由于在線檢測裝置是自動化應用的一個升級過程，基于行星齒輪在線檢測裝置的嘗試和實際應用，將是自動化未來發展方向上的一個大的趨勢，也是制造業提高核心競爭力的一種需求和方向。

在線檢測裝置應用的優勢，改變了傳統加工制造過程中的質量控制模式，通過自動化的方式實現工件的在線檢測、數據反饋和實時補償的閉環質量控制。使加工制造過程質量更加穩定可靠，對自動化生產模式的改進有著借鑒的意義。