機器人RV減速器擺線輪在線檢測關鍵技術分析

胡文石

（北京智同精密傳動科技有限責任公司，北京 100176）

在國民經濟中占據主體地位的就是制造業，其是興國之器、立國之本，更是強國之基。隨著中國制造業的發展，制造業的智能化水平也越來越高，代表著工業智能化的工業機器人，開始逐漸取代人力被廣泛應用在生產制造領域。工業機器人的發展質量以及水平，在一定程度上表現出國家工業發展程度。機器人的組成中，RV減速器是非常重要的部分，其優點是剛度高、壽命長、疲勞強度高、傳動精度穩定、回差穩定，并且不會因為使用時間過長而明顯的降低，重量比較輕、體積比較小、傳統范圍大等。因此，被廣泛地用在工藝機器人的關節部位，是重要的高精密減速器。

1 RV減速器傳動精度研究的概況

1.1 RV減速器的概況

當下，全球所使用的RV減速器大多數都來自日本的兩家生產企業，已經被這兩家日本企業所壟斷。可是，我國人力成本不但增加，企業急需進行生產方式的轉型，工業機器人的使用量逐漸增多，為此，機器人制造用的RV減速器的相關研究，已經上升到國家戰略層面。這就需要一種用在RV減速器關鍵部位檢測的技術，才能在RV減速器研究的過程中，保證研究質量，不斷提升的功能性，從而研發出更高質量的RV減速器，進而促進我國生產制造業發展，為我國綜合實力的提升奠定基礎。

1.2 國內外關于RV減速器傳動精度的研究

當前，國內外的研究人員在RV減速器的研究上，主要對其傳動精度進行研究。其中，國外學者Blanche 以純幾何法方式，對擺線針輪行星減速器回轉精度進行研究；而國外學者 BoguskiB的主要研究內容是，通過制造誤差，對各個行星輪的負載分擔和運行軌道進行試驗，從而研究這些會對減速器精度產生什么樣的影響；國內研究學者主要有大連交通大學的何衛東和李力行，在20世紀的80年代開始研究，同樣以傳動精度為主要方向，在理論和應用方面均有非常大的突破。可是，在RV減速器的各個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的誤差，曲軸偏心距與偏心距誤差會給RV減速器的傳動精度造成比較明顯的影響，為此，專門建立了相應的曲軸偏心距和偏心距誤差的影響的數學模型。

1.3 RV減速器的核心部件擺線輪

在工業機器人的RV減速器中有一個非常重要的部件，那就是擺線輪，其精度會對總體RV減速器性能產生非常大的影響，為此擺線論加工質量以及檢測效率，對于工業機器人發展產生直接的影響。當前階段，用于RV減速器擺線輪質量檢測的手段，以單純線下人工抽檢為主，這樣的檢測方式，檢出效率低、工人勞動強度大，并且可靠性也不是很穩定；如果使用三坐標的檢測機器或者圓度儀器等一些高精度的設備進行檢測，就會產生非常高的成本，同時，檢測效率也很難提升，不能達到線上逐件檢查的要求。基于此，考慮國內對于工業機器人大量的需求，比如，某個企業每年生產6萬臺套的數量，對于檢測速度就有要求，那就是位置度的測量節拍必須小于10秒，并且位置度的測量誤差不能超出2μm。在檢測要求方面，一定要精度高、穩定可靠、一次裝夾完成、多次檢測、快速高效，為此需要針對現有的在線檢測技術進行深度的研究，以實現工業檢測的應用。對于RV減速器擺線輪的在線檢測技術，先要提出綜合化的檢測技術和方案，同時，開發相應的在線檢測裝置，并降低制造生產該設備的成本，才能投入工業加工中，從而促進我國工業機器人的發展。

2 機器人RV減速器擺線輪在線檢測

以某個企業所用的機器人RV減速器的數字化生產線啟用要求為基礎，提出了對于其中擺線輪檢測的主要項目，分別是圓周等分的三個軸承安裝孔的孔內徑誤差、圓度誤差、孔組位置度的誤差，測量的精度必須達到微米量級，測量的節拍不能低于一分鐘。以下就擺線輪需要測量參數的評定模型做簡要分析。

2.1 檢測位置度

對于擺線輪中孔組位置度的檢測，具體檢測內容就是被側要素實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基準或者幾何圖框進行確定。位置的誤差會直接影響零部件裝配的質量，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量。生產工業用機器人的RV減速器中關鍵零部件擺線輪的過程中，擺線輪的軸承安裝孔尺寸或者位置，均可能出現加工誤差，也就會出現孔組的位置度的誤差，從而影響傳動的精度。從擺線輪的曲柄軸孔存在的偏心誤差會對減速器裝配以及傳動精度產生影響的角度去看，在線檢測必須檢測軸承安裝孔所分布的位置精度進行檢測。

基于此，開始設計在線檢測裝置中測量孔位置度的方案。從被測要素的中心孔出發，將其作為定位的基準，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據，穿傳感器分布圖見圖1。中心孔導向套截面位置間隔120°方向，設置一個傳感器，并在圓周分布三個導向套，同一截面之內，間隔90°設置一個傳感器，一共會使用到15個位移傳感器。位置度的檢測中所使用的傳感器比較多，所需要處理的數據非常復雜，因此，應當依照以下步驟進行：首先，把擺線輪標定件以及實測件分別放在位置度測量平臺上，從15個傳感器中獲得數據，然后，計算出每個傳感器中標定值和實測值之間的差值。其次，通過三坐標測量機標定出標準件，然后，測量出擺線輪的圓周均布三個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量平臺上通過傳感器構成的坐標系進行換算，從而得到中心孔的圓心坐標。最后，參照圖1里面傳感器布置的方向，綜合位置度測量平臺給出的坐標系，得到中心導向套1號、2號、3號傳感器實測值與標定值之間的差異，從而能夠得到標定件和實測件在中心孔中空心坐標的偏差量。然后，通過一系列的計算就能制造實際偏差量，檢測出該擺線輪的孔組位置是不是標準的。

圖1 傳感器布置的方向

2.2 檢測孔內徑

擺線輪的圓周分布三個軸承安裝孔，其內徑也會影響傳動精度，為此需要對孔內徑進行檢測。圓度就是說的孔界面節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。實際加工過程中，因為機床的主軸回轉不是很平衡、主軸和刀具的之間受力，還有材料應變等因素的影響，回轉類的零件就會出現圓度的誤差，也就會對回轉零件相互性以及配合精度產生影響，強化互配件之間的磨損和振動，也就會削減使用壽命和使用性能。

由此可見，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要素，本次采用氣動測量的方式。

從比較測量的需要出發，設計和制造出軸承安裝孔的校對尺規，所對應的尺寸分別是孔徑公差最小極限和最大極限。測量之前，需要對標準件進行校對，這樣就能獲得所測量直線斜率，接著就被測試的工件做測量，獲取相應的壓力數值。

2.3 檢測圓度

當前，對于圓度誤差的檢測有四種方式，分別是最大內接園法、最小區域法、最小二乘法、最小外接圓法。在線的檢測裝置需要應用到生產車間，高效測量內容圓度，為此，確定使用近似圓度測量的工程應用方法。

3 結語

綜上所述，為促進我國工業用機器人產業的發展，更加關注RV減速器傳動精度的研究，設計一種在線形式的擺線輪檢測裝置，可以有效地檢測其孔組位置、孔內徑、孔圓度，以提高擺線輪的裝配性，提高RV減速器的傳動精度。