CN110319789B - 一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法 - Google Patents

一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法，该检测装置包括安装于光学平板上的高精度转台***，通过高精度转台***实现柔轮的安装和360度均匀分度旋转，激光位移传感器通过传感器支架安装于水平滑台上，并通过前后移动调整实现激光穿过精度转台的中心轴线，以此来实现齿廓点位置的标定；本发明通过建立激光位移传感器与精密转台之间的对应关系，得到不同转角条件下柔轮齿廓点数据的矢径，对比理论齿廓的点数据坐标，得到不同转角的齿形误差，为谐波减速器实际齿廓和变形方程的表征以奠定了理论和实验基础。

Description

一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法
技术领域
本发明涉及谐波减速器的设计与制造领域技术领域，特别是涉及一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法。
背景技术
谐波减速器是机器人关节的核心元件，谐波减速器柔轮和刚轮的啮合属于大变形条件下小模数多齿啮合。谐波减速器的大变形过程指的是椭圆形的波发生器装入柔性轴承后在柔轮内圈转动过程中实现的柔轮齿的空间运动过程。针对大变形包络过程中柔轮齿廓的切向位移、径向位移以及轴向转角，目前多采用有限元仿真和传统的经验公式获得，没有考虑到实际材料和热处理以及加工误差带来的影响。此外，采用传统的三坐标探头接触式检测过程，需要定制专用的超小型检测探头和专用软件，软硬件的定制费用昂贵且测量周期时间较长。采用激光位移传感器的非接触式测量技术是目前小模数齿轮检测、复杂齿面检测以及精密位移检测的先进手段。
发明内容
本发明目的是：为获得柔轮实际加工完成的齿廓数据以及安装波发生器和柔性轴承后的齿廓变形数据，通过对应高精度光栅转台转角与激光位移传感器的径向距离，提出一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置和方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置，该检测装置包括安装于光学平板1上的高精度转台***，通过高精度转台***实现柔轮5的安装和360度均匀分度旋转，激光位移传感器7通过传感器支架6安装于水平滑台8上，并通过前后移动调整实现激光穿过精度转台3的中心轴线，以此来实现齿廓点位置的标定；
所述高精密转台***包含伺服电机2、精密转台3以及高精密圆光栅11，伺服电机2、精密转台3以及高精密圆光栅11之间组成闭环***，伺服电机2与精密转台3连接，高精密圆光栅11安装在精密转台3的外侧，通过闭环***实现转角定位精度小于30弧秒以及转角信号的实时输出；
所述激光位移传感器7的距离检测精度应小于5um，并通过传感器支架6安装于水平滑台8上；
所述柔轮5安装于专用夹具4上，且保证柔轮单侧齿廓位于激光位移传感器7的量程范围内；
所述专用夹具4包括与精密转台3固定的栓接孔13，定位柔轮杯体的内圆14，专用夹具内圆14和专用夹具外圆12的同轴度小于0.015mm且专用夹具外圆12与精密转台3中心轴线的同轴度应小于0.01mm；
所述专用夹具内圆14的加工精度与谐波减速器柔轮外壳体内孔的加工精度相同；
该方法包括如下步骤：
步骤一：将精密转台3安装于光学平台1上，安装专用夹具4，并通过千分表分别测量精密转台3的转动平面与专用夹具4外圆的跳动，直到专用夹具4的外圆跳动数值小于精密转台3台面转动时的圆跳，从而实现专用夹具4与精密转台3轴线的对中校准；
步骤二：采用激光位移传感器7对中调试工装，重复步骤一的操作流程，实现激光位移传感器7的对中调试工装与精密转台3轴线的对中操作，此时，激光位移传感器7平动并进行实时测距，距离最短的位置即实现了激光位移传感器7与精密转台4的对中校准：
步骤三：伺服电机2驱动精密转台3均匀分度旋转，同时采集转角与激光位移传感器的距离量，通过标定激光位移传感器位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台转角与未变形的柔轮齿半径的一一对应，拟合对比标准柔轮齿廓形状，提取柔轮齿廓基本误差；
步骤四：安装柔性轴承和中心轴，同时采集高精密圆光栅11的转角与激光位移传感器7的距离量，通过标定激光位移传感器7激光位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台3转角与柔轮5齿廓半径的一一对应；
本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过建立激光位移传感器与精密转台之间的对应关系，得到不同转角条件下柔轮齿廓点数据的矢径，对比理论齿廓的点数据坐标，得到不同转角的齿形误差，为谐波减速器实际齿廓和变形方程的表征以奠定了理论和实验基础。
附图说明
图1谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置；
图2谐波减速器柔轮专用夹具；
其中，1光学平板，2伺服电机，3精密转台，4专用夹具，5柔轮，6激光位移传感器支架，7激光位移传感器，8水平滑台，9滑台支架，10安装底座，11高精密圆光栅，12专用夹具外圆，13栓接孔，14专用夹具内圆
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测装置，该装置包括如下结构：安装于光学平板1上的高精度转台***实现柔轮5的安装和360度均匀分度旋转，激光位移传感器7通过传感器支架6安装于水平滑台8上，并通过前后移动调整实现激光穿过精度转台3的中心轴线，以此来实现齿廓点位置的标定；
所述高精密转台***包含伺服电机2、精密转台3以及高精密圆光栅11组成闭环***，实现转角定位精度小于30弧秒以及转角信号的实时输出；
所述激光位移传感器7的距离检测精度应小于5um，并通过传感器支架6安装于水平滑台8上；
所述柔轮5安装于专用夹具4上，且保证柔轮单侧齿廓位于激光位移传感器7的量程范围内；
如图2所示，所述专用夹具4包括与精密转台3固定的栓接孔13，定位柔轮杯体的内圆14，专用夹具内圆14和专用夹具外圆12的同轴度应小于0.015且专用夹具外圆12与精密转台3中心轴线的同轴度应小于0.01；
如图2所示，所述专用夹具内圆14的加工精度应该与谐波减速器柔轮外壳体内孔的加工精度相同；
该方法包括如下步骤：
步骤一：将精密转台3安装于光学平台1上，安装专用夹具4，并通过千分表分别测量精密转台3的转动平面与专用夹具4外圆的跳动，直到专用夹具4的外圆跳动数值小于精密转台3台面转动时的圆跳，从而实现专用夹具4与精密转台3轴线的对中校准；
步骤二：采用激光位移传感器7对中调试工装，重复步骤一的操作流程，实现激光位移传感器7的对中调试工装与精密转台3轴线的对中操作，此时，激光位移传感器7平动并进行实时测距，距离最短的位置即实现了激光位移传感器7与精密转台4的对中校准：
步骤三：伺服电机2驱动精密转台3均匀分度旋转，同时采集转角与激光位移传感器的距离量，通过标定激光位移传感器位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台转角与未变形的柔轮齿半径的一一对应，拟合对比标准柔轮齿廓形状，提取柔轮齿廓基本误差；
步骤四：安装柔性轴承和中心轴，同时采集高精密圆光栅11的转角与激光位移传感器7的距离量，通过标定激光位移传感器7激光位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台3转角与柔轮5齿廓半径的一一对应；
本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过建立激光位移传感器与精密转台之间的对应关系，得到不同转角条件下柔轮齿廓点数据的矢径，对比理论齿廓的点数据坐标，得到不同转角的齿形误差，为谐波减速器实际齿廓和变形方程的表征以奠定了理论和实验基础。

Claims (2)

1.一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测方法，检测装置包括安装于光学平板(1)上的高精密转台***，通过高精密转台***实现柔轮(5)的安装和360度均匀分度旋转，激光位移传感器(7)通过传感器支架(6)安装于水平滑台(8)上，并通过前后移动调整实现激光穿过精密转台(3)的中心轴线，以此来实现齿廓点位置的标定；
所述高精密转台***包含伺服电机(2)、精密转台(3)以及高精密圆光栅(11)，伺服电机(2)、精密转台(3)以及高精密圆光栅(11)之间组成闭环***，伺服电机(2)与精密转台(3)连接，高精密圆光栅(11)安装在精密转台(3)的外侧，通过闭环***实现转角定位精度小于30弧秒以及转角信号的实时输出；
所述激光位移传感器(7)的距离检测精度应小于5um，并通过传感器支架(6)安装于水平滑台(8)上；
所述柔轮(5)安装于专用夹具(4)上，且保证柔轮单侧齿廓位于激光位移传感器(7)的量程范围内；
所述专用夹具(4)包括与精密转台(3)固定的栓接孔(13)，定位柔轮杯体的专用夹具内圆(14)，专用夹具内圆(14)和专用夹具外圆(12)的同轴度小于0.015mm且专用夹具外圆(12)与精密转台(3)中心轴线的同轴度应小于0.01mm；
其特征在于：该方法包括如下步骤，
步骤一：将精密转台(3)安装于光学平板(1)上，安装专用夹具(4)，并通过千分表分别测量精密转台(3)的转动平面与专用夹具(4)外圆的跳动，直到专用夹具(4)的外圆跳动数值小于精密转台(3)台面转动时的圆跳，从而实现专用夹具(4)与精密转台(3)轴线的对中校准；
步骤二：采用激光位移传感器(7)对中调试工装，重复步骤一的操作流程，实现激光位移传感器(7)的对中调试工装与精密转台(3)轴线的对中操作，此时，激光位移传感器(7)平动并进行实时测距，距离最短的位置即实现了激光位移传感器(7)与精密转台(3)的对中校准：
步骤三：伺服电机(2)驱动精密转台(3)均匀分度旋转，同时采集转角与激光位移传感器的距离量，通过标定激光位移传感器位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台转角与未变形的柔轮(5)齿廓半径的一一对应，拟合对比标准柔轮齿廓形状，提取柔轮齿廓基本误差；
步骤四：安装柔性轴承和中心轴，同时采集高精密圆光栅(11)的转角与激光位移传感器(7)的距离量，通过标定激光位移传感器(7)激光位置与转台中心轴线的距离，实现精密转台(3)转角与柔轮(5)齿廓半径的一一对应。
2.根据权利要求1所述的一种谐波减速器柔轮齿廓误差与变形函数的检测方法，其特征在于：所述专用夹具内圆(14)的加工精度与谐波减速器柔轮外壳体内孔的加工精度相同。
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