一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统及方法

摘要

一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统及方法，包含机架、柔轮位置调节机构、第一传感器位置调节机构、第二传感器位置调节机构、转盘、激光传感器A、激光传感器B、激光传感器C、动力机构、传感器旋转器和支架；柔轮设置在柔轮位置调节机构的可动载物台上并被柔性固定，激光传感器和激光传感器分别设置在位于柔轮上方的第一传感器位置调节机构的可活动平台一上和侧方的第二传感器位置调节机构的可活动平台二上，第一传感器位置调节机构和第二传感器位置调节机构分别设置在机架上，动力机构安装在支架上。本发明可实现对不同型号的谐波减速器柔轮齿形和输出端面平面度的检测，来避免传统接触式测量的误差。

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐波减速器的设计及制造领域，具体涉及一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统及方法。

背景技术

谐波齿轮传动是20世纪50年代后期出现的一种新型传动，相比于传统齿轮传动，其利用机械波控制柔性齿轮的弹性变形来实现运动和力的传递。谐波减速器就是基于这一理论研发而成，其主要被广泛应用于航空航天技术、工业机器人以及服务型机器人等领域。柔轮作为谐波减速器的核心零部件，其输出端面与齿形加工精度对谐波减速器的性能影响巨大。但由于柔轮容易发生变形，从而导致其检测相对于传统齿轮更难。

发明内容

本发明为克服现有技术，提供一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统及方法，以实现对不同型号的谐波减速器柔轮齿形和输出端面平面度的快速、精密测量与检测，来避免传统接触式测量与柔轮装夹方式带来的测量误差。

一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统，包含机架、柔轮位置调节机构、第一传感器位置调节机构、第二传感器位置调节机构、转盘、激光传感器、激光传感器、激光传感器、动力机构、传感器旋转器和支架；柔轮设置在柔轮位置调节机构的可动载物台上并被柔性固定，传感器旋转器的输出端上设置有位于柔轮中心孔内的激光传感器，柔轮位置调节机构与传感器旋转器固定于转盘上，用于柔轮定心，激光传感器和激光传感器分别设置在位于柔轮上方的第一传感器位置调节机构的可活动平台一上和侧方的第二传感器位置调节机构的可活动平台二上，分别用于检测柔轮输出端面平面度和柔轮齿形，第一传感器位置调节机构和第二传感器位置调节机构分别设置在机架上，动力机构安装在支架上，用于驱动可转动地设置于支架的转盘。

一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度的检测方法，包括以下步骤：

1)将谐波减速器的柔轮输出端面朝上放在柔轮位置调节机构的载物台上，将柔轮完全固定；

2)柔轮定心，其具体步骤如下：

2.1)传感器旋转器将布置在其上的激光传感器旋转360度，获得柔轮轮身内圆各点位置信息，并将其反馈给控制台上的计算机，计算机读取到的柔轮轮身内圆各点的实际位置信息与预设参照位置信息进行比对，并根据预设的偏差进行调整；

2.2)重复步骤2.1)直至激光传感器测得的实际位置信息与参照位置信息重合，即停止调整，完成柔轮的定心；

3)通过位于柔轮上方与侧面的第一传感器位置调节机构和第二传感器位置调节机构与动力机构相互配合完成对柔轮输出端面平面度和齿形信息的侧量，其具体步骤如下：

3.1)利用第一传感器位置调节机构和第二传感器位置调节机构，分别对激光传感器和激光传感器调整到合适位置，准备测量；

3.2)通过动力机构带动转盘旋转，使得与转盘固连的柔轮位置调节机构同时旋转，从而使得位于柔轮位置调节机构的载物台上的柔轮以转盘中轴线为中心进行旋转，利用调整好的激光传感器和激光传感器实现对输出端面平面度和齿形信息的完整检测。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明基于激光传感器及位置调节机构实现了不同尺寸的谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度的测量与检测，有效解决了传统接触式测量检测方法在对复杂曲面进行测量时，存在的路径规划困难、测量效率低下、划伤测量对象、部分曲面点测不到和因接触测头磨损造成测量结果的重复精度降低等问题，并且本检测系统在检测时，通过对柔轮的固定，避免了其在柔轮齿形与输出端面平面度检测和测量过程中，因采用刚性固定而导致柔轮发生形变，最终使得测量结果不准确的情况。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为图2的侧视图；

图5为图1的K处局部放大图。

具体实施方式

参见图1所示，本实施方式的一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度检测系统，包含机架1、柔轮位置调节机构2、第一传感器位置调节机构51、第二传感器位置调节机构52、转盘7、激光传感器A8、激光传感器B9、激光传感器C13、动力机构14、传感器旋转器16和支架18；柔轮4设置在柔轮位置调节机构2的可动载物台3上并被柔性固定，传感器旋转器16的输出端上设置有位于柔轮4中心孔内的激光传感器C13，柔轮位置调节机构2与传感器旋转器16固定于转盘7上，用于柔轮4定心，激光传感器A8和激光传感器B9分别设置在位于柔轮4上方的第一传感器位置调节机构51的可活动平台一511上和侧方的第二传感器位置调节机构52的可活动平台二521上，分别用于检测柔轮4输出端面平面度和柔轮4齿形，第一传感器位置调节机构51和第二传感器位置调节机构52分别设置在机架1上，动力机构14安装在支架18上，用于驱动可转动地设置于支架18的转盘7。

上述实施方案中，位于柔轮4上方与侧方的激光传感器A8和激光传感器B9相对于柔轮4的输出端面与齿廓位置可调节，与转盘7同心的激光传感器C13相对于柔轮4可旋转，柔轮4被柔性固定，避免柔轮4发生形变，可提高测量的准确性。利用柔轮位置调节机构2和传感器旋转器16实现柔轮4定心，便于下一步准确测量；利用第一传感器位置调节机构51和第二传感器位置调节机构52实现利用激光传感器对柔轮4的输出端面的平面度和齿形信息的测量。另外，利用上述检测系统对谐波减速器的柔轮进行测量后，借助控制台17上的计算机6对数据进行处理，并对柔轮位置调节机构进行控制。

可选地，所述传感器旋转器16为电机。优选地，电机为私服电机。

进一步地，所述柔轮位置调节机构2包含支撑架2-1、第一平动驱动机构2-2和第二平动驱动机构2-3；第二平动驱动机构2-3设置在支撑架2-1上，第一平动驱动机构2-2设置在第二平动驱动机构2-3上，载物台3由第一平动驱动机构2-2和第二平动驱动机构2-3驱动以实现平面内横向和纵向移动。上述给出的柔轮位置调节机构2为可实现载物台3二个自由度的平动，如图1和图3所示，第一平动驱动机构2-2实现带动载物台3沿X向的平动，第二平动驱动机构2-3实现载物台3及第一平动驱动机构2-2整体沿Y向的平动，配合传感器旋转器16实现柔轮4的定心，以提高后续测量的准确性和可靠性。

可选地，如图2-图4所示，平动驱动机构采取丝杠副结构实现精确的轨迹运动，具体来说，第一平动驱动机构2-1包含第一电机2-11、第一丝杠2-12、第一螺母2-13和第一导轨2-14，第二平动驱动机构2-2包含第二电机2-21、第二丝杠2-22、第二螺母2-23和第二导轨组件；支撑架2-1安装在转盘7上，支撑架2-1上并列间隔布置有第二丝杠2-22和第二导轨组件，第二电机2-21安装在支撑架2-1上，第二电机2-21输出端连接第二丝杠2-22，第二丝杠2-22可转动地设置在支撑架2-1上，第一导轨2-14和第一丝杠2-12并列间隔布置，第一导轨2-14与第二导轨组件的第二导轨2-24垂直设置，第二丝杠2-22与第一丝杠2-12垂直，载物台3布置在第二导轨2-24和第二丝杠2-22之间，载物台3安装于旋拧在第一丝杠2-12上的第一螺母2-13上，并滑动设置于第一导轨2-14上，第一丝杠2-12可转动地设置在第二滑块2-25上，并与第一电机2-11的输出端连接，第一导轨2-14分别与第二滑块2-25及第二螺母2-23连接，第一电机2-11安装在第二螺母2-23上。

该方案中，第一电机2-11安装在第二螺母2-23上，第一丝杠2-12可转动地设置在第二滑块2-25上，第一电机2-11驱动第一丝杠2-12转动，第一螺母2-13在被限位的第一丝杠2-12上平动，带动载物台3及柔轮4实现在X向上的平动，当第二电机2-21带动第二丝杠2-22转动，第二螺母2-23在被限位的第二丝杠2-22上平动，带动第一导轨2-14、第二滑块2-25及载物台3整体实现在Y向上的平动。最终可实现载物台3沿X向和/或Y向平动。

进一步地，如图1所示，位于柔轮4上方的第一传感器位置调节机构51实现激光传感器A8在水平面平动，位于柔轮侧方的第二传感器位置调节机构52实现激光传感器B9在平面内平动和升降。所述平面内平动和升降是指在如X-Y平面的平动以及在Y-Z平面内的平动和升降。用于当对象是不同尺寸的柔轮4时的激光传感器A8和激光传感器B8的位置调整。

具体来说，可选地，如图3所示，第一传感器位置调节机构51包含第三电机51-1、第三丝杠51-2、第三螺母51-3、第三导轨51-4、第四电机51-5、第四丝杠51-6、第四螺母51-7和第四滑块51-8；第四螺母51-7和第四滑块51-8并列设置并可滑动地设置在机架1上，第三丝杠51-2和第三导轨51-4并列设置在第四螺母51-7和第四滑块51-8之间，第四电机51-5安装在机架1上，输出端连接第四丝杠51-6，第四丝杠51-6与第三丝杠51-2垂直设置，并可转动地设置在机架1上，第四螺母51-7旋拧在第四丝杠51-6上，第三导轨51-4固定在第四滑块51-8上，平台一511安装在旋拧于第三丝杠51-2上的第三螺母51-3上，并可滑动地设置在第三导轨51-4上，第三电机51-1安装在第四滑块51-8上，输出端连接第三丝杠51-2，第三丝杠51-2可转动地设置在第四螺母51-7和第四滑块51-8上。

该方案调节机构在工作时，第三电机51-1带动第三丝杠51-2转动，进而带动第三螺母51-3在被限位的第三丝杠51-2上平动，进而带动平台一511在第三导轨51-4上沿Y向的平动，第四电机51-5带动第四丝杠51-6转动，带动第四螺母51-7在被限位的第四丝杠51-6上平动，由于第三导轨51-4和第三丝杠51-2设置在第四滑块51-8和第四螺母51-7上，进而带动平台一511及第三电机51-1、第三丝杠51-2、第三螺母51-3、第三导轨51-4和第四滑块51-8整体沿X向平动。最终实现平台一511上的激光传感器A8可沿Y向和/或X向运动。

进一步地，如图2-图4所示，所述第二传感器位置调节机构52包含第五电机52-1、第五丝杠52-2、第五螺母52-3、第五导轨52-4、第六电机52-5、第六丝杠52-6、第六螺母52-7、第六导轨52-8、第六滑块52-9和第七导轨52-10；第五电机52-1安装在机架1上，输出端连接水平设置的第五丝杠52-2，第五丝杠52-2可转动地设置在机架1上，第五丝杠52-2的两侧布置有与第五丝杠52-2平行的第五导轨52-4，第五导轨52-4和第七导轨52-10上下间隔平行布置，第五螺母52-3旋拧在第五丝杠52-2上并可在第五导轨52-4上滑动，第六丝杠52-6和第六导轨52-8竖向并列设置，第六丝杠52-6的两端可转动地设置在第五螺母52-3和第六滑块52-9上，平台二521安装在第六螺母52-7上，第六螺母52-7旋拧在第六丝杠52-6上，并可在第六导轨52-8上滑动，第六导轨52-8的两端固定在第五螺母52-3和第六滑块52-9上，第七导轨52-10安装在机架1的底部，第六电机52-5安装在第六滑块52-9上，输出端连接第六丝杠52-6，第六滑块52-9可滑动地设置在第七导轨52-10上。

该方案调节机构在工作时，第五电机52-1带动第五丝杠52-2转动，进而带动第五螺母52-3在被限位的第五丝杠52-2及第五导轨52-4上平动，由于第六丝杠52-6和第六导轨52-8分别与第五螺母52-3和第六滑块52-9连接，进而带动设置于第六丝杠52-6上的平台二521沿着Y向平动，当第六电机52-5带动第六丝杠52-6转动，进而带动第六螺母52-7在被限位的第六丝杠52-6及第六导轨52-8上上下移动，进而带动平台二521沿着Z向进行平动，最终实现平台二521上的激光传感器B9可沿Y向和/或Z向运动，完成对柔轮4的输出端面平面度和齿形信息的检测。

进一步地，如图2所示，所述动力机构14包含力矩电机14-1和联轴器14-2；力矩电机14-1轴向竖向布置并与支架18连接，力矩电机14-1的输出轴通过联轴器14-2与转盘7固连。优选地，力矩电机为磁力矩电机，工作效率和强度较大。

进一步地，如图5所示，所述柔轮4通过柔轮固定机构固定于载物台3上，所述柔轮固定机构包含涨紧柱10-1、立柱10-2、皮带10-3和定位杆10-4；柔轮4的两侧布置至少两套柔轮固定机构，立柱10-2固定在载物台3上，皮带10-3套在柔轮4和立柱10-2上，涨紧柱10-1一端通过套环可转动地设置在立柱10-2上，涨紧柱10-1另一端通过设置在立柱10-2上的定位杆10-4限位。通过皮带与涨紧柱完成对柔轮的固定，避免了其在柔轮齿形与输出端面平面度检测和测量过程中，因采用刚性装夹而导致柔轮发生形变，最终使得测量结果不准确的情况。

基于上述实施方式的检测系统，结合图1-图5，还提供一种谐波减速器柔轮齿形与输出端面平面度的检测方法：所述的检测方法包括以下步骤：

1)将谐波减速器的柔轮4输出端面朝上放在柔轮位置调节机构2的载物台3上，将柔轮4完全固定；

2)柔轮4定心，其具体步骤如下：

2.1)传感器旋转器16将布置在其上的激光传感器C13旋转360度，获得柔轮4轮身内圆各点位置信息，并将其反馈给控制台17上的计算机6，计算机6将读取到的柔轮4轮身内圆各点的实际位置信息与预设参照位置信息进行比对，并根据预设的偏差进行调整；

2.2)重复步骤2.1)直至激光传感器C13测得的实际位置信息与参照位置信息重合，即停止调整，完成柔轮4的定心；

3)通过位于柔轮4上方与侧面的第一传感器位置调节机构51和第二传感器位置调节机构52与动力机构14相互配合完成对柔轮输出端面平面度和齿形信息的侧量，其具体步骤如下：

3.1)利用第一传感器位置调节机构51和第二传感器位置调节机构52，分别对激光传感器A8和激光传感器B9调整到合适位置，准备测量；

3.2)通过动力机构14带动转盘7旋转，使得与转盘7固连的柔轮位置调节机构2同时旋转，从而使得位于柔轮位置调节机构2的载物台3上的柔轮4以转盘中轴线为中心进行旋转，利用调整好的激光传感器A8和激光传感器B9实现对输出端面平面度和齿形信息的完整检测。

使用激光传感器C13进行数据测量后，可借助控制平台17上的计算机6对数据进行处理，并对柔轮位置调节机构2进行控制。激光位移传感器是一种非接触的精密测量装置，常被用来测量箱体、回转体等零件的尺寸和形位误差，广泛应用于工业现场测量。激光位移传感器基于激光三角法检测测量对象的实际位置。所谓激光三角法即是指通过从激光位移传感器发射出的入射光线，以及经被测面反射形成的光线共同组成三角形的来确定被测点位移距离的一种检测方法。针对复杂表面的检测和测量激光位移传感器突破了传统测量的限制和弊端，具有测量范围大、操作简单、测量过程中不干扰被测物体的运动等优点。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。