制造业是国民经济的主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。随着“中国制造2025”的来临,制造业智能化的代表——工业机器人,正逐渐代替人力大规模应用于各个领域,其发展质量和水平很大程度上代表着一个国家的工业发达程度[1-3]。RV(Rotate Vector)减速器(封闭差动式摆线针轮行星减速器),如图1所示,具有较高的疲劳强度、刚度和寿命,并且回差和传动精度稳定,不会随着使用时间的增长而显著降低,又具有体积小、重量轻、寿命长、传动比范围大等优点,因而广泛应用于工业机器人关节减速器[4-6]。

如果诺亚方舟是对亚述文明继承性的叙述，而“巴别塔”(第四个故事)则是对巴比伦和亚述文明弑父性的叙事。在《创世纪》中描写的语言的故事“巴别塔”是这样说的：

图1 RV减速器

目前全球的RV减速器75%的市场份额被两家日本公司(Nabtesco公司和Harmonic Drive公司)垄断,随着国内人力成本增加企业转型紧迫的要求,机器人用RV减速器的研发制造已被提升到国家战略层面,研究减速器关键部件的检测并应用于工业现场,为提高其制造质量是一件利国利民的强基工程[7-9]。目前国内外学者的研究主要集中在RV减速器传动精度方面。Blanche利用纯几何学方法研究了摆线针轮行星减速器的回转精度[10-11];Boguski B研究了制造误差对各行星轮负载分担及运行轨道的实验测量等对减速器精度的影响[12];国内以大连交通大学李立行、何卫东为代表的学者[13-14],从上世纪80年代初,就开始针对研究RV 减速器传动精度的研究,在理论及应用方面都有很大的突破。然而针对RV减速器零部件的加工制造精度研究却少之又少,其中奚鹰提出在减速器制造装配误差中,曲轴偏心距和偏心距误差对RV减速器传动精度有较大影响,并建立了曲轴偏心距和偏心距误差影响的数学模型。

图2 摆线轮

摆线轮(图2)作为工业机器人RV减速器中的核心部件,它的精度影响着整个RV减速器的性能,其加工质量和检测效率直接制约着工业机器人的发展。现阶段对摆线轮质量保证的检测手段主要是线下手工抽检,不仅效率低、劳动强度大,而且可靠性较低;若使用三坐标测量机或圆度仪等高精度设备检测,成本高且效率低下,不满足线上逐件检测的要求。因此考虑到国内强大需求,如某企业年产数6万台套的产量,检测要求:位置度测量节拍<10 s,位置度测量误差小于2 μm,孔径及圆度最大测量误差均小于 1 μm。对检测要求不仅精度高稳定可靠而且要求一次装夹完成多参数检测、速度快效率高等,那么有必要对其在线检测技术进行深入研究并实施工程应用。针对RV减速器量化生产的线上检测要求,研究摆线轮的综合检测技术及方案,并开发在线检测装置,为工业机器人提供可靠的质量保证具有重要意义。

1 被测参数评定模型

根据某企业RV机器人减速器数字化生产线的需要,某型号摆线轮的主要检测项目分别是圆周等分的3个轴承安装孔的孔组位置度误差、孔内径及圆度误差,要求测量精度达到微米量级,测量节拍小于1 min。下面分别对摆线轮的被测参数评定模型进行论述。

高校站群系统的深入应用,是高校信息化建设的重要环节，整合了资源，实现了统一管理，节约了大量的人力物力,为高校的网络安全和信息化工作做了扎实的铺垫。

1.1 位置度检测

位置度是指被测要素的实际位置偏移理想位置的程度,理想位置相对于基准或几何图框确定。位置度误差直接影响零部件的装配质量,必须对加工的零件位置度误差进行检查,以确保零件质量[15-17]。在工业机器人RV减速器关键零件摆线轮的加工生产过程中,其轴承安装孔的尺寸和位置都会存在一定的加工制造误差,从而产生了孔组位置度误差,这对减速器的装配以及机器人的运转都会产生影响。考虑到摆线轮曲柄轴孔的偏心误差对RV减速器的装配以及传动精度有重要的影响,对摆线轮上轴承安装孔的孔组位置度在线检测必不可少。

内径是指摆线轮圆周分布的3个轴承安装孔的内径。圆度是指孔的横截面接近理论圆的程度,即孔中最大半径与最小半径的差值。在加工过程中,由于机床主轴回转不平衡、刀具与主轴之间的受力、材料应变等诸多因素,回转类零件不可避免地会产生圆度误差,直接影响回转类零件的互换性和配合精度,加剧互配件的磨损、震动等,降低了使用性能和寿命[18-19],故零件孔的圆度误差需得到有效的控制,根据被测要素的特征,课题采用气动测量方式。根据比较测量需要,设计制造出轴承安装孔两个校对规,其尺寸分别等于孔径公差的最大和最小极限。测量前先校对标准件,计算获得测量直线的斜率,然后对被测工件进行测量并获得压力值,如下式:

图3 电感传感器及分布示意图

根据被测要素以中心孔作为定位基准,采用了量程大、精度高的杠杆式电感位移传感器来采集数据,传感器的分布如图3所示。在中心孔导向套的截面上每隔120°的方向上分布一支传感器(M1～M3),在圆周分布的3个导向套的同一截面内每隔90°的方向上各分布一支传感器(M4～M15),共计15支位移传感器。其中,传感器M1M4M6、M2M8M10、M3M12M14的测头所在直线分别互成120°。传感器M5M7的测头方向与M4M6的测头方向垂直;传感器M9M11的测头方向与M8M10的测头方向垂直;传感器M13M15的测头方向与M12M14的测头方向垂直。

圆周分布轴承安装孔2的圆心坐标(X2,Y2)为:

位置度检测使用传感器多,数据处理复杂,执行过程可用以下步骤描述:

①分别在位置度测量部分上放上摆线轮的标定件和实测件,分别获得15支传感器的数据,并计算每支传感器标定值与实测值的差值ΔS1,ΔS2,ΔS3,…,ΔS15:

(1)

式中:S1,S2,S3,…,S15为15支传感器对标定件的数据(标定值);为15支传感器对实测件的数据(实测值);

3.2 病虫害防治技术：按照“预防为主，综合防治”的总方针。以改善生态环境，加强栽培管理为基础。把农业防治，物理防治和生物防治放在综合防治的首位。化学防治作为突破手段，建立良好的蔬菜生产小环境，充分发挥自然控制作用，用较少的投入把病虫害的危害控制在允许的经济阈值以下，取得无公害产品和更高的经济效益。

②使用三坐标测量机对标准件进行标定,测得摆线轮圆周均布的3个轴承安装孔与中心孔的孔心距分别为d|01|、d|02|、d|03|。如图4标定件各孔圆心分别如图中O、1、2、3,实测件各孔圆心分别如图中O′、1′、2′、3′。

图4 标定件及实测件各孔圆心

将各孔心距在位置度测量部分传感器行成的坐标系下进行换算,得到中心孔圆心的坐标O(X0,Y0)为:

(2)

圆周分布轴承安装孔1的圆心坐标(X1,Y1)为:

(3)

1.1 临床资料 选取同期收治的48例妊娠高血压综合征产后出血产妇作为研究对象，均无凝血功能异常、子宫畸形等状况；无严重肾、肝、肺、心等器官功能异常；产妇及家属均知晓本研究，并自愿签订书面同意书。利用信封抽签法分为观察组和对照组各24例，对照组年龄22～39(28.6±2.5)岁；初产妇8例，经产妇16例；产次(1.37±0.25)次；孕周38～40(39.15±0.3)周。观察组年龄23～40(29.3±2.1)岁；初产妇9例，经产妇15例；产次(1.51±0.32)次；孕周38～41(39.06±0.5)周。两组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。

(4)

圆周分布轴承安装孔3的圆心坐标(X3,Y3)为:

X3=-d|03|×sin30°Y3=-d|03|×cos30°

(5)

③参照图3中传感器的分布方向,在位置度测量部分传感器行成的坐标系下,通过中心导向套的1、2、3号传感器实测值与标定值之差ΔS1,ΔS2,ΔS3,可得到标定件与实测件的中心孔的孔心坐标偏差量:

当今世界处于深刻变化之中，综合国力的竞争日趋激烈，我国各项改革进入了深水区和攻坚期，全面建成小康社会也进入了决胜期，出现了许多前所未有的新情况、新问题。创新是增强国家核心竞争力的重要因素，是衡量综合国力的重要指标，改革创新成为解决新问题的必然选择。

(6)

那么,通过圆周导向套的4、5、6、7号传感器实测值与标定值之差ΔS4、ΔS5、ΔS6、ΔS7,可得到标定件与实测件轴承安装孔1的孔心坐标偏差量:

(7)

其一，电力企业人力资源管理部门数据量很大，信息来源可靠，涉及员工档案、培训记录、薪资待遇、绩效考核等一系列内容和数据。这些数据全由人力资源部门收集和整理，无论获取，还是应用都非常方便。其二，网络多媒体时代，大数据人才多，专业水平高，为大数据在电力企业人力资源管理中的应用提供人才基础。电力企业可通过多种方法、途径等将大数据应用到人力资源管理工作中。第三，近年，大数据已经成为各行各业竞相追逐的热点，腾讯、谷歌等知名企业已经将大数据应用到人力资源管理工作中，电力企业也急需运用和尝试[1]。

患者右骶棘肌紧张，腰椎MRI示L4 ～ S1区域增粗变宽的右骶棘肌无信号异常，排除损伤可能。MRI异常影像结合临床症状，分析疼痛原因如下。

语言的丰富意蕴体现在它所塑造的人物形象身上。从小说的语言描写中，可以发现苏比是一个可怜而又让人鄙视的人。说其可怜，那是因为文中的苏比生活在一个贫穷的环境里。他在寒冷的冬天因没有自己的住所而露宿街头，只好躺在那里因为寒冷而辗转反侧。说其让人鄙视，那是因为他凭借自己健壮的身体足以改变自己的命运，但他却把监狱当作自己的最高追求。于是他想尽办法来实现自己的这一伟大的构想：

(8)

④参照图5,在得到实测件各孔心坐标后,将d|1′0|、d|2′0|、d|3′0|中最接近标准孔心距(63 mm)的作为基准参照,例如当|d|1′0|-63| mm最小时,将O′1′所在直线及O′(P0)作为基准,拟合出圆周均布的3个孔圆心的理想位置P1、P2、P3,可通过圆周3个轴承安装孔孔心的理想位置与实际位置之间的坐标偏差求得形成的公差带f1、f2、f3,即得出圆周分布的轴承安装孔的位置度误差。

(9)

将标定件的外圆圆心坐标O(X0,Y0)与圆周轴承安装孔1(X1,Y1)、2(X2,Y2)、3(X3,Y3)各圆心坐标的偏差量叠加可得到被测件的实测件的各圆心坐标即:

然后通过圆周导向套的12、13、14、15号传感器实测值与标定值之差ΔS12、ΔS13、ΔS14、ΔS15,可得到标定件与实测件轴承安装孔3的孔心坐标偏差量:

图5 位置度公差带拟合示意图

通过O′与1′之间距离是L mm及O′、1′与P1在一条直线的几何关系,建立如下方程组,先求出

(10)

式中:坐标已知;

再通过O′(P0)、P1、P2、P3之间的特定位置关系建立如下方程组,求出

为满足生产线快速高效的要求,配备浮动机构以及气缸等部件,实现对3个孔内径的自动化测量:精密转台开始转动,寻找初始设定位置并停止,垂直移动气缸带动浮动气测头向下运动至第1个测量孔,测量完毕后退回初始位置,精密转台依次精确旋转120°气测头依次实现对其余两个孔的检测,整个测量过程节拍<40 s,满足生产线上的检测要求,测量方案示意如图6所示。

(11)

式中:坐标已知;

(5)在得出P1、P2、P3的坐标后,分别与实测件孔心1′、2′与3′行成的公差带即为各孔的位置度,评定公式表示为:

(12)

1.2 内径检测

图6和图7显示的是添加MN5和MN6共源共栅管前后基准电流和基准电压的电源抑制比的变化。由仿真结果可知，MN5和MN6共源共栅管有效的增加了基准电流和基准电压的电源抑制比，在100 Hz频率处的基准电流的电源抑制比为-34 dB，基准电压的电源抑制比为-50 dB。

(13)

(14)

式中:D1、D2为标准件1和2的孔径值(mm);P1、P2为标准件1和2标定时的测量压力(kPa);k为测量直线的斜率值(mm/kPa);b为测量直线横截距(mm);

测量过程中,气动传感器采集到压力信号后,通过以下公式计算出被测孔的直径值。

D=K×P+b

(15)

式中:D为被测工件的直径(mm);P为实测时的传感器压力值(kPa)。

综上所述，PBL教学模式及CBL教学模式均能使学生获得较好的理论知识及操作技能水平，但PBL教学模式主要侧重于提升学生的自学能力、理论知识掌握能力、团队协作水平，语言表达能力及知识运用能力，而CBL教学模式主要侧重于提升学生的兴趣培养、实践能力、充分运用学习时间能力、问题处理情况、疾病诊断及鉴别能力。

图6 孔内径测量方案示意图

1.3 圆度检测

目前圆度误差评定有4种常用的方法:最小二乘法、最小区域法、最大内接圆法和最小外接圆法。课题研制的设备需要在生产车间在线使用,实现对摆线轮圆周分布轴承安装孔内径及圆度的快速高效测量。内径在加工中已经使用了主动测量装置,因此其尺寸一致性较好,考虑到效率和节拍要求,本文采用一种近似圆度测量的工程应用方法。即获取一个截面的两个垂直方向的直径,将两个直径近似作为包容该截面实际轮廓中的最大和最小同心圆的直径。采取最小区域评定法,可得出行星架及摆线轮轴承安装孔的圆度误差近似为:

f=|(D1-D2)/2|

(16)

式中:D1、D2为气测头得出的被测工件中同一截面上的两个直径数据。

图7 摆线轮检测装置机械结构

2 检测系统设计

2.1 机械结构设计

摆线轮在线测量装置的机械结构主要是由Z轴立柱、精密回转平台、位置度测量部分及电器柜组成,如图7所示,运动部位主要包括回转平台的旋转、浮动测头的垂直上下移动,在位置度采用静态测量,无需运动部件。

再通过圆周导向套的8、9、10、11号传感器实测值与标定值之差ΔS8、ΔS9、ΔS10、ΔS11,可得到标定件与实测件轴承安装孔2的孔心坐标偏差量:

位置度测量结构设计由传感器导向套、基板、支架等组成,其中关键设计是基板上的导向套以及导向套上传感器测头的开孔位置,需使得其开孔位置满足位置度的测量方案传感器的分布方向,其三维建模和实物图分别如图8所示。

图8 位置度测量部分机械结构(以中心孔为基准)

图9 Z轴立柱机械结构

参照以中心孔为测量基准时的设计方案为,在中心孔导向套的某一截面上每隔120°的方向上设置一个圆形开口,在圆周分布的3个导向套,在导向套的同一截面内每隔90°的方向上设置一个圆形开口,共固定15支位移传感器,传感器测头分布图参照图3。

孔径测量主要包括:Z轴立柱(图9)是浮动气测头的安装轴,其作用是带动浮动气测头实现垂直方向的移动,完成对摆线轮轴承安装孔内径的测量,Z轴立柱主要是由Z轴支架、固定导轨、浮动机构及气测头、气缸、连接件及缓冲座等组成。Z轴支架的行程设计为500 mm,使工件与被测件之间有足够的空间,方便工件的取放;由于气测头与被测孔的间隙很小,浮动机构作用是在转台定位出现微小偏差的情况下,使气测头能通过倒角的过渡顺利进入被测孔;缓冲座是使气测头在进入被测孔的过程更加平稳,另外在意外情况下,起到保护气缸及气测头的作用;气测头测量精度为0.001 mm。

3.6.1 腹水。肝硬化腹水是肝硬化最常见的并发症，是肝功能减退和门静脉高压的共同结果。代偿期肝硬化患者10年内并发腹水约占60%，首发腹水后2年和5年病死率分别是50%和80%，大量腹水时可见腹部隆起，状如蛙腹，可发生脐疝，横膈抬高可引起呼吸困难，心悸，严重影响患者的生活质量[15]。

2.2 电气结构设计

检测系统的电气部分包括硬件和软件设计,其中硬件由研华工控机、PCI-1730运动控制卡及端子板、英国雷尼绍RESM圆光栅、伺服电机(130LCX-2A)及高精度脉宽调速装置、SMC气缸及电磁阀、磁性接近开关等组成控制系统和数据采集系统,如图10所示。控制系统采用闭环反馈控制,可以实时监控测量设备的状态。气缸的精确运动位置由电磁阀与接近开关控制,转台的精确转动由软件读取圆光栅读数并配合电机实现。为了保护操作人员及各测量部分件的安全,电气结构设计的控制系统中需设置急停功能,实时读取各气缸接近开关及电机状态,判断当前状态是否正常,配合控制系统的硬件实现准确可靠检测。

图10 控制系统框图

检测系统的软件是在Windows平台下,利用Microsoft Visual Studio 2010中的C++编程工具进行开发。C++继承了C语言功能强、效率高、易学易用的特点,加之其利用面向对象的可视化程序设计,运用多线程技术实现软件的实时控制和数据采集。图11是本系统的主界面,测量时在每个工件检测之前输入其型号(或编号),按下自动测量按钮,各运动部件就会按规划好的动作顺序自动测量完成,并进行数据自动保存。

图11 软件主界面

3 实验验证

根据摆线轮被测环境,测量机在线检测时的误差源主要有标准件误差、转台定位误差、温度误差、测量机测量误差等;前两者由机械加工精度来保证,通过第三方检测确定为定量误差,可以通过软件进行消除;考虑到车间恒温特征,温度误差可以忽略;而测量机的测量误差主要由传感器采样引起,通过软件算法进行抑制。实验时需要在软件界面设置误差修正参数和标准件参数,测量前使用摆线轮标准件进行对标。然后对被测摆线轮工件进行多次测量实验,验证本检测系统的测量重复性精度,并与三坐标测量机对此被测件的检测结果进行对比,验证本测量系统的可靠性,图12中用不同线型标示出各个孔的10次的位置度实验结果。从与三坐标机的测量结果对比的情况可以看出,孔1的测量误差≤1 μm;孔2的测量误差≤3 μm;孔3的测量误差≤3 μm。即从实际的测量结果来看,总体的测量误差在3 μm以内,满足小于3 μm的测量要求,说明测量结果准确可靠。

图12 摆线轮各孔位置度30次实验结果

接着用气动测量方式对摆线轮孔径尺寸进行测量及比对,从表1中的对比可以看出,与三坐标测量机的测量结果进行对比,测量误差均小于0.001 mm,满足测量精度要求(小于0.002 mm),说明本测量系统的测量结果准确可靠。对于圆度误差,与三坐标测量机的结果进行对比后,可得到测量误差仍均小于 1 μm,满足测量精度要求(小于0.002 mm),进一步说明测量结果准确可靠,测量节拍<1 min/件,满足在线检测要求。

系统包含的回转机构主要功能是控制塞规的旋转，其具体结构如图5所示，在原有的顶尖座基础上安装拨盘和步进电机。步进电机通过一对内啮合齿轮带动拨盘旋转，拨盘再通过鸡心夹带动塞规旋转。

表1 某摆线轮各孔10次实测数据对比 单位:mm

序号孔1内径圆度孔2内径圆度孔3内径圆度155.0180.001 55.0170.001 55.0180.001255.0190.00155.0180.00155.0170.001355.0190.00155.0180.00155.0170.001455.0180.00155.0180.00155.0170.001555.0190.00155.0180.00155.0170.001655.0180.00155.0180.00155.0170.001755.0180.00155.0180.00155.0170.001855.0190.00255.0180.00155.0170.001955.0180.00155.0170.00155.0170.0011055.0180.00155.0180.00155.0170.001三坐标机55.0180.00255.0180.00155.0180.001最大差值0.0010.001-0.0010-0.0010

4 结论

工业机器人RV减速器具有传动比大、高传动精度、传动效率高、体积小、刚度高等特点,特别适用于工业机器人及其他精密伺服传动系统。为了改善我国的工业机器人RV减速器高度依赖进口的现状,对关键部件进行在线检测技术研究,建立具有自主产权的工业机器人减速器生产线,对于推动我国工业机器人产业发展,提高基础装备制造竞争力具有重要的意义。论文提出了一种采用多传感器测量系统对孔组位置度进行在线快速检测的方法,实现了位置度测量节拍<10 s,并与三坐标测量机的测量结果进行对比验证,最大测量误差小于3 μm,孔径及圆度最大测量误差均小于1 μm。成功研制出在线检测设备已经应用于某企业机器人减速器生产线上,实现了对摆线轮轴承安装孔的内径、圆度和位置度的自动化检测,实现整机测量节拍均小于1 min,满足了RV减速器生产线的年产6万套的在线检测需求。

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