CN103759939B - 大速比高精密减速器传动误差测试实验台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大速比高精密减速器传动误差测试实验台，由输入轴旋转装置、机架和测量系统组成；输入轴旋转装置包括过渡轴和分度头；测量系统由输出轴、测量试块和三坐标测量仪组成；机架和分度头均固定在三坐标测量仪的工作台上；被测减速器固定在机架上；输出轴将被测减速器的输出端和测量试块连接在一起；测量试块的形状为正多棱柱，测量试块旋转一角度，用三坐标测量仪的探头分别在测量试块的同一测量平面上测取两个测点的坐标，两点的连线在测量直角坐标系的xoz平面内的投影与测量试块在初始位置的投影间的夹角即为测量试块转过的角度。本发明具有测量精度高、成本低、结构简单、操作简易，可补偿实验台装配误差造成的测量误差等优点。

Description

大速比高精密减速器传动误差测试实验台及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种减速器的回转传动误差测试技术，尤其涉及一种大速比高精密减速器回转传动误差测试实验台。

背景技术

大速比高精密减速器是广泛应用于机器人等自动化设备中的一种传动装置，该装置要求在有限的空间内实现大速比减速，通常速比在50以上，且要求回转传动误差小于3arcmin。准确测量和评价该类减速器的回转传动误差，探讨其回转传动误差在减速器运转过程中的变化规律，对该类减速器的理论研究及其实际应用有着重要的意义。

减速器的回转传动误差是指输入轴转过任意角度时的理论输出转角与实际输出转角间的差值。测试中通过测量传动系统输入端和输出端转角的相位差来反映的。其中，输入端转角的控制和测量，可采用伺服电机。然而，减速器输入端的误差传输到输出端时，会缩小与减速器传动比相同的倍数，故测量大速比减速器的传动误差时，可适当放宽输入端角度测量仪器的精度要求。输出端转角则可采用角度编码器测量。角度编码器由于受到光栅条数的限制，测量精度很难满足高精密减速器的测试精度要求。为提高测量精度，需进行电子细分，从而增加了测量环节，带来测量误差，造成测量结果的不稳定。

发明内容

针对上述现有减速器回转传动误差测试实验台的不足，本发明提供一种大速比高精密减速器传动误差测试实验台及其测试方法。本发明中所指的大速比高精密减速器是指速比在50以上，回转传动误差小于3arcmin的一类减速器。本发明具有测量精度高、成本低、结构简单、操作简易，可补偿实验台装配误差造成的测量误差等优点，可为同类产品的传动误差测量提供一种有效的测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种大速比高精密减速器传动误差测试实验台，该实验台由输入轴旋转装置、机架和测量系统组成；所述输入轴旋转装置由分度头和过渡轴组成；所述过渡轴的一端与被测减速器的输入轴键连接；所述过渡轴的另一端为球头，并夹紧于分度头的三爪卡盘上；所述测量系统由输出轴、测量试块和三坐标测量仪组成，所述机架和所述分度头均固定在三坐标测量仪的工作台上；所述机架上设有连接法兰；所述被测减速器为一种大速比高精密减速器，所述被测减速器通过所述连接法兰固定在机架上；所述输出轴的一端与被测减速器的输出端连接，所述测量试块通过键连接固定在所述输出轴的另一端；所述测量试块的形状选自于正四棱柱、正五棱柱和正六棱柱中的一种，所述测量试块的加工精度等同于3级块规的精度。

本发明大速比高精密减速器传动误差测试方法，采用上述大速比高精密减速器传动误差测试实验台，其中，所述测量试块的侧棱长为8～15mm，边长为120～250mm，所述测量试块的侧面均为测量平面，将测试过程中三坐标测量仪采集数据点的测量平面定义为当前测量平面，该测试方法包括以下步骤：

步骤一：以被测减速器的回转轴线和其输出端的端面的交点为坐标原点建立一测量直角坐标系，其中，x轴为水平方向，y轴与被测减速器的回转轴线重合，z轴为竖直方向；并对三坐标测量仪的测量参数进行初始化；

步骤二：确定被测减速器的测量初始位置后，用三坐标测量仪测量所述测量试块当前测量平面上两个测点A₀和B₀的坐标，并采用公式(1)计算被测减速器输出端的初始相位角θ₀：

${\mathrm{\θ}}_0=arctan\left(\frac{z_0^{B_0}-z_0^{A_0}}{x_0^{B_0}-x_0^{A_0}}\right)---\left(1\right)$

公式(1)中，和分别表示初始位置时，测点A₀在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示初始位置时，测点B₀在测量坐标系下的x和z轴坐标；

步骤三：操作分度头使被测减速器的输入轴转过一角度θ_in，进而带动测量试块进入下一个测量位置，用三坐标测量仪测量该测量试块在该测量位置下的当前测量平面上两个测点A_n和B_n的坐标，并采用公式(2)计算被测减速器在该测量位置时的回转传动误差；

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{in}}{N}-\[arctan\left(\frac{z_n^{B_n}-z_n^{A_n}}{x_n^{B_n}-x_n^{A_n}}\right)-{\mathrm{\θ}}_0\],(n=1,2,3...)---\left(2\right)$

公式(2)中，和分别表示第n个测量位置时，测点A_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示第n个测量位置时，测点B_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，θ₀为被测减速器输出端的初始相位角；式中N为被测减速器的传动比；

步骤四：以此类推，重复步骤三，直到测量试块旋转360度为止；

在上述整个测量过程中，确定当前测量平面的条件是：该测量平面与测量直角坐标系的x轴的夹角满足其中，k表示测量试块(2)的棱边数量，且k＝4,5,6。

与现有减速器传动误差测试实验台相比，本发明实验台的有益效果是：

1)本发明采用三坐标测量仪与测量试块组合测量大速比高精密减速器传动误差，与现有技术中采用角度编码器或自准直光管与多棱体组合的测量方法相比，具有测量精度高、通用性强和成本低的特点。

2)在现有减速器传动误差测试实验台中，角度编码器通过弹性联轴器连接到被测减速器的输出轴上，输出轴和角度编码器的装配误差将直接造成测试结果误差。本发明测试方法是将测量试块固定在输出轴的端部，测量试块旋转一角度，用三坐标测量仪的探头分别在测量试块的同一测量平面上测取两个测点的坐标，两点的连线在测量直角坐标系的xoz平面内的投影与测量试块在初始位置的投影间的夹角即为测量试块转过的角度。该种测试方法可有效补偿实验台装配误差造成的测量误差，提高了测量精度。

3)减速器输入端的误差传输到输出端时，会缩小与减速器传动比相同的倍数，故测量大速比减速器的传动误差时，可适当放宽输入端角度测量仪器的精度要求。本发明实验台采用分度头控制和测量被测减速器输入轴的转角，简单易行，又可保证实验台具有足够高的测量精度。

附图说明

图1为本发明大速比高精密减速器传动误差测试实验台的测试原理图；

图2为本发明大速比高精密减速器传动误差测试实验台的结构示意图；

图3为图1中所示测量系统的工作原理图。

图中：

1-输出轴，2-测量试块，3-三坐标测量，4-被测减速器，5-机架，6-过渡轴，7-分度头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1和图2所示，本发明一种大速比高精密减速器传动误差测试实验台，由输入轴旋转装置、机架5和测量系统组成。

所述输入轴旋转装置由分度头7和过渡轴6组成；所述过渡轴6的一端与被测减速器4的输入轴键连接；所述过渡轴6的另一端为球头，并夹紧于分度头7的三爪卡盘上。

所述测量系统由输出轴1、测量试块2和三坐标测量仪3组成，所述机架5和所述分度头7均固定在三坐标测量仪3的工作台上；所述机架5上设有连接法兰；所述被测减速器4为一种大速比高精密减速器，所述被测减速器4通过所述连接法兰固定在机架5上。

所述输出轴1的一端与被测减速器4的输出端连接，所述测量试块2通过键连接固定在所述输出轴1的另一端；所述测量试块2的形状选自于正四棱柱、正五棱柱和正六棱柱中的一种，为使测量系统具有足够高的测量精度，同时尽可能降低加工成本，所述测量试块2的侧棱长为8～15mm，边长为120～250mm，加工精度等同于3级块规的精度。

图3示出了本发明大速比高精密减速器传动误差测试实验台的测试系统的工作原理。

当所述输出轴1转动时，带动所述测量试块2同步转动。因此测量试块2转过的角度可准确反映被测减速器输出端的转角。在测量的初始位置，用三坐标测量仪3的探头分别在测量试块2的同一测量平面上测取两个测点A₀和B₀的坐标，两点的连线在测量直角坐标系的xoz平面内的投影为A₀B₀。操作分度头7使被测减速器的输入轴转过一角度，进而带动测量试块同步转动后进入下一个测量位置，用三坐标测量仪3的探头分别在测量试块2的该测量位置下的同一测量平面上测取两个测点A₁和B₁的坐标，两点的连线在测量直角坐标系的xoz平面内的投影为A₁B₁，直线A₁B₁与A₀B₀的夹角即为被测减速器输出端转过的角度。以此类推，可测量被测减速器在任一位置n时的输出端转角。

本发明大速比高精密减速器传动误差测试方法，时采用上述大速比高精密减速器传动误差测试实验台，其中，所述测量试块的侧棱长为8～15mm，边长为120～250mm，所述测量试块2的侧面均为测量平面，将测试过程中三坐标测量仪采集数据点的测量平面定义为当前测量平面，其测试步骤如下：

步骤一：以被测减速器的回转轴线和其输出端的端面的交点为坐标原点建立一测量直角坐标系，其中，x轴为水平方向，y轴与被测减速器回转轴线重合；并对三坐标测量仪(3)的测量参数进行初始化；

步骤二：确定被测减速器的测量初始位置后，夹紧分度头，用三坐标测量仪测量在测量试块的同一测量平面即所述测量试块当前测量平面上尽量远端的两个测点A₀和B₀的坐标，并采用公式(1)计算被测减速器输出端的初始相位角θ₀：

${\mathrm{\θ}}_0=arctan\left(\frac{z_0^{B_0}-z_0^{A_0}}{x_0^{B_0}-x_0^{A_0}}\right)---\left(1\right)$

公式(1)中，和分别表示初始位置时，测点A₀在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示初始位置时，测点B₀在测量坐标系下的x和z轴坐标；

步骤三：操作分度头，即松开分度头，转动分度头的摇把，使被测减速器的输入轴转过一角度θ_in，进而带动测量试块进入下一个测量位置，夹紧分度头。用三坐标测量仪测量该测量试块在该测量位置下的当前测量平面上尽量远端地测取两个测点A_n和B_n的坐标，并采用公式(2)计算被测减速器在该测量位置时的回转传动误差；

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{in}}{N}-\[arctan\left(\frac{z_n^{B_n}-z_n^{A_n}}{x_n^{B_n}-x_n^{A_n}}\right)-{\mathrm{\θ}}_0\],(n=1,2,3...)---\left(2\right)$

公式(2)中，和分别表示第n个测量位置时，测点A_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示第n个测量位置时，测点B_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，θ₀为被测减速器输出端的初始相位角，被测减速器输入端的转角θ_in直接由分度头读出，N为被测减速器的传动比；

步骤四：以此类推，重复步骤三，直到测量试块旋转360度为止。

值得提出的是，若三坐标测量仪的探头始终跟踪同一测量平面，会造成操作困难，因此，在上述整个测量过程中，确定当前测量平面的条件是：该测量平面与测量直角坐标系的x轴的夹角满足其中，k表示测量试块(2)的棱边数量，且k＝4,5,6。例如：测量试块为正四棱柱时，k＝4，测量试块上与测量直角坐标系的x轴的夹角满足条件的平面即为当前测量平面。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种大速比高精密减速器传动误差测试实验台，由输入轴旋转装置、机架(5)和测量系统组成；其特征在于：

所述输入轴旋转装置由分度头(7)和过渡轴(6)组成；所述过渡轴(6)的一端与被测减速器(4)的输入轴键连接；所述过渡轴(6)的另一端为球头，并夹紧于分度头(7)的三爪卡盘上；

所述测量系统由输出轴(1)、测量试块(2)和三坐标测量仪(3)组成，所述机架(5)和所述分度头(7)均固定在三坐标测量仪(3)的工作台上；所述机架(5)上设有连接法兰；所述被测减速器(4)为一种大速比高精密减速器，所述被测减速器(4)通过所述连接法兰固定在机架(5)上；

所述输出轴(1)的一端与被测减速器(4)的输出端连接，所述测量试块(2)通过键连接固定在所述输出轴(1)的另一端；所述测量试块(2)的形状选自于正四棱柱、正五棱柱和正六棱柱中的一种，所述测量试块(2)的加工精度等同于3级块规的精度。

2.一种大速比高精密减速器传动误差测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述大速比高精密减速器传动误差测试实验台，其中，所述测量试块的侧棱长为8～15mm，边长为120～250mm，所述测量试块(2)的侧面均为测量平面，将测试过程中三坐标测量仪采集数据点的测量平面定义为当前测量平面，该测试方法包括以下步骤：

步骤一：以被测减速器的回转轴线和其输出端的端面的交点为坐标原点建立一测量直角坐标系，其中，x轴为水平方向，y轴与被测减速器的回转轴线重合，z轴为竖直方向；并对三坐标测量仪(3)的测量参数进行初始化；

步骤二：确定被测减速器的测量初始位置后，用三坐标测量仪测量所述测量试块当前测量平面上两个测点A₀和B₀的坐标，并采用公式(1)计算被测减速器输出端的初始相位角θ₀：

${\mathrm{\θ}}_0=arctan\left(\frac{z_0^{B_0}-z_0^{A_0}}{x_0^{B_0}-x_0^{A_0}}\right)---\left(1\right)$

公式(1)中，和分别表示初始位置时，测点A₀在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示初始位置时，测点B₀在测量坐标系下的x和z轴坐标；

步骤三：操作分度头使被测减速器的输入轴转过一角度θ_in，进而带动测量试块进入下一个测量位置，用三坐标测量仪测量该测量试块在该测量位置下的当前测量平面上两个测点A_n和B_n的坐标，并采用公式(2)计算被测减速器在该测量位置时的回转传动误差；

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_{in}}{N}-\[arctan\left(\frac{z_n^{B_n}-z_n^{A_n}}{x_n^{B_n}-x_n^{A_n}}\right)-{\mathrm{\θ}}_0\],(n=1,2,3...)---\left(2\right)$

公式(2)中，和分别表示第n个测量位置时，测点A_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，和分别表示第n个测量位置时，测点B_n在测量直角坐标系下的x和z轴坐标，θ₀为被测减速器输出端的初始相位角；式中N为被测减速器的传动比；

步骤四：以此类推，重复步骤三，直到测量试块旋转360度为止；

在上述整个测量过程中，确定当前测量平面的条件是：该测量平面与测量直角坐标系的x轴的夹角满足其中，k表示测量试块(2)的棱边数量，且k＝4,5,6。