CN105258945A - 采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，采用自动磨合及平稳性测试系统实现，包含：S1、运动控制环节：根据运动参数和运行位置，控制伺服机构在运行位置范围内往复运动，对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合；S2、数据采集及分析环节：在自动齿轮磨合过程中，采集工作状态参数数据，处理后实时显示；S3、磨合参数及评价标准建立环节：进行伺服机构的运行平稳性定量检测，确定伺服机构传动链的磨合工艺参数，建立磨合合格的量化评价标准。本发明以最短时间、最小人力物力完成伺服机构传动链的自动磨合，以量化评价指标实现伺服机构平稳性检测，减少故障产品，降低过程返工率，提高批生产效率以及产品可靠性。

Description

采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性方法

技术领域

本发明涉及一种控制伺服机构运行平稳性的方法，具体是指一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，属于伺服机构装配和调试技术领域，特别适用于具有减速链的伺服机构。

背景技术

伺服机构完成结构件装配后，将二次配套件：伺服电机、测速机、电位器和陀螺装入伺服机构，完成机械装配；随后转入电气装配阶段，进行线缆绑扎、焊接和电路装配，形成完整的伺服控制系统。

如图1所示，目前伺服控制系统运行平稳性检测方法是：伺服控制系统在稳定回路下，通过送入固定雷达误差信号驱动伺服机构以恒定角速度运转，在伺服控制系统的两个十字交叉通道内分别记录全行程范围内正反转条件下的陀螺输出波形。以陀螺输出波形的波动幅度量化伺服控制系统运行的平稳性；同时以电位器输出幅度作为运行行程范围标定。

由于伺服控制系统对其运行平稳性提出了较高要求，因此往往需要将伺服控制系统返回伺服机构重新装配，从而以进行磨齿返工和间隙调整。

目前，大多采用人工方式进行伺服机构的跑合磨齿，依靠的是伺服机构装配人员的手感和经验来粗略判定。而随着生产批量的增加，纯手工磨齿的工作量很大，而且磨合标准不统一，不利于生产规模的扩大和产品一致性的提高。另外，在伺服机构返工磨齿时，不可避免的对已装机的伺服电机、测速机、电位器等旋转部件形成一定的磨损，降低了伺服控制系统的可靠性。并且，人工磨齿时伺服机构来回摆动对机械限位位置形成一定的冲击，对陀螺也产生了不小的损伤。

由此可见，以目前的技术对伺服控制系统进行平稳性检测，存在对二次配套件造成损伤、可执行性差及故障周期延后等不利因素和技术限制。

进一步，现有技术中对伺服机构运行平稳性进行检测，也可采用电器元件进行反馈控制，但是该方法需要对现行伺服控制系统进行改造，所存在的缺点是伺服控制系统复杂，造价昂贵，不利实现。

因而在不改变现行伺服控制系统的前提下，本发明提出一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，以最短的时间、最小的人力物力完成伺服机构传动链的自动磨合，并以量化评价指标实现伺服机构平稳性检测，减少故障产品进入正式生产流程，降低过程返工率，提高批生产效率以及产品可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，采用自动磨合及平稳性测试系统实现，具体包含以下步骤：

S1、运动控制环节：根据设定的运动参数和运行位置，控制伺服机构在运行位置范围内进行往复运动，对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合；

S2、数据采集及分析环节：在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，采集工作状态参数数据进行分析处理，并实时显示；

S3、磨合参数及评价标准建立环节：进行伺服机构的运行平稳性定量检测，确定伺服机构传动链的磨合工艺参数，建立磨合合格的量化评价标准。

所述的自动磨合及平稳性测试系统包含：无刷直流电机，其与伺服机构通过电路连接；伺服驱动器，其与所述的无刷直流电机通过电路连接；计算机，其与所述的伺服驱动器通过电路连接；电源，其与所述的伺服驱动器通过电路连接。

所述的无刷直流电机内设置有同轴传感元件。

所述的电源内设置有直流电源转换模块，将输入的交流电转化为直流电后提供工作电源。

所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、通过计算机输入设定的运动参数，并传输至伺服驱动器；所述的运动参数包含运动周期参数和运动速度参数；

S12、通过计算机的编码器将运行位置直接固化入伺服驱动器内；所述的运行位置包含运行起始位置和运行终点位置；

S13、伺服驱动器发出控制信号以控制无刷直流电机运转，对无刷直流电机的运动过程进行控制，以实现伺服机构在运行位置范围内进行往复运动，完成伺服机构传动链的自动齿轮磨合。

所述的S12中，具体包含以下步骤：

S121、伺服机构的两个齿轮磨合通道通过设置插销以锁定伺服机构，将无刷直流电机装入伺服机构所需的齿轮磨合通道，将计算机的编码器清零，将伺服机构的当前位置设定为机械零点位置；

S122、拔出插销，以机械零点位置为起点，将伺服机构运行摆至一侧极限位置以作为运行起始位置，再将伺服机构运行摆至另一侧极限位置以作为运行终点位置，从而确定伺服机构的运行幅度。

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，无刷直流电机内的同轴传感元件采集电流信号、电压信号以及电机运转状态信息，并传输至计算机；所述的电机运转状态信息包含电机运转速度以及电机位置；

S22、计算机的调理电路对采集到的信号数据进行处理，并通过显示器显示，实现对电机运转状态的控制和监控。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、对伺服机构的齿轮箱进行清洗，去除内部细小残留；

S32、伺服驱动器发出控制信号以控制无刷直流电机运转，以实现伺服机构在全行程范围的正反转；无刷直流电机内的同轴传感元件实时采集记录全行程范围内的电机电流消耗值，并传输至计算机；

S33、计算机判断在全行程范围内电机电流的波动值是否小于预先设定的电流检测标准值；如是，则执行S34；如否，则返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构的自动齿轮磨合；

S34、对伺服机构的整机进行检测，判断伺服机构是否满足整机要求；如是，则完成伺服机构的运行平稳性定量检测，并确定当前所采用的齿轮磨合的运动参数即为伺服机构传动链的磨合工艺参数，以及确定当前所采用的电流检测标准值即为评价齿轮磨合合格的量化评价标准；如否，则需要重新设定电流检测标准值，并且返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构的自动齿轮磨合。

与现有技术相比，本发明提供的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，具有以下优点和有益效果：

1、目标性明确：采用独立的运动控制和触摸显示屏，从而形成人机交换的运动控制，以电机自身传感器代替伺服机构控制系统，实现伺服机构的自动化磨合，及针对伺服机构进行独立检测，避免外界因素影响。

2、自动化程度高：本发明的运动控制和平稳性测试过程中，只涉及到简单的信号输入操作，无需复杂的控制系统和附加传感器，方便省时。

3、灵活性高：本发明可通过针对性的增减工装，来实现不同伺服机构的结构要求，进行自动磨合和检测。

4、可靠性高：本发明将测试性提前，有效避免了返工，保护了易损二次配套件，使伺服控制系统的可靠性得到提高。

附图说明

图1为现有技术中的伺服控制系统运行平稳性测试原理图；

图2为本发明中的自动磨合及平稳性测试系统的结构示意图；

图3为本发明中的自动磨合及平稳性测试系统的功能框图；

图4为本发明中的运动控制流程图；

图5为本发明中的数据采集及分析流程图；

图6为本发明中的磨合参数及评价标准建立流程图。

具体实施方式

以下结合图2～图6，详细说明本发明的一个优选实施例。

本发明提供的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，采用自动磨合及平稳性测试系统实现，完成伺服机构的自动齿轮磨合工序，并采用可量化评价标准来标定伺服机构的运行平稳性；如图3所示，具体包含以下步骤：

S1、运动控制环节：根据设定的运动参数和运行位置，控制伺服机构在运行位置范围内进行往复运动，对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合；

S2、数据采集及分析环节：在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，采集工作状态参数数据进行分析处理，并实时显示；

S3、磨合参数及评价标准建立环节：进行伺服机构的运行平稳性定量检测，确定伺服机构传动链的磨合工艺参数，建立磨合合格的量化评价标准。

如图2所示，所述的自动磨合及平稳性测试系统将伺服机构作为纯负载形成闭环控制系统，包含：无刷直流电机2，其与伺服机构1通过电路连接；伺服驱动器3，其与所述的无刷直流电机2通过电路连接；计算机4，其与所述的伺服驱动器3通过电路连接；电源，其与所述的伺服驱动器3通过电路连接。

所述的无刷直流电机2内设置有同轴传感元件21。

本发明中，由于采用了无刷直流电机2，因此可以满足自动磨合及平稳性测试系统使用寿命长的要求。在现有技术中所使用的控制电机的尺寸为Φ25mm×60mm，为了不影响其正常使用状态，本发明中替代所用的无刷直流电机的尺寸应小于或等于原控制电机的尺寸。

因此，本实施例中，选用Faulhaber的型号为2250S024BX4的无刷直流电机，其尺寸为Φ22mm×51.8mm，并通过增加安装一个外径Φ25的中空套筒工装，加装在无刷直流电机上以满足实际应用。并且，本实施例所选用的无刷直流电机内设置有同轴的模拟霍尔传感器，可用于速度、位置测量，从而形成自动磨合的闭环控制系统。

另外，本实施例中，选用Motec的型号为MBLD2406A0L的直流空心杯伺服驱动器作为伺服驱动，其集成了运动控制以及电机驱动的功能，通过Motionstarter软件调整控制参数，完成电流环，速度环及位置环的参数设计，并通过MotionPerfect进行控制软件编程。人机交互界面通过LabView软件编程，以进行运行参数输入和位置信息显示。

所述的电源内设置有直流电源转换模块51，将输入的220V交流电转化为直流电，以提供自动磨合及平稳性测试系统的工作电源。

本发明中，所述的伺服机构1是指完成结构件装配后的结构，其并不包含也并未安装所有相关的二次配套件：伺服电机、测速机、电位器、陀螺、线缆及电路。也就是说，本发明中仅仅采用伺服机构的传动机构参与自动齿轮磨合工序，由此能够避免二次配套件在自动齿轮磨合工序中的磨损消耗。

如图4所示，所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、通过计算机4的触摸显示屏形成的人机交互界面，输入设定的运动参数，并传输至伺服驱动器3；所述的运动参数包含运动周期参数和运动速度参数；

S12、通过计算机4的编码器将运行位置直接固化入伺服驱动器3内；所述的运行位置包含运行起始位置和运行终点位置；

S13、伺服驱动器3发出控制信号以控制无刷直流电机2运转，对无刷直流电机2的运动过程进行控制，以实现伺服机构1在运行位置范围内进行往复运动，完成伺服机构传动链的自动齿轮磨合。

所述的S12中，具体包含以下步骤：

S121、伺服机构1的两个齿轮磨合通道通过设置插销以锁定伺服机构1，将无刷直流电机2装入伺服机构1所需的齿轮磨合通道，将计算机4的编码器清零，将伺服机构1的当前位置设定为机械零点位置；

S122、拔出插销，以机械零点位置为起点，将伺服机构1运行摆至一侧极限位置以作为运行起始位置，再将伺服机构1运行摆至另一侧极限位置以作为运行终点位置，从而确定伺服机构1的运行幅度。

本实施例中，所述的S13中，伺服驱动器3发出的控制信号为正弦波输入，其幅值即为伺服机构1的运行幅度值，其频率采用定值0.5Hz。随后根据设定的运行周期参数以及运动速度参数，控制伺服机构1的传动链完成自动齿轮磨合。

如图5所示，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，无刷直流电机2内的同轴传感元件21采集电流信号、电压信号以及电机运转状态信息等的工作状态参数数据，并传输至计算机4；所述的电机运转状态信息包含电机运转速度以及电机位置；

S22、计算机4的调理电路对采集到的信号数据进行处理，并通过显示器显示，实现对电机运转状态的控制和监控。

如图6所示，所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、对伺服机构1的齿轮箱进行清洗，去除内部细小残留；

S32、伺服驱动器3发出控制信号以控制无刷直流电机2运转，以实现伺服机构1在全行程范围的正反转；无刷直流电机2内的同轴传感元件21实时采集记录全行程范围内的电机电流消耗值，并传输至计算机4；

S33、计算机4判断在全行程范围内电机电流的波动值是否小于预先设定的电流检测标准值；如是，则执行S34；如否，则返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构1的自动齿轮磨合；

S34、对伺服机构1的整机进行检测，即对伺服机构1在全行程范围内正反转运行时平台上陀螺输出峰值幅度及稳定性进行检测，判断伺服机构1是否满足整机要求；如是，则完成伺服机构的运行平稳性定量检测，从而确定当前所采用的齿轮磨合的运动参数即为伺服机构传动链的磨合工艺参数，以及确定当前所采用的电流检测标准值即为评价齿轮磨合合格的量化评价标准；如否，则需要重新设定电流检测标准值，并且返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构1的自动齿轮磨合。

本实施例中，所述的S32中，伺服驱动器3发出的控制信号为三角波输入，其幅值即为伺服机构1的运行幅度值，其频率采用定值0.5Hz，周期数为1，控制伺服机构1开始运行，并完成全行程范围内的正反转。在此过程中，通过无刷直流电机2内的同轴传感元件21实时采集记录全行程范围内的电机电流消耗值。随后通过计算机4判断全行程范围内电机电流的波动值是否小于预先设定的0.1A（电流检测标准值）；如是，则认为伺服机构运行平稳；如否，则需要返回S1，在重新设定运动参数后，继续进行齿轮磨合，直至测量结果满足小于电流检测标准值的条件。

与现有技术相比，本发明提供的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，具有以下优点和有益效果：

1、目标性明确：采用独立的运动控制和触摸显示屏，从而形成人机交换的运动控制，以电机自身传感器代替伺服机构控制系统，实现伺服机构的自动化磨合，及针对伺服机构进行独立检测，避免外界因素影响。

2、自动化程度高：本发明的运动控制和平稳性测试过程中，只涉及到简单的信号输入操作，无需复杂的控制系统和附加传感器，方便省时。

3、灵活性高：本发明可通过针对性的增减工装，来实现不同伺服机构的结构要求，进行自动磨合和检测。

4、可靠性高：本发明将测试性提前，有效避免了返工，保护了易损二次配套件，使伺服控制系统的可靠性得到提高。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，采用自动磨合及平稳性测试系统实现，其特征在于，包含：

S1、运动控制环节：根据设定的运动参数和运行位置，控制伺服机构在运行位置范围内进行往复运动，对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合；

S2、数据采集及分析环节：在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，采集工作状态参数数据进行分析处理，并实时显示；

S3、磨合参数及评价标准建立环节：进行伺服机构的运行平稳性定量检测，确定伺服机构传动链的磨合工艺参数，建立磨合合格的量化评价标准。

2.如权利要求1所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的自动磨合及平稳性测试系统包含：

无刷直流电机（2），其与伺服机构（1）通过电路连接；

伺服驱动器（3），其与所述的无刷直流电机（2）通过电路连接；

计算机（4），其与所述的伺服驱动器（3）通过电路连接；

电源，其与所述的伺服驱动器（3）通过电路连接。

3.如权利要求2所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的无刷直流电机（2）内设置有同轴传感元件（21）。

4.如权利要求2所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的电源内设置有直流电源转换模块（51），将输入的交流电转化为直流电后提供工作电源。

5.如权利要求3所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的S1中，具体包含以下步骤：

S11、通过计算机（4）输入设定的运动参数，并传输至伺服驱动器（3）；所述的运动参数包含运动周期参数和运动速度参数；

S12、通过计算机（4）的编码器将运行位置直接固化入伺服驱动器（3）内；所述的运行位置包含运行起始位置和运行终点位置；

S13、伺服驱动器（3）发出控制信号以控制无刷直流电机（2）运转，对无刷直流电机（2）的运动过程进行控制，以实现伺服机构（1）在运行位置范围内进行往复运动，完成伺服机构传动链的自动齿轮磨合。

6.如权利要求5所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的S12中，具体包含以下步骤：

S121、伺服机构（1）的两个齿轮磨合通道通过设置插销以锁定伺服机构（1），将无刷直流电机（2）装入伺服机构（1）所需的齿轮磨合通道，将计算机（4）的编码器清零，将伺服机构（1）的当前位置设定为机械零点位置；

S122、拔出插销，以机械零点位置为起点，将伺服机构（1）运行摆至一侧极限位置以作为运行起始位置，再将伺服机构（1）运行摆至另一侧极限位置以作为运行终点位置，从而确定伺服机构（1）的运行幅度。

7.如权利要求5所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、在对伺服机构传动链进行自动齿轮磨合的过程中，无刷直流电机（2）内的同轴传感元件（21）采集电流信号、电压信号以及电机运转状态信息，并传输至计算机（4）；所述的电机运转状态信息包含电机运转速度以及电机位置；

S22、计算机（4）的调理电路对采集到的信号数据进行处理，并通过显示器显示，实现对电机运转状态的控制和监控。

8.如权利要求7所述的采用自动齿轮磨齿技术量化控制伺服机构运行平稳性的方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、对伺服机构（1）的齿轮箱进行清洗，去除内部细小残留；

S32、伺服驱动器（3）发出控制信号以控制无刷直流电机（2）运转，以实现伺服机构（1）在全行程范围的正反转；无刷直流电机（2）内的同轴传感元件（21）实时采集记录全行程范围内的电机电流消耗值，并传输至计算机（4）；

S33、计算机（4）判断在全行程范围内电机电流的波动值是否小于预先设定的电流检测标准值；如是，则执行S34；如否，则返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构（1）的自动齿轮磨合；

S34、对伺服机构（1）的整机进行检测，判断伺服机构（1）是否满足整机要求；如是，则完成伺服机构的运行平稳性定量检测，并确定当前所采用的齿轮磨合的运动参数即为伺服机构传动链的磨合工艺参数，以及确定当前所采用的电流检测标准值即为评价齿轮磨合合格的量化评价标准；如否，则需要重新设定电流检测标准值，并且返回S1，重新设定齿轮磨合的运动参数，以进行参数优化，并继续进行伺服机构（1）的自动齿轮磨合。