CN107255453B - 一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置及方法，包括工作平台、中心测量立柱、上顶尖单元、下顶尖单元和待测工件，其中，所述中心测量立柱设置在所述工作平台上，所述上顶尖单元通过上顶尖运动滑板与所述中心测量立柱连接，所述工作平台上设置有旋转摆缸单元用于固定所述下顶尖单元，所述待测工件通过所述上顶尖单元和下顶尖单元共同装卡定位，所述上顶尖运动滑板上设置有用于测量的错位式组合光幕传感器测量单元。本发明采用基于光幕传感器的非接触式轴径测量方法，无需进行机械结构调整，即可在一个测量装置上实现多规格偏心轴轴径的自动测量流程，满足工业生产中多规格偏心轴轴径测量需求。

Description

一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置及方法

技术领域

本发明属于减速器偏心轴测量技术领域，具体涉及一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置及方法。

背景技术

偏心轴作为工业机器人减速器的核心零部件，负责减速器的动力以及扭矩传输，其加工精度直接影响到减速器的传动精度和综合性能指标。因此，准确地测量出偏心轴轴径，及时分离出不合格工件，对减速器的生产、装配来说十分重要。

工业生产过程中，常用的轴径测量仪器有：游标卡尺、气动量仪、外径测量仪。

游标卡尺为传统轴径测量方法，其测量过程全部由人工操作完成，这会造成不同操作人员进行同样的测量流程，测量结果精度波动较大的情况。同时，采用游标卡尺测量存在测量力，有可能会划伤工件表面。而且采用游标卡尺进行轴径测量测量效率低，难以完成自动化测量流程，不适合应用在多规格大批量偏心轴轴径测量流程。

外径测量仪是一种接触式测量设备，其测量原理与游标卡尺相似。不同的是，外径测量仪采用两个红宝石球形测头代替游标卡尺的两个测量爪。外径测量仪能达到很高的测量精度，但是由于其测量是接触式测量，多次测量后红宝石球形测头的磨损对测量精度影响较大。其次，采用外径测量仪时，两红宝石球形测头必须在测量平面内分别贴紧工件外表面母线，且必须保证两宝石测头与工件接触的两测量点通过工件直径。由于偏心轴的心轴和偏轴的轴线不重合，对于同一规格大批量偏心轴工件，装夹完成后，偏轴轴线空间位置变化不定，在竖直平面上外径测量仪的两测头无法准确找到偏轴的直径位置。因此，不适宜采用外径测量仪来完成多规格大批量偏心轴轴径测量流程。

气动量仪是一种非接触式轴径测量设备，通过感知气压大小变化来测量工件截面相较于标准件的差值，其测量精度高，不存在测量力影响。但实际生产中，气动测量仪测量传感器与待测工件外表面间隙很小，造成气动测量仪的测量范围小，适合应用在单规格工件测量流程，不具有通用性。当采用气动测量仪测量偏心轴，测量不同规格的偏心轴需要对传感器位置进行相应的机械调整，测量效率低，而且还会引入较大的测量误差。因此，在多规格大批量偏心轴轴径测量流程中，不适合采用气动量仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置及方法，采用比较式测量法，在保证测量效率的前提下提高测量精度。

本发明采用以下技术方案：

一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置，包括工作平台、中心测量立柱、上顶尖单元、下顶尖单元和待测工件，其中，所述中心测量立柱设置在所述工作平台上，所述上顶尖单元通过上顶尖运动滑板与所述中心测量立柱连接，所述工作平台上设置有旋转摆缸单元用于固定所述下顶尖单元，所述待测工件通过所述上顶尖单元和下顶尖单元共同装卡定位，所述上顶尖运动滑板上设置有用于测量的错位式组合光幕传感器测量单元。

进一步的，所述错位式组合光幕传感器测量单元包括第一光幕传感器、第二光幕传感器和光幕传感器安装平板，所述第一光幕传感器通过加垫等高块固定安装在第一光幕传感器测头座板上，所述第二光幕传感器固定安装在第二光幕传感器测头座板上，所述第一光幕传感器测头座板与第二光幕传感器测头座板并排安装在所述光幕传感器安装平板上，所述光幕传感器安装平板安装在所述传感器运动滑板上。

进一步的，所述中心测量立柱上铺设有第二直线导轨，所述上顶尖运动滑板安装在所述第二直线导轨上，所述上顶尖运动滑板用于带动所述上顶尖单元沿所述第二直线导轨在竖直方向上运动，所述上顶尖运动滑板上铺设有第一直线导轨，所述第一直线导轨上设置有传感器运动滑板，所述错位式组合光幕传感器测量单元设置在所述传感器运动滑板上，用于带动所述错位式组合光幕传感器测量单元沿所述第一直线导轨在竖直方向上运动。

进一步的，所述上顶尖运动滑板上安装有光栅尺，所述光栅尺的读数头安装在所述传感器运动滑板上，用于得到所述错位式组合光幕传感器测量单元在所述第一直线导轨上的物理位置。

进一步的，所述旋转摆缸单元固定安装在所述工作平台上，所述旋转摆缸单元用于带动所述下顶尖单元完成90°往返旋转运动。

一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置的方法，包括以下步骤：

S1、测量开始时，将错位式组合光幕传感器测量单元和上顶尖单元设置在上限位位置，待测工件放置在下顶尖单元上后，上顶尖单元向下运动装卡所述待测工件；

S2、选用与待测工件型号匹配的标准件，按照步骤S1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺的反馈值，确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移，分别记录光幕传感器的读数，确定测量平面；

S3、步骤S2完成后，将待测工件按照步骤S1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺的反馈值，确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移，分别记录光幕传感器的读数，确定测量平面；

S4、采用比较式测量法，确定待测工件截面尺寸D如下：

D＝d0+OUT1_标准件-OUT1_待测工件+OUT2_标准件-OUT2_待测工件

其中，d0为标准件截面尺寸，OUT1_标准件为标准件在第一光幕传感器的读数，OUT1_待测工件为待测工件在第一光幕传感器的读数，OUT2_标准件为标准件在第二光幕传感器的读数，OUT2_待测工件为待测工件在第二光幕传感器的读数。

进一步的，步骤S2具体如下：

S21、错位式组合光幕传感器测量单元运动向下运动，使第一光幕传感器测量光幕运动到标准件待测截面的测量平面时，记录第一光幕传感器的读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置；

S22、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕到达标准件待测截面的测量平面，记录第二光幕传感器读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置；

S23、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时，第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面，即标准件待测截面的测量平面。

进一步的，步骤S3具体为：

S31、错位式组合光幕传感器测量单元向下运动，使第一光幕传感器测量光幕运动到待测工件待测截面的测量平面时，记录第一光幕传感器的读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置；

S33、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕到达待测工件待测截面的测量平面，记录第二光幕传感器读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置；

S32、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时，第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面，即为待测工件待测截面的测量平面。

进一步的，在下顶尖单元上安装标定球，确定错位式组合光幕传感器测量单元运动时，第一光幕传感器测量光幕和第二光幕传感器测量光幕不被所述标定球完全遮挡，通过错位式组合光幕法向间距测量实验确定两光幕的法向间距H，所述错位式组合光幕法向间距测量实验的步骤如下：

S5、将上顶尖运动单元和错位式组合光幕传感器测量单元运动至上限位，将标定球安装在下顶尖单元上；

S6、错位式组合光幕传感器测量单元开始向下运动，当第一光幕传感器测量光幕与标定球球面相交时，记录第一光幕传感器的测量值O1、第二光幕传感器的测量值O2、光栅尺的反馈值LEF；

S7、当第二光幕传感器测量光幕逐渐离开标定球球面，与所述标定球球面不相交时，错位式组合光幕传感器测量单元停止运动，结束实验。

进一步的，所述法向间距H如下：

H＝(LEF2-LEF1)×RP

其中，RP表示光栅尺的系统分辨率，RP＝0.1μm，LEF1表示第一光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值，LEF2表示第二光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提出了一种高精度工业机器人关节减速器偏心轴轴径自动测量装置，在上顶尖运动滑板上分别设置上顶尖单元和错位式组合光幕传感器测量单元，在旋转摆缸单元上设置下顶尖单元，通过上下顶尖单元共同对待测工件进行装卡定位，采用基于光幕传感器的非接触式轴径测量方法，无需进行机械结构调整，即可在一个测量装置上实现多规格偏心轴轴径的自动测量流程，满足工业生产中多规格偏心轴轴径测量需求。

进一步的，错位式组合光幕传感器测量单元采用两个光幕传感器进行组合测量，测量范围为0—58mm，克服了单光幕传感器测量范围不足(测量范围为0--30mm，无法测量轴径大于30mm偏心轴)的缺点，同时也避免了共面式组合光幕传感器测量单元无法测量轴径小于42mm偏心轴的弊端。

进一步的，测量平台通过读取光栅尺的反馈值来确定错位式组合光幕传感器单元在第一运动导轨上的物理位置，从而间接确定第一光幕传感器测量光幕和第二光幕传感器测量光幕到待测截面的距离。根据上述距离，错位式组合光幕传感器单元运动相应位移，即可使第一光幕传感器测量光幕和第二光幕传感器测量光幕分别到达待测截面测量平面。

进一步的，完成上述错位式组合光幕传感器测量单元自上而下运动测量流程后，旋转摆缸单元带动下顶尖单元旋转90°，待测工件在下顶尖单元的带动下相应的旋转90°。接着，错位式组合光幕传感器测量单元开始自下而上进行测量，其测量流程与自上而下的测量流程相同。工件待测截面测量值为自上而下测量值与自下而上测量值的平均值，通过在待测工件同一个截面上测量两个相互垂直位置的直径，提高了测量值得准确性。

本发明还公开了一种高精度工业机器人关节减速器偏心轴轴径自动测量方法，分别对标准件和待测工件进行测量，分别确定测量平面后，采用比较式测量法，在保证测量效率的前提下提高测量精度。

进一步的，通过错位式组合光幕法向间距测量实验，可以准确测量出第一光幕传感器测量光幕与第二光幕传感器测量光幕的法向间距，在双光幕组合边缘扫描测量法中，当第一光幕传感器测量光幕到达待测截面测量平面位置进行测量后，错位式组合光幕传感器测量单元只需保证向下运动位移为上述法向间距，即可使第二幕传感器测量光幕到达待测截面测量平面位置。由此，第一光幕传感器测量光幕与第二光幕传感器测量光幕分别通过相同的截面位置，即待测截面测量平面位置，此时，错位式组合光幕传感器测量单元的测量过程满足轴径测量原理，其测量值准确可靠。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明光幕传感器测量原理图；

图2为本发明两测量光幕共面式布置示意图；

图3为本发明错位式组合光幕传感器测量单元示意图；

图4为本发明错位式组合光幕传感器测量单元俯视图；

图5为本发明工业机器人关节减速器偏心轴自动测量装置示意图；

图6为本发明第一光幕传感器进行测量示意图；

图7为本发明第二光幕传感器进行测量示意图；

图8为本发明错位式组合光幕法向间距测量实验示意图；

图9为本发明第一光幕传感器的测量原理图。

其中：1.工作平台；2.中心测量立柱；3.传感器运动滑板；4.光栅尺；5.第一直线导轨；6.上顶尖运动滑板；7.第二直线导轨；8.旋转摆缸；9.下顶尖单元；10.待测工件；11.错位式组合光幕传感器测量单元；12.上顶尖单元；13.第一光幕传感器；14.第一光幕传感器测量光幕；15.第二光幕传感器；16.第二光幕传感器测量光幕；17.等高块；18.第一光幕传感器测头座板；19.第二光幕传感器测头座板；20.光幕传感器安装平板；21.标定球；22.发射器；23.光幕传感器测头座板；24.接收器；25.测量光幕；26.第一透射测量光幕；27.第二透射测量光幕。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

光幕传感器的结构如图1所示，其测量原理为：发射器22发射的测量光幕25照射到待测工件10外表面，经待测工件10遮挡后，产生的第一透射测量光幕26和第二透射测量光幕27被接收器24所接收；发射器22发射的测量光幕25的有效测量宽度为D0，光幕传感器自动求取第一透射测量光幕26和第二透射测量光幕27的宽度D1、D2。

通过下列公式(1)即可求得待测工件10的轴径d：

d＝D0-(D1+D2) (2)

由于光幕传感器测量光幕的有效测量宽度D0＝30mm，使用单个光幕传感器测量轴径大于30mm的偏心轴时，测量光幕将会被待测工件完全遮挡，无法产生透射光幕。因此，单个光幕传感器无法完成轴径大于30mm的偏心轴轴径测量流程。

请参阅图2，本发明测量装置采用两个光幕传感器进行偏心轴轴径组合测量，当两个传感器采用图2所示的两测量光幕共面式布置时，由于光幕传感器外型尺寸较大，第一光幕传感器测量光幕14与第二光幕传感器测量光幕16间有纵向间隙g＝42mm，两测量光幕之间形成一个宽度为42mm的光幕盲区。此时，将无法测量轴径小于42mm的偏心轴。因此，两测量光幕共面式布置不满足小规格偏心轴轴径测量要求。

为了实现多规格工业机器人关节减速器偏心轴轴径的测量流程，结合上述组合光幕传感器测量单元11的技术方案，本发明提出了一种高精度工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置，其具体技术方案如下：

如图5所示，一种高精度工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置，包括工作平台1，工作平台1上安装有中心测量立柱2，在中心测量立柱2上铺设有第二直线导轨7，上顶尖运动滑板6安装在第二直线导轨7上，上顶尖单元12固定安装在上顶尖运动滑板6上，上顶尖运动滑板6可以带动上顶尖单元12沿着第二直线导轨7在竖直方向上运动；上顶尖运动滑板6上铺设有第一直线导轨5，传感器运动滑板3安装在第一直线导轨5上，错位式组合光幕传感器测量单元11固定安装在传感器运动滑板3上，传感器运动滑板3可以带动错位式组合光幕传感器测量单元11沿着第一直线导轨5在竖直方向上运动；上顶尖运动滑板6上安装有光栅尺4，光栅尺4的读数头安装在传感器运动滑板3上，光栅尺4的反馈值为错位式组合光幕传感器测量单元11在第一直线导轨5上的物理位置；旋转摆缸单元8固定安装在工作平台1上，下顶尖单元9固定安装在旋转摆缸单元8上，旋转摆缸单元8可以带动下顶尖单元9完成90°往返旋转运动；待测工件10由上顶尖单元12和下顶尖单元9共同装卡定位。

针对两测量光幕共面式布置测量方案的不足，本发明采用如图3所示的错位式组合光幕传感器测量单元11来完成目标偏心轴轴径的测量流程，具体如下：

第一光幕传感器13通过加垫等高块17固定安装在第一光幕传感器测头座板18上；第二光幕传感器15固定安装在第二光幕传感器测头座板19上；第一光幕传感器测头座板18与第二光幕传感器测头座板19并排安装在光幕传感器安装平板20上，保证第一光幕传感器测量光幕14与第二光幕传感器测量光幕16平行，并且两测量光幕法向间距H＝40mm(此处H＝40mm为设计安装尺寸，H的准确值将在后续的错位式组合光幕法向间距H测量实验中求得)；光幕传感器安装平板20安装在传感器运动滑板3上，形成如图3所示的错位式组合光幕传感器测量单元11。组合光幕传感器测量单元11的俯视图中，如图4所示，第一光幕传感器测量光幕14和第二光幕传感器测量光幕16有2mm的光幕重叠区。结合本发明后续提出的双光幕组合边缘扫描测量法，组合光幕传感器测量单元11即可实现轴径0～58mm范围内的偏心轴轴径的自动测量流程。

一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置的方法，采用基于错位式组合光幕传感器测量单元11的双光幕组合边缘扫描测量法来完成工业机器人关节减速器偏心轴轴径的自动测量流程；以一个截面为例，包括以下步骤：

S1、待测工件装卡定位：

待测工件与标准件两端心轴端面都加工有顶尖孔。测量开始时，错位式组合光幕传感器测量单元11和上顶尖单元12在上限位位置，待测工件10放置在下顶尖单元9上后，上顶尖单元12向下运动装卡工件，待测工件10在上下顶尖以及两端心轴端面顶尖孔的定位下完成装卡和定位。

S2、标准件标定阶段：

选用与待测工件型号匹配的标准件，标准件截面尺寸d0在计量室中测得；标准件按照步骤S1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元11由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺4的反馈值，以此来确定错位式组合光幕传感器测量单元11的运动位移；当错位式组合光幕传感器测量单元11运动指定位移使第一光幕传感器测量光幕14运动到待测截面的测量平面时，如图6所示，记录下第一光幕传感器13读数，记为OUT1_标准件；记此时错位式组合光幕传感器测量单元11在第一直线导轨5上的位置为标准件第一测量位置。接着，错位式组合光幕传感器测量单元11继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕16到达待测截面的测量平面，如图7所示，记录下第二光幕传感器15读数，记为OUT2_标准件；记此时错位式组合光幕传感器测量单元11在第一直线导轨5上的位置为标准件第二测量位置。由此，错位式组合光幕传感器测量单元11处于标准件第一测量位置时第一光幕传感器测量光幕14通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元11处于标准件第二测量位置时第二幕传感器测量光幕16通过的截面为同一截面，即为待测截面的测量平面。

S3、工件测量阶段：

完成标准件标定过程后(同一规格工件一个生产批次中只需进行一次标定)，将待测工件按照步骤1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元11由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺4的反馈值，以此来确定错位式组合光幕传感器测量单元11的运动位移；当错位式组合光幕传感器测量单元11运动指定位移使第一光幕传感器测量光幕14运动到待测截面的测量平面时，如图6所示，记录下第一光幕传感器13读数，记为OUT1_待测工件；记此时错位式组合光幕传感器测量单元11在第一直线导轨5上的位置为待测工件第一测量位置。接着，错位式组合光幕传感器测量单元11继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕16到达待测截面的测量平面，如图7所示，记录下第二光幕传感器15读数，记为OUT2_待测工件；记此时错位式组合光幕传感器测量单元11在第一直线导轨5上的位置为待测工件第二测量位置。由此，错位式组合光幕传感器测量单元11处于待测工件第一测量位置时第一光幕传感器测量光幕14通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元11处于待测工件第二测量位置时第二幕传感器测量光幕16通过的截面为同一截面，即为待测截面的测量平面。

S4、待测工件轴径计算阶段：

采用比较式测量法，待测工件截面尺寸可以通过公式(2)求得：

D＝d0+OUT1_标准件-OUT1_待测工件+OUT2_标准件-OUT2_待测工件 (2)

其中，d0为标准件截面尺寸，OUT1_标准件为标准件在第一光幕传感器的读数，OUT1_待测工件为待测工件在第一光幕传感器的读数，OUT2_标准件为标准件在第二光幕传感器的读数，OUT2_待测工件为待测工件在第二光幕传感器的读数。

多个规格工件的多段轴径可以采用上述过程分别进行测量。

错位式组合光幕法向间距H测量实验：

要准确测量出偏心轴直径，必须保证错位式组合光幕传感器测量单元11在偏心轴同一个截面的两次测量读数时，第一光幕传感器测量光幕14和第二光幕传感器测量光幕16运动到达相同的截面位置。因此，必须准确地测量出两光幕的法向间距H。本发明通过错位式组合光幕法向间距测量实验来求得两光幕的法向间距H，实验装置图如图所示。

错位式组合光幕法向间距测量实验技术方案：

如图8所示，将标定球21安装在下顶尖单元9上，调整标定球21的位置，保证错位式组合光幕传感器测量单元11运动时，第一光幕传感器测量光幕14和第二光幕传感器测量光幕16不被标定球21完全遮挡。安装完毕后，开始进行测量实验。

S5、上顶尖运动单元12和错位式组合光幕传感器测量单元11运动至上限位，将标定球21安装在下顶尖单元9上；

S6、错位式组合光幕传感器测量单元11开始向下运动，当第一光幕传感器测量光幕14与标定球21球面相交时，开始记录并保存下第一光幕传感器13测量值O1、第二光幕传感器15的测量值O2、光栅尺4的反馈值LEF。

S7、当第二光幕传感器测量光幕16逐渐离开标定球21球面，不再与标定球21球面相交时，错位式组合光幕传感器测量单元11停止运动，结束实验。

数据处理：

以第一光幕传感器13测量过程为例，分析当标定球21球心到第一光幕传感器测量光幕14距离h发生变化时，第一光幕传感器13测量值O1随之变化的关系。如图9所示，点T(0，R)为标定球21的上端点，点B(0，R)为标定球21的下端点，L₁L₂为第一光幕传感器测量光幕14，线段L₁L₂的长度即为第一光幕传感器测量光幕14的宽度；当L₁L₂到标定球21球心o的距离为h时，标定球21遮挡的第一光幕传感器测量光幕14的宽度为L₁S，透过的光幕宽度L₂S，其中L₂S即为第一光幕传感器13的测量值O1，O1可以通过公式(3)求得：

其中，L₁L₂为已知值，L₁So为恒定值。

基于公式(3)，当第一光幕传感器测量光幕14通过标定球21的球心时，h＝0，O1有最小值，记下此时光栅尺4反馈值，记为LEF1；同理，当第二光幕传感器测量光幕16通过标定球21的球心时，h＝0，此时O2有最小值，记下此时光栅尺4反馈值，记为LEF2；O1和O2取最小值时，第一光幕传感器测量光幕14与第二光幕传感器测量光幕16到达了相同的截面测量位置，基于错位式组合光幕传感器测量单元11的双光幕组合边缘扫描测量方法满足轴径测量条件。光栅尺4两次反馈值的差值即为错位式组合光幕传感器测量单元11经由位置1运动至位置2的位移，错位式组合光幕法向间距H就可以通过公式(4)求得：

H＝(LEF2-LEF1)×RP (4)

其中，RP为光栅尺4的系统分辨率，本实验中RP＝0.1μm。

通过实验求得第一光幕传感器测量光幕14与第二光幕传感器测量光幕16的法向间距H＝39.860mm。因此，采用双光幕组合边缘扫描测量法测量偏心轴某一截面时，通过实时读取光栅尺4的反馈值来保证错位式组合光幕传感器测量单元11由测量位置1到测量位置2的运动位移为39.860mm，就可以保证两次测量读数时第一光幕传感器测量光幕14和第二光幕传感器16通过待测截面相同的测量平面。此时，双光幕组合边缘扫描测量法满足轴径测量条件。

请参阅图9，为第一光幕传感器测量光幕14和标定球21在平行于竖直平面且通过标定球21球心的平面上的投影图，投影方向为第一光幕传感器测量光幕14的照射方向，建立如图9所示的直角坐标系YOZ，图中点O(0,0)为标定球21的球心，点T(0，R)为标定球21上顶点，点B(0，-R)为标定球21下顶点，L1L2为第一光幕传感器测量光幕14，L1S1为第一光幕传感器测量光幕14被标定球21遮挡的光幕，S1L2为第一光幕传感器测量光幕14的透射光幕。

本发明的应用实例中，待测对象为7个不同规格工业机器人关节减速器偏心轴工件，最小规格工件有最小轴径为12mm，最大规格工件有最大轴径为46mm，要求测量精度±1μm。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置，其特征在于，包括工作平台(1)、中心测量立柱(2)、上顶尖单元(12)、下顶尖单元(9)和待测工件(10)，其中，所述中心测量立柱(2)设置在所述工作平台(1)上，所述上顶尖单元(12)通过上顶尖运动滑板(6)与所述中心测量立柱(2)连接，所述中心测量立柱(2)上铺设有第二直线导轨(7)，所述上顶尖运动滑板(6)安装在所述第二直线导轨(7)上，所述上顶尖运动滑板(6)用于带动所述上顶尖单元(12)沿所述第二直线导轨(7)在竖直方向上运动，所述上顶尖运动滑板(6)上铺设有第一直线导轨(5)，所述第一直线导轨(5)上设置有传感器运动滑板(3)，所述上顶尖运动滑板(6)上安装有光栅尺(4)，所述光栅尺(4)的读数头安装在所述传感器运动滑板(3)上，用于得到错位式组合光幕传感器测量单元(11)在所述第一直线导轨(5)上的物理位置；

所述工作平台(1)上设置有旋转摆缸单元(8)用于固定所述下顶尖单元(9)，所述待测工件(10)通过所述上顶尖单元(12)和下顶尖单元(9)共同装卡定位，所述上顶尖运动滑板(6)上设置有用于测量的错位式组合光幕传感器测量单元(11)，所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)设置在所述传感器运动滑板(3)上，用于带动所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)沿所述第一直线导轨(5)在竖直方向上运动，所述错位式组合光幕传感器测量单元(11)包括第一光幕传感器(13)、第二光幕传感器(15)和光幕传感器安装平板(20)，所述第一光幕传感器(13)通过加垫等高块(17)固定安装在第一光幕传感器测头座板(18)上，所述第二光幕传感器(15)固定安装在第二光幕传感器测头座板(19)上，所述第一光幕传感器测头座板(18)与第二光幕传感器测头座板(19)并排安装在所述光幕传感器安装平板(20)上，所述光幕传感器安装平板(20)安装在所述传感器运动滑板(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人关节减速器偏心轴轴径测量装置，其特征在于：所述旋转摆缸单元(8)固定安装在所述工作平台(1)上，所述旋转摆缸单元(8)用于带动所述下顶尖单元(9)完成90°往返旋转运动。

3.一种利用权利要求1所述测量装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测量开始时，将错位式组合光幕传感器测量单元和上顶尖单元设置在上限位位置，待测工件放置在下顶尖单元上后，上顶尖单元向下运动装卡所述待测工件；

S2、选用与待测工件型号匹配的标准件，按照步骤S1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺的反馈值，确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移，分别记录光幕传感器的读数，确定标准件的测量平面；

S3、步骤S2完成后，将待测工件按照步骤S1装卡定位完毕后，错位式组合光幕传感器测量单元由初始位置开始向下运动，测量装置实时读取光栅尺的反馈值，确定错位式组合光幕传感器测量单元的运动位移，分别记录光幕传感器的读数，确定待测工件的测量平面；

S4、采用比较式测量法，确定待测工件截面尺寸D如下：

D＝d0+OUT1_标准件-OUT1_待测工件+OUT2_标准件-OUT2_待测工件

其中，d0为标准件截面尺寸，OUT1_标准件为标准件在第一光幕传感器的读数，OUT1_待测工件为待测工件在第一光幕传感器的读数，OUT2_标准件为标准件在第二光幕传感器的读数，OUT2_待测工件为待测工件在第二光幕传感器的读数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S2具体如下：

S21、错位式组合光幕传感器测量单元运动向下运动，使第一光幕传感器测量光幕运动到标准件待测截面的测量平面时，记录第一光幕传感器的读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置；

S22、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕到达标准件待测截面的测量平面，记录第二光幕传感器读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置；

S23、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时，第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面，即标准件待测截面的测量平面。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S31、错位式组合光幕传感器测量单元向下运动，使第一光幕传感器测量光幕运动到待测工件待测截面的测量平面时，记录第一光幕传感器的读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第一测量位置；

S32、错位式组合光幕传感器测量单元继续向下运动，运动位移为H，使第二光幕传感器测量光幕到达待测工件待测截面的测量平面，记录第二光幕传感器读数，得到错位式组合光幕传感器测量单元在第一直线导轨上的第二测量位置；

S33、错位式组合光幕传感器测量单元处于第一测量位置时，第一光幕传感器测量光幕通过的截面与错位式组合光幕传感器测量单元处于第二测量位置时第二幕传感器测量光幕通过的截面为同一截面，即为待测工件待测截面的测量平面。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在下顶尖单元上安装标定球，确定错位式组合光幕传感器测量单元运动时，第一光幕传感器测量光幕和第二光幕传感器测量光幕不被所述标定球完全遮挡，通过错位式组合光幕法向间距测量实验确定两光幕的法向间距H，所述错位式组合光幕法向间距测量实验的步骤如下：

S5、将上顶尖运动单元和错位式组合光幕传感器测量单元运动至上限位，将标定球安装在下顶尖单元上；

S6、错位式组合光幕传感器测量单元开始向下运动，当第一光幕传感器测量光幕与标定球球面相交时，记录第一光幕传感器的测量值O1、第二光幕传感器的测量值O2、光栅尺的反馈值LEF；

S7、当第二光幕传感器测量光幕逐渐离开标定球球面，与所述标定球球面不相交时，错位式组合光幕传感器测量单元停止运动，结束实验。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述法向间距H如下：

H＝(LEF2-LEF1)×RP

其中，RP表示光栅尺的系统分辨率，RP＝0.1μm，LEF1表示第一光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值，LEF2表示第二光幕传感器测量值为最小值时光栅尺的反馈值。