CN109249186A - 一种精密减速器行星齿轮智能制造系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，属于机械加工领域。该系统包括行星齿轮加工设备、信息物理系统和物料系统；行星齿轮加工设备用于完成行星齿轮从毛坯件到生产成品工件的加工过程；信息物理系统用于对加工过程中的行星齿轮进行优化分析和智能控制；物料系统用于完成行星齿轮生产过程中工件及工装夹具的自动供给和装卸。本发明对行星齿轮的生产流程进行优化分析并减少资源的浪费，降低操作人员的劳动量，提升行星齿轮的生产品质和效率，实现了精密减速器行星齿轮的智能制造。

Description

一种精密减速器行星齿轮智能制造系统

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种精密减速器行星齿轮智能制造系统。

背景技术

行星齿轮传动具有质量小，体积小，传动比大，承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，不仅适用于高速、大功率，而且可用于低速，大转矩的机械传动装置上。因此，行星齿轮传动运输、工程机械、汽车、船舶和航空等行业均得到了广泛的应用。

行星齿轮的加工质量、生产效率直接关系着减速器产品的性能与利润，而目前国内减速器零部件的加工设备落后，环境简陋，大多依然采用传统的人工作业。零部件生产过程中，由于工序多、工艺落后以及设备布置不合理，导致工序间缺乏必要的衔接，加工品质难以保证。零部件的运输、加工以及装卸环节大多需要人的参与，零件的加工质量与稳定性低，精密的部件生产过程中对工人的技艺水平要求高，用人成本也随即增大。由此可见，目前大多数生产线的生产方式，已经不能满足社会生产的需要。本条智能制造生产线通过工况在线感知、智能决策与控制、设备自律执行的封闭循环过程，生产流通过程无需人为参与，充分利用装备的性能，提高精密减速器行星齿轮的生产品质和效率。

RV减速器作为工业机器人关节的高精密减速传动装置，对工业机器人国产化具有重要影响。RV减速器的主要特点是结构紧凑、传动比大、传动效率高、承载能力大而且刚度好，广泛应用于以机器人为代表的机电传动中。该传动为两级传动，第一级为渐开线行星齿轮传动；第二级为摆线针轮行星传动。由于该减速器同时啮合齿数较多，所以具有小型、轻量特点的同时，也具有高刚性、耐过载的特点。由于该减速的旋转振动和惯性很小，所以具有良好的加速性能，可实现平稳运转并保证正确的位置精度。在如今人工智能的浪潮下，社会对高性能减速器的需求与日俱增，因此智能制造生产线就显示出了卓越的优越性。

本生产线所述的信息物理系统是一个具有清晰架构和使用流程的技术体系，能够实现对数据进行收集、汇总、解析、排序、分析、预测、决策、分发的整个处理流程，能够对工业数据进行流水线式的实时分析能力，并且在分析过程中充分考虑机理逻辑、流程关系、活动目标、商业活动等特征和要求，因此是工业大数据分析中的智能化体系的核心。以信息物理系统为核心的智能化体系，正是根据工业大数据环境中的分析和决策要求所设计的。其特征主要体现在以下几个方面。智能的感知：从信息来源、采集方式和管理方式上保证了数据的质量和全面性，建立支持网络实体系统上层建筑的数据环境基础。数据到信息的转化：可以对数据进行特征提取、筛选、分类和优先级排列，保证了数据的可解读性。网络的融合：将机理、环境与群体有机结合，构建能够指导实体空间的网络环境，包括精确同步、关联建模、变化记录、分析预测等。自我的认知：将机理模型和数据驱动模型相结合，保证数据的解读符合客观的物理规律，并从机理上反映对象的状态变化。同时结合数据可视化工具和决策优化算法工具为用户提供面向其活动目标的决策支持。自由的配置：根据活动目标进行优化，进而通过执行优化后的决策实现价值的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，用于实现精密减速器行星齿轮的智能制造，对行星齿轮的生产流程进行优化分析并减少资源的浪费，降低操作人员的劳动量，提升行星齿轮的生产品质和效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，包括行星齿轮加工设备、信息物理系统和物料系统；

所述行星齿轮加工设备用于完成行星齿轮从毛坯件到生产成品工件的加工过程；

所述信息物理系统是一种多维度的智能技术体系，以大数据、网络与海量计算为依托，通过核心的智能感知、分析、挖掘、评估、预测、优化和协同等技术手段，将计算、通信和控制有机融合与深度协作，使得行星齿轮智能制造系统在加工设备时具有自省性、自我预测、自我比较和自我配置的能力，从而对加工过程中的行星齿轮进行优化分析和智能控制；

所述物料系统用于实现行星齿轮生产过程中工件及工装夹具的自动供给和装卸。

进一步，所述行星齿轮加工设备包括数控拉床、数控滚齿机床、数控车床、热处理设备、信息采集系统和视觉检测系统，用于完成行星齿轮的精密加工；

所述信息采集系统用于采集在线监测系统在生产过程中采集到的各项参数，并发送到大数据处理云端进行数据分析和优化；所述视觉检测系统用于检测行星齿轮智能制造生产线的成品工件品质，防止有缺陷的产品进入到物流存储以及商品配送的过程中。

进一步，所述信息采集系统由布置在生产线上的各类智能传感器、检测仪器以及工控机组成，实时监测生产过程中行星齿轮的工艺参数和各类设备的加工参数以及加工状态，发送到大数据处理云端进行数据分析和优化处理，通过无线网络发送到智能终端显示屏，及时反馈给位于车间生产控制室的工作人员，实现实时监控，尽早发现问题，预防损失进一步扩大。

进一步，所述视觉检测系统采用CCD光学视觉检测，由光源、高倍镜头和控制系统组成，通过机器视觉将生产的行星齿轮成品工件的特征转化为图像信号，依靠图像处理系统转化为数字化信号，进而发送到大数据处理云端进行数据分析，判别产品质量的优劣。

进一步，所述信息物理系统的架构包括三个层次的构建：

(1)感知层：是物理实体到信息世界的通道，a)用于通信的连接设备，包括各类高性能的传感器、RFID和无线网络，它们被部署到原料和数控机床等设备的关键部位，通过智能传感器来获得被检测对象的数据，如机械臂的位姿、移动速度、加工设备的状态参数，或者触发特定的生产工序需求；b)接收来自控制层所输出的控制指令，驱动执行器控制物理层动作；

所述传感器将物理世界中的所有实体连接到一个网络中，形成一个基于行星齿轮生产车间的物联网；通过网络将物理世界所有实体的各种数据，包括实时数据和非实时数据按照工业以太网的Profinet协议的标准完成通信，传输到信息层；

(2)信息层：信息层是一个中心层，包括大数据平台、智能计算和镜像层；融合了所有精密减速器行星齿轮加工生产周期所需资源及环境的数据，实现数据信息化，分析数据相关性；

所述大数据平台用于接收从信息层传输过来的实时或者非实时数据，实现大数据融合和信息化；所述智能计算是利用大数据分析和挖掘技术，实现大数据分析流程和数据相关性解析，生成知识；所述镜像层通过知识重构建立数字孪生模型，在信息世界中呈现物理实体的镜像来更好认识物理世界，更好地实现决策支持；

(3)控制层：控制层是一个核心层，通过在信息世界中的物理世界的镜像实现对行星齿轮生产全流程的智能控制与决策；控制中心对采集到的工件加工信息、设备运行状态信息进行处理并反馈于主控室的显示屏，实时监控生产线的生产运行状况。

进一步，所述RFID是一种非接触式的自动识别系统，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据；所述行星齿轮智能制造系统中，给进入生产流程的行星齿轮工件安装RFID标签，工业机器人安装有RFID感应设备，通过读取工件的RFID标签，识别工件的加工工艺和位置参数，实现在物流仓储和机床加工环节之间的自动加工和流通。

进一步，所述物料系统包括AGV智能搬运小车、工业机械臂和传送带；所述工业机械臂和传送带用于完成工序间行星齿轮工件的自动传送；所述AGV智能搬运小车用于完成行星齿轮物料生产过程中的调运和存储工作。

进一步，所述的AGV智能搬运小车由信息物理系统实现指令控制和调运，优化行进路径和协调任务分配，在AGV智能搬运小车需要判别转向信息的路径上设置有RFID感应标签，通过安装在AGV智能搬运小车底部的RFID感应设备来识别AGV智能搬运小车路径上的RFID感应标签，从而获得小车行进的信息和执行的任务。

本发明的有益效果在于：本发明提供的一种行星齿轮智能制造生产线，通过工况在线感知、智能决策与控制、设备自律执行的封闭循环过程，充分利用装备的性能，实现行星齿轮生产过程工艺设计的智能化、知识化，传感检测的信息化、实时化，控制执行的柔性化、自动化。以此提高精密减速器行星齿轮的生产品质和效率，实现行星齿轮的智能制造。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述的信息物理系统架构图；

图2为本发明所述系统的生产线的俯视图；

图中标记：1-AGV运输小车；2-贮料装置；3-AGV移动小车；4-工序识别设备；5-数控加工中心；6-数控拉床；7-机械臂；8-视检设备Ⅰ；9-数控滚齿机床；10-数控加工中心；11-挤齿机床；12-磨齿机床；13-挤齿机床；14-清洗机；15-剃齿机床；16-清洗机；17-视检设备Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明所述一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，包含了信息物理系统、行星齿轮加工设备和物料系统。行星齿轮加工设备完成行星齿轮从毛坯件到成品工件的加工过程；信息物理系统作为一种多维度的智能技术体系，以大数据、网络与海量计算为依托，通过核心的智能感知、分析、挖掘、评估、预测、优化、协同等技术手段，将计算、通信、控制有机融合与深度协作，使得行星齿轮生产线加工设备具有自省性、自我预测、自我比较和自我配置的能力，从而对加工过程中的行星齿轮进行优化分析和智能控制；物料系统所提供的智能AGV搬运小车能实现毛坯件和成品工件自动化、高效化的物流仓储，工业机械臂等传送系统用于加工工件的自动上下料、自动传送。

如图1所示的信息物理系统是精密减速器行星齿轮智能制造生产线的核心部分，它的应用涉及生产线的始终。构建智能化生产系统对生产线的规划设计、实时监测与控制优化等有迫切的需求，而基于信息物理系统构建的生产线具有感知、通信、计算、控制、优化等方面的能力，实现行星齿轮的智能制造，以此提高精密减速器行星齿轮的生产品质和效率。

信息物理系统架构包括三个层次的构建：

(1)感知层：感知层是物理实体到信息世界的通道，用以通信的连接设备有各类高性能的传感器、RFID、无线网络，它们被部署到原料、数控机床等设备的关键部位。通过智能传感器来获得被检测对象的数据，如机械臂的位姿、移动速度、加工设备的状态参数，或者触发特定的生产工序需求；再者接收来自控制层所输出的控制指令，驱动执行器控制物理层动作。传感器设备将物理世界中的所有实体连接到一个网络中，形成一个基于行星齿轮生产车间的物联网。通过网络将物理世界所有实体的各种数据，包括实时数据和非实时数据按照工业以太网的Profinet协议的标准完成通信，传输到信息层。

(2)信息层：信息层是一个中心层，它融合了所有精密减速器行星齿轮加工生产周期所需资源及环境的数据，实现数据信息化，分析数据相关性。信息层分为大数据平台、智能计算和镜像三个部分。大数据平台主要功能是接收从通信层传输过来的实时或者非实时数据，实现大数据融合和信息化。智能计算则利用大数据分析和挖掘技术，实现大数据分析流程和数据相关性解析，生成知识。镜像层则通过知识重构建立数字孪生模型，在信息世界中呈现物理实体的镜像来更好认识物理世界，更好地实现决策支持。

(3)控制层：控制层是一个核心层，通过在信息世界中的物理世界的镜像实现对行星齿轮生产全流程的智能控制与决策。控制中心对采集到的工件加工信息、设备运行状态信息进行处理并反馈于主控室的显示屏，实时监控生产线的生产运行状况。最终实现对生产线的产品质量监控、生产计划调整、设备保养维修、生产配置优化和物流路线规划的智能决策与控制。

如图2所示的生产线俯视图，包括：制造设备、物料传送和运输设备。精密行星齿轮加工制造设备包含了工序识别设备4、数控拉床6、视检设备8、数控滚齿机床9、数控加工中心5和10、挤齿机11、磨齿机床12、清洗机14、剃齿机15。

在生产制造设备中，数控加工中心5完成行星齿轮毛坯的粗车加工；数控拉床6加工花键，加工时所采用的拉刀为复合拉刀，即内孔与花键一起拉削出来，从而保证同心度；数控滚齿机床9完成行星齿轮齿形的加工；数控加工中心10完成齿轮毛坯件的精加工；挤齿机床11和13完成工件的深加工；磨齿机床12精密磨削齿轮端面；清洗机14和16进行工件清洗工作；剃齿机床15精密加工齿面。

根据生产加工工序的需求，如图2所示生产线布局采用Z字形布置方式，能适应定型且有限的厂房，合理高效的利用厂房空间。

本发明中，AGV运输小车1将行星齿轮毛坯从左侧入口运入，放置于贮料装置2处，机械臂自动识别，完成工件的上下料。

工序识别设备4通过识别工件上的FRID标签，自动为其分配后序的加工工序，并记录加工信息。

视觉检测设备8和17为CCD光学视觉检测，由光源、高倍镜头、控制系统组成，通过机器视觉将生产的行星齿轮成品工件的特征转化为图像信号，依靠图像处理系统转化为数字化信号，进而发送到大数据处理云端进行数据分析，判别产品质量的优劣，避免劣质工件在生产流程中的流通。

信息的采集由布置在生产线上的各类智能传感器、检测仪器以及工控机组成，实时监测生产过程中行星齿轮的工艺参数和各类设备的加工参数以及加工状态，发送到大数据处理云端进行数据分析和优化处理，通过无线网络发送到智能终端显示屏，及时反馈给位于车间生产控制室的工作人员，真正实现实时监控，尽早发现问题，预防损失进一步扩大。

物料系统包含了工业机械臂7、传送带和AGV智能搬运小车(包括AGV运输小车1和AGV移动小车3)。

工业机械臂7安装有RFID感应设备，通过读取工件的RFID标签，识别工件的加工工艺和位置参数，实现工件在物流仓储和机床加工环节之间的自动加工和流通。

物料系统用于实现行星齿轮生产过程中工件及工装夹具的自动供给和装卸，工业机械臂和传送带完成工序间行星齿轮工件的自动传送，AGV智能搬运小车1完成行星齿轮物料生产过程中的调运和存储工作，AGV移动小车3辅助机械臂完成工序间工件的传输与调运。

AGV智能搬运小车由信息物理系统实现指令控制和调运，优化行进路径和协调任务分配，主要用于齿轮毛坯和工件加工流程过程中的自动化运输以及成品工件的自动化物流仓储，在AGV搬运小车需要判别转向信息的路径上设置有RFID感应标签，通过安装在AGV搬运小车底部的RFID感应设备来识别AGV搬运小车路径上的RFID感应标签，从而获得小车行进的信息和执行的任务。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，其特征在，该系统包括行星齿轮加工设备、信息物理系统和物料系统；

所述行星齿轮加工设备用于完成行星齿轮从毛坯件到生产成品工件的加工过程；

所述信息物理系统是一种多维度的智能技术体系，以大数据、网络与海量计算为依托，通过智能感知、分析、挖掘、评估、预测、优化和协同，将计算、通信和控制有机融合与深度协作，使得行星齿轮智能制造系统在加工设备时具有自省性、自我预测、自我比较和自我配置的能力，从而对加工过程中的行星齿轮进行优化分析和智能控制；

所述物料系统用于实现行星齿轮生产过程中工件及工装夹具的自动供给和装卸。

2.根据权利要求1所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述行星齿轮加工设备包括数控拉床、数控滚齿机床、数控车床、热处理设备、信息采集系统和视觉检测系统，用于完成行星齿轮的精密加工；

所述信息采集系统用于采集在线监测系统在生产过程中采集到的各项参数，并发送到大数据处理云端进行数据分析和优化；所述视觉检测系统用于检测行星齿轮智能制造生产线的成品工件品质，防止有缺陷的产品进入到物流存储以及商品配送的过程中。

3.根据权利要求2所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述信息采集系统由布置在生产线上的各类智能传感器、检测仪器以及工控机组成，实时监测生产过程中行星齿轮的工艺参数和各类设备的加工参数以及加工状态，发送到大数据处理云端进行数据分析和优化处理，通过无线网络发送到智能终端显示屏，及时反馈给位于车间生产控制室的工作人员，实现实时监控。

4.根据权利要求2所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述视觉检测系统采用CCD光学视觉检测，由光源、高倍镜头和控制系统组成，通过机器视觉将生产的行星齿轮成品工件的特征转化为图像信号，依靠图像处理系统转化为数字化信号，进而发送到大数据处理云端进行数据分析，判别产品质量的优劣。

5.根据权利要求1所述的一种精密减速器行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述信息物理系统的架构包括三个层次的构建：

(1)感知层：是物理实体到信息世界的通道，a)用于通信的连接设备，包括传感器、RFID和无线网络，它们被部署到原料和数控机床的关键部位，通过传感器来获得被检测对象的数据；b)接收来自控制层所输出的控制指令，驱动执行器控制物理层动作；

所述传感器将物理世界中的所有实体连接到一个网络中，形成一个基于行星齿轮生产车间的物联网；通过网络将物理世界所有实体的各种数据，包括实时数据和非实时数据按照工业以太网的Profinet协议的标准完成通信，传输到信息层；

(2)信息层：信息层是一个中心层，包括大数据平台、智能计算和镜像层；

所述大数据平台用于接收从信息层传输过来的实时或者非实时数据，实现大数据融合和信息化；所述智能计算是利用大数据分析和挖掘技术，实现大数据分析流程和数据相关性解析，生成知识；所述镜像层通过知识重构建立数字孪生模型，在信息世界中呈现物理实体的镜像；

(3)控制层：控制层是一个核心层，通过在信息世界中的物理世界的镜像实现对行星齿轮生产全流程的智能控制与决策；控制中心对采集到的工件加工信息、设备运行状态信息进行处理并反馈于主控室的显示屏，实时监控生产线的生产运行状况。

6.根据权利要求3所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述RFID是一种非接触式的自动识别系统，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据；所述行星齿轮智能制造系统中，给进入生产流程的行星齿轮工件安装RFID标签，工业机器人安装有RFID感应设备，通过读取工件的RFID标签，识别工件的加工工艺和位置参数，实现在物流仓储和机床加工环节之间的自动加工和流通。

7.根据权利要求1所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述物料系统包括AGV智能搬运小车、工业机械臂和传送带；所述工业机械臂和传送带用于完成工序间行星齿轮工件的自动传送；所述AGV智能搬运小车用于完成行星齿轮物料生产过程中的调运和存储工作。

8.根据权利要求7所述的行星齿轮智能制造系统，其特征在于，所述的AGV智能搬运小车由信息物理系统实现指令控制和调运，优化行进路径和协调任务分配，在AGV智能搬运小车需要判别转向信息的路径上设置有RFID感应标签，通过安装在AGV智能搬运小车底部的RFID感应设备来识别AGV智能搬运小车路径上的RFID感应标签，从而获得小车行进的信息和执行的任务。