CN115752344A - 一种rv减速器曲柄轴相位夹角的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，属于RV减速器设备检测技术领域。S1：对被测曲柄轴进行编号并获取该编号下曲柄轴的数据集；S2：对获取的数据集进行坐标变换，获得数据集对应的直角坐标系数据；S3：将获得的直角坐标系数据进行最小二乘法拟合，得到曲柄轴的半径和圆心坐标；S4：将步骤S3中得到的半径和圆心坐标，利用迭代算法获得曲柄轴的偏心距；S5：分别收集数据集的最大值点；S6：将最大值点作为迭代初值，用最小二乘法获得曲柄轴偏心圆的初始相位角；S7：将初始相位角做差值，获得偏心圆的相位夹角α。通过本发明，采用数学拟合的方法进行求解，保证了采集的精度和速度，并且可以存入数据库系统实现零件数据的可追溯性。

Description

一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法
技术领域
本发明涉及一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，属于RV减速器设备检测技术领域。
背景技术
RV传动是新兴起的一种传动，它是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆传动的缺点，而且因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点。日益受到国内外的广泛关注。RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。它较机器人中常用的谐波传动具有高得多的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，不像谐波传动那样随着使用时间增长运动精度就会显著降低，故世界上许多国家高精度机器人传动多采用RV减速器，因此，该种RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的发展趋势。
RV减速器的传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成。其中，RV减速器中的核心零件之一便是曲柄轴。由于曲柄轴在RV减速器的传动过程中起到举足轻重的作用，因此曲柄轴的尺寸精度将影响产品的整体精度。
现有的采用专用检具或机械仪表的方式检测无法将数据直接存入生产管理系统，且检测数据量有限，存在误判的情况。而三坐标检测的方式价格过高，并且检验时间较长，不满足RV减速器全检的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，相比于采用专用检具或是机械仪表的方式，采用数学拟合的方法进行求解，保证了采集的精度和速度，并且可以存入数据库系统实现零件数据的可追溯性。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，包括如下步骤：
S1：对被测曲柄轴进行编号并获取该编号下曲柄轴的数据集：
将曲柄轴安装在旋转平台之上，旋转平台的旋转中心与曲柄轴的中心C0重合，并用角度传感器记录曲柄轴旋转的角度；同时用位移传感器测得旋转中心到接触点中心的距离，定义曲柄轴的两个偏心圆心分别为Pc2和Pc4，曲柄轴旋转的角度为θi，位移传感器采集的数据为ri，其中，ri为偏心圆圆心至采集点的距离，则偏心圆Pc2采集的数据集为{P2i|i＝1～n}，偏心圆Pc4采集的数据集为{P4i|i＝1～n}，其中，n为采集点个数；
S2：对获取的数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}分别进行坐标变换，获得数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}对应的直角坐标系数据；
S3：将获得的直角坐标系数据进行最小二乘法拟合，分别得到曲柄轴Pc2、Pc4的半径和圆心坐标；
S4：将步骤S3中得到的半径和圆心坐标，利用迭代算法获得Pc2、Pc4的偏心距；
S5：分别收集数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}的最大值点；
S6：将最大值点作为迭代初值，用最小二乘法获得Pc2、Pc4的初始相位角；
S7：对Pc2、Pc4的初始相位角做差值，获得Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角α。
优选的，步骤S2中对数据集{P2i|i＝1～n}处理的步骤如下：
定义偏心圆Pc2的数据集中的任意点P2i(ri,θi)，通过坐标变换得到直角坐标系下的坐标xi和yi，形成新的数据点P2i(ri,θi,xi,yi)，公式如下：
Figure BDA0003944396920000021
其中，偏心圆Pc4的数据集{P4i|i＝1～n}对应的坐标变换与偏心圆Pc2相同。
优选的，步骤S3中对Pc2对应数据的处理过程如下：
在得到{P2i|i＝1～n}对应的直角坐标系数据后进行最小二乘法拟合，求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)，和拟合圆的半径Rc，其中拟合半径Rc与偏心圆的实际半径R相差了测头半径Rs，其中，偏心圆Pc4对应的直角坐标系数据处理过程与偏心圆Pc2的相同
Figure BDA0003944396920000031
优选的，步骤S4中对Pc2对应数据的处理过程如下：
将步骤S3求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)带入如下公式，得到偏心距b：
Figure BDA0003944396920000032
所述对Pc2对应数据处理过程与对Pc2对应数据处理过程相同。
优选的，步骤S6的具体过程如下：
假设曲柄摆放的初始相位为
Figure BDA0003944396920000034
则当旋转角度为θi时对应的yi满足公式如下：
Figure BDA0003944396920000033
进行等式变换可以得到
Figure BDA0003944396920000041
用最小二乘法求出初始相位
Figure BDA0003944396920000042
满足的方程如下：
Figure BDA0003944396920000043
将最大值点作为迭代初值，用迭代算法求解出初始相位
Figure BDA0003944396920000044
的数值解，如若求解Pc2的初始相位角，则
Figure BDA0003944396920000045
如若求解Pc4的初始相位角，则
Figure BDA0003944396920000046
优选的，Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角α为：
Figure BDA0003944396920000047
其中，
Figure BDA0003944396920000048
表示为Pc4偏心圆的初始相位值，
Figure BDA0003944396920000049
表示为Pc2偏心圆的初始相位值，α表示为Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角。
优选的，角度传感器和位移传感器同步采集数据。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，相比于采用专用检具或是机械仪表的方式，运用了数字传感器进行采集，采用数学拟合的方法进行求解，保证了采集的精度和速度，并且可以存入数据库系统实现零件数据的可追溯性。
附图说明
图1为本发明RV减速器曲柄轴的整体流程图；
图2为本发明RV减速器曲柄轴的检测示意图；
图3为本发明RV减速器曲柄轴的半径和圆心坐标示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“纵向”、“末端”、“边沿”、“侧壁”、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“正上方”、“表面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“端”、“首”、“尾”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的技术方案和简化描述，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。
实施例1
如图1所示，一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，包括如下步骤：
S1：对被测曲柄轴进行编号并获取该编号下曲柄轴的数据集：
具体的：如图2-3所示为RV减速器曲柄轴检测示意图，C0为曲柄轴的旋转中心，曲柄轴的两个偏心圆的圆心分别为Pc2和Pc4，曲柄轴相位夹角α是直线Pc2-C0和直线Pc4-C0的夹角。曲柄轴相位夹角是评价曲柄轴加工是否合格的重要指标。
在检测时，曲柄轴安装在一个可以旋转平台之上，旋转平台的旋转中心与曲柄轴的中心C0重合，并可由角度传感器记录曲柄轴旋转的角度。同时有接触式位移传感器可以测得旋转中心到接触点中心的距离。
在开始测量时，对被测曲柄轴进行编号，且该编号为唯一编号，然后驱动执行机构旋转曲柄轴。位移传感器和角度传感器同步采集数据，例如每0.5分钟采集一次曲柄轴的数据(包括角度数据和位移数据)；参考图2，在每个角度位置采集的一个数据点P2i记录了该位置的角度θi和位移传感器数据ri，其中，ri为偏心圆圆心至采集点的距离。在测试过程中，曲柄轴匀速旋转，采集卡按照设定的时间间隔进行采样，直到曲柄轴旋转完一整周。这样，对于每个偏心圆在同一高度位置会记录一组数据集{P2i|i＝1～n，n为采集点个数}。本发明提供了一种算法，可以根据数据集{P2i|i＝1～n}和数据集{P4i|i＝1～n}求出曲柄轴两个偏心圆的相位夹角α。
S2：对获取的数据集进行坐标变换，获得直角坐标系数据；
在一次测量完成后，得到的数据集是极坐标下的，首先需要进行坐标变换，得到直角坐标系下的数据。以偏心圆Pc2的数据集中的任意点P2i(ri,θi)为例，通过坐标变换得到直角坐标系下的坐标xi和yi，形成新的数据点P2i(ri,θi,xi,yi)。
Figure BDA0003944396920000061
S3：将获得的直角坐标系数据进行最小二乘法拟合，得到曲柄轴的半径和圆心坐标；
参考图3，具体过程如下：
在得到新的数据集后进行最小二乘法拟合，求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)，和拟合圆的半径Rc，其中拟合半径Rc与偏心圆的实际半径R相差了测头半径Rs
Figure BDA0003944396920000062
S4：将步骤S3中得到的曲柄轴的半径和圆心坐标，利用迭代算法获得曲柄轴的偏心距；
以Pc2为例，具体过程如下：
将步骤S3求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)带入如下公式，得到偏心距b：
Figure BDA0003944396920000071
S5：分别收集数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}的最大值点；
S6：将最大值点作为迭代初值，用最小二乘法获得Pc2、Pc4的初始相位角；
假设曲柄摆放的初始相位为
Figure BDA0003944396920000072
则当旋转角度为θi时对应的yi满足公式如下：
Figure BDA0003944396920000073
进行等式变换可以得到
Figure BDA0003944396920000074
用最小二乘法求出初始相位
Figure BDA0003944396920000075
满足的方程如下：
Figure BDA0003944396920000076
将最大值点作为迭代初值，用迭代算法求解出初始相位
Figure BDA0003944396920000077
的数值解；如若求解Pc2的初始相位角，则
Figure BDA0003944396920000078
如若求解Pc4的初始相位角，则
Figure BDA0003944396920000079
S7：获得Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角；
Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角为：
Figure BDA00039443969200000710
其中，
Figure BDA00039443969200000711
表示为Pc4偏心圆的初始相位值，
Figure BDA00039443969200000712
表示为Pc2偏心圆的初始相位值，α表示为Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角。
后续将最终数据和被测曲柄轴的编号进行绑定并存入存储系统。
本发明提供了一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，相比于采用专用检具或是机械仪表的方式，运用了数字传感器(包括位移传感器和角度传感器)进行采集，采用数学拟合的方法进行求解，保证了采集的精度和速度，并且可以存入数据库系统实现零件数据的可追溯性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对被测曲柄轴进行编号并获取该编号下曲柄轴的数据集：
将曲柄轴安装在旋转平台之上，旋转平台的旋转中心与曲柄轴的中心C0重合，并用角度传感器记录曲柄轴旋转的角度；同时用位移传感器测得旋转中心到接触点中心的距离，定义曲柄轴的两个偏心圆心分别为Pc2和Pc4，曲柄轴旋转的角度为θi，位移传感器采集的数据为ri，其中，ri为偏心圆圆心至采集点的距离，则偏心圆Pc2采集的数据集为{P2i|i＝1～n}，偏心圆Pc4采集的数据集为{P4i|i＝1～n}，其中，n为采集点个数；
S2：对获取的数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}分别进行坐标变换，获得数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}对应的直角坐标系数据；
S3：将获得的直角坐标系数据进行最小二乘法拟合，分别得到曲柄轴Pc2、Pc4的半径和圆心坐标；
S4：将步骤S3中得到的半径和圆心坐标，利用迭代算法获得Pc2、Pc4的偏心距；
S5：分别收集数据集{P2i|i＝1～n}、{P4i|i＝1～n}的最大值点；
S6：将最大值点作为迭代初值，用最小二乘法获得Pc2、Pc4的初始相位角；
S7：对Pc2、Pc4的初始相位角做差值，获得Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角α。
2.根据权利要求1所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，所述步骤S2中对数据集{P2i|i＝1～n}处理的步骤如下：
定义偏心圆Pc2的数据集中的任意点P2i(ri,θi)，通过坐标变换得到直角坐标系下的坐标xi和yi，形成新的数据点P2i(ri,θi,xi,yi)，公式如下：
Figure FDA0003944396910000011
其中，偏心圆Pc4的数据集{P4i|i＝1～n}对应的坐标变换与偏心圆Pc2相同。
3.根据权利要求1所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，所述步骤S3中对Pc2对应数据的处理过程如下：
在得到{P2i|i＝1～n}对应的直角坐标系数据后进行最小二乘法拟合，求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)，和拟合圆的半径Rc，其中拟合半径Rc与偏心圆的实际半径R相差了测头半径Rs，其中，偏心圆Pc4对应的直角坐标系数据处理过程与偏心圆Pc2的相同
Figure FDA0003944396910000021
4.根据权利要求3所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，所述步骤S4中对Pc2对应数据的处理过程如下：
将步骤S3求得偏心圆的拟合圆心坐标Pc2(xc,yc)带入如下公式，得到偏心距b：
Figure FDA0003944396910000022
所述对Pc2对应数据处理过程与对Pc2对应数据处理过程相同。
5.根据权利要求4所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，所述步骤S6的具体过程如下：
假设曲柄摆放的初始相位为
Figure FDA0003944396910000023
则当旋转角度为θi时对应的yi满足公式如下：
Figure FDA0003944396910000031
进行等式变换可以得到
Figure FDA0003944396910000032
用最小二乘法求出初始相位
Figure FDA00039443969100000310
满足的方程如下：
Figure FDA0003944396910000033
将最大值点作为迭代初值，用迭代算法求解出初始相位
Figure FDA0003944396910000034
的数值解，如若求解Pc2的初始相位角，则
Figure FDA0003944396910000035
如若求解Pc4的初始相位角，则
Figure FDA0003944396910000036
6.根据权利要求5所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角α为：
Figure FDA0003944396910000037
其中，
Figure FDA0003944396910000038
表示为Pc4偏心圆的初始相位值，
Figure FDA0003944396910000039
表示为Pc2偏心圆的初始相位值，α表示为Pc2和Pc4两个偏心圆的相位夹角。
7.根据权利要求1所述的一种RV减速器曲柄轴相位夹角的检测方法，其特征在于，所述角度传感器和位移传感器同步采集数据。
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