CN116296373A - 一种超精密减速器性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超精密减速器领域，具体涉及一种超精密减速器性能测试系统，所述超精密减速器性能测试系统包括机械系统、控制系统、数据采集系统及软件系统；所述控制系统通过控制指令，实现对机械系统控制；所述机械系统根据接收到的指令进行电机传动和扭矩调节；所述数据采集系统用于对机械系统的性能数据进行采集；所述软件系统用于对接收到的性能数据自动分析并以图表形式显示，并在数据异常时报警提醒。本发明可以准确地控制伺服电机，精准地进行超精密减速器安装，全面进行超精密减速器各测试数据采集，高效实时反馈超精密减速器性能测试数据。

Description

一种超精密减速器性能测试系统

技术领域

本发明涉及超精密减速器领域，具体来说，涉及一种超精密减速器性能测试系统。

背景技术

超精密减速器包括行星摆线减速器、谐波减速器、摆线针轮减速器等，具有高精度、高负载、高速比、高效率、高寿命等特点，不仅被广泛运用于工业机器人，在航空航天、数控机床等领域也发挥着重要作用。

超精密减速器作为实现精密运动及定位功能的核心零部件之一，其传动性能优劣对工业机器人能否实现特定功能具有重要影响，因此，对超精密减速器精度及关键性能的测试已经变得尤为重要。目前，超精密减速器性能试验系统普遍测试精度不高，无自动化测试系统，需手动控制系统测试过程，采集到的数据需要人工进行计算。并且一个超精密减速器性能试验系统只能满足一种型号超精密减速器性能测试，如果要测试多种型号的超精密减速器性能，需多个试验系统才能完成，通用性不强。对于超精密减速器性能试验系统国内外开展了大量的探索和实践，以下为几种常见的方式：

申请公布号为CN208688806U的中国专利，设计了不同型号的装夹连接件，在试验系统中加载支撑平台底部中间螺纹连接滚珠丝杠，自由驱动调整机构和加载调整机构，来满足不同型号和规格的超精密减速器测试，并通过上位机软件系统进行数据分析与处理，但是其加载精度不高。

申请公布号为CN111307451B的中国专利，设计了一种超精密的RV减速器性能检测装置，用于解决RV减速器加载控制的不稳定、对同一型号的RV减速器转矩转速加载控制不精确的问题，但是其检测的性能数据不全面。

上边列举了常见的几种性能测试系统，总结起来，有以下问题：

（1）现有的超精密减速器性能测试系统功能不够全面，拆卸装配较为麻烦，且安装精度不高；

（2）现有的超精密减速器性能测试系统无温度、噪声或振动等相关数据，性能数据不够全面；

（3）现有的超精密减速器性能测试系统无防护装置，测试干扰较大；

（4）现有的超精密减速器性能测试系统无法实时显示数据曲线，无报表功能和报警提醒，测试效率不高。

发明内容

本发明提供一种超精密减速器性能测试系统，包括机械系统、控制系统、数据采集系统及软件系统；所述控制系统通过控制指令实现对机械系统控制；所述机械系统根据接收到的指令进行电机传动和扭矩调节；所述数据采集系统用于对机械系统的性能数据进行采集；所述软件系统用于对接收到的性能数据自动分析并以图表形式显示；

所述机械系统包括驱动装置、加载装置、安装支座、安装台，所述驱动装置、加载装置、安装支座均与安装台固定连接；

所述驱动装置包括驱动伺服电机、负载伺服电机；所述加载装置包括第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器、第四联轴器、第五联轴器、第六联轴器、第七联轴器、第一圆光栅、第二圆光栅、超精密减速器、陪试减速器；

所述数据采集系统包括第一转矩传感器、第二转矩传感器、温度传感器、噪声传感器、振动传感器；

所述驱动伺服电机通过第一联轴器与第一转矩传感器连接，所述第一转矩传感器通过第二联轴器与第一圆光栅连接，所述第一圆光栅通过第三联轴器与超精密减速器相连，所述超精密减速器通过第四联轴器与第二圆光栅相连，所述第二圆光栅通过第五联轴器与第二转矩传感器相连，所述第二转矩传感器通过第六联轴器与陪试减速器相连，所述陪试减速器通过第七联轴器与负载伺服电机相连。

进一步地，驱动伺服电机、第一联轴器、第一转矩传感器、第二联轴器、第一圆光栅、第三联轴器、超精密减速器、第四联轴器、第二圆光栅、第五联轴器、第二转矩传感器、第六联轴器、陪试减速器、第七联轴器、负载伺服电机沿着直线依次水平同轴连接。

进一步地，所述安装支座包括第一安装支座、第二安装支座、第三安装支座；所述驱动伺服电机、负载伺服电机固定安装于第一安装支座上；所述第一转矩传感器、第二转矩传感器安装于第二安装支座上；所述第一圆光栅、超精密减速器、第二圆光栅、陪试减速器安装于第三安装支座上。

进一步地，第一安装支座、第二安装支座、第三安装支座的底部均设置滑轨槽，与安装台的滑动平台轨道实现连接。

进一步地，所述控制系统包括依次互相连接的第一驱动器、工控机、第二驱动器，所述驱动伺服电机与第一驱动器相电连接；所述负载伺服电机与第二驱动器相电连接；所述工控机作为总控单元驱动控制第一驱动器、第二驱动器，所述第一驱动器、第二驱动器作为执行单元带动驱动伺服电机、负载伺服电机运动，从而实现超精密减速器的控制，所述数据采集系统用于采集所述超精密减速器性能数据，包括但不限于超精密减速器的传动效率、噪音、回差、扭转刚度、启动转矩、力矩。

进一步地，所述机械系统还包括定位套、输入固定板；超精密减速器安装时，依次安装定位套、超精密减速器、第三联轴器、第四联轴器、输入固定板，调整第四联轴器径向跳动；所述调整第四联轴器径向跳动具体为：使用千分表，将千分表触头与第四联轴器连接，控制驱动伺服电机低速旋转，千分表示数在最高点时，用铜棒敲击第四联轴器的顶部，待千分表示数变成其测量的最高点示数和最低点示数之和的二分之一，再次控制第四联轴器转动，重复调整至第四联轴器径向跳动小于20μm，上紧螺栓完成调整。

进一步地，所述安装台基座为T型槽铸铁平台基座。

进一步地，所述机械系统还包括第一可移动保护罩、第二可移动保护罩，所述第一可移动保护罩、第二可移动保护罩用于减小传感器之间的噪音和热传导。

进一步地，所述软件系统为基于OpenG社团的JKI状态机及生产者-消费者模式的架构并安装于工控机上；所述软件系统的主要功能模块包括传动误差测试模块，动态回差测试模块，静态回差、背隙、刚度测试模块，空载摩擦转矩测试模块，正向启动转矩测试模块，反向启动转矩测试模块，传动效率测试模块，温升、振动、噪音测试模块，参数配置及系统帮助模块。

进一步地，所述软件系统可实时保存接收到的性能数据，可自动分析并发送报警指示。

本发明的有益效果如下：

（1）超精密减速器性能测试系统拆卸装配方便，安装精确；

（2）超精密减速器性能测试系统检索的数据更加全面；

（3）超精密减速器性能测试系统具有防护罩装置，测试干扰小；

（4）超精密减速器性能测试系统，可以实时进行数据存储、报表曲线显示，可自动进行分析，可报警提醒，测试效率高。

附图说明

为了更好地理解本公开，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图表记在各个附图中表示相同或类似的部件。其中：

图1为本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统框图；

图2为本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统的机械系统和数据采集系统的组成图；

图3为本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统原理图；

图4为本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统的机械系统和数据采集系统的另一示意图；

图5为本发明实施例提供的超精密减速器件安装结构示意图；

图6为本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统数据处理方法流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-驱动伺服电机，2-第一联轴器，3-第一转矩传感器，4-第二联轴器，5-第一圆光栅，6-第三联轴器，7-超精密减速器，8-第四联轴器，9-第二圆光栅，10-第五联轴器，11-第二转矩传感器，12-第六联轴器，13-陪试减速器，14-第七联轴器，15-负载伺服电机，16-第一安装支座，17-安装台，18-第二安装支座，19-第三安装支座，20-输入固定板，22-定位盘，23-定位套，30-第一可移动保护罩，31-第二可移动保护罩，41-第一驱动器，42-工控机，43-第二驱动器，701-温度传感器、702-噪声传感器、703-振动传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以按不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的保护。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明中的“多个”可以表示至少两个，例如可以是两个、三个或者更多，本发明实施例不做限制。

如图1所示，超精密减速器性能测试系统包括机械系统、控制系统、数据采集系统及软件系统；控制系统通过控制指令，实现对机械系统控制；机械系统根据接收到的指令进行电机传动和扭矩调节；数据采集系统用于对机械系统的性能数据进行采集；软件系统用于对接收到的性能数据自动分析并以图表形式显示，并在数据异常时报警提醒。

如图2所示，机械系统包括驱动装置、加载装置、安装支座、安装台17，驱动装置、加载装置、安装支座均与安装台17固定连接；

进一步地，驱动装置包括驱动伺服电机1、负载伺服电机15；加载装置包括第一联轴器2、第二联轴器4、第三联轴器6、第四联轴器8、第五联轴器10、第六联轴器12、第七联轴器14、第一圆光栅5、第二圆光栅9、超精密减速器7、陪试减速器13；

进一步地，数据采集系统包括第一转矩传感器3、第二转矩传感器11、温度传感器701、噪声传感器702、振动传感器703；

进一步地，驱动伺服电机1通过第一联轴器2与第一转矩传感器3连接，第一转矩传感器3通过第二联轴器4与第一圆光栅5连接，第一圆光栅5通过第三联轴器6与超精密减速器7相连，所述超精密减速器7通过第四联轴器8与第二圆光栅9相连，第二圆光栅9通过第五联轴器10与第二转矩传感器11相连，第二转矩传感器11通过第六联轴器12与陪试减速器13相连，陪试减速器13通过第七联轴器14与负载伺服电机15相连。

如图2所示，驱动伺服电机1、第一联轴器2、第一转矩传感器3、第二联轴器4、第一圆光栅5、第三联轴器6、超精密减速器7、第四联轴器8、第二圆光栅9、第五联轴器10、第二转矩传感器11、第六联轴器12、陪试减速器13、第七联轴器14、负载伺服电机15沿着直线依次水平同轴连接。可以有效提升性能测试系统的稳定性和可靠性。

为了实现不同型号超精密减速器安装，本发明设计了安装支座，超精密减速器固定在安装支座，提高安装支座的通用性。如图2所示，安装支座包括第一安装支座16、第二安装支座18、第三安装支座19；驱动伺服电机1、负载伺服电机15固定安装于第一安装支座16上；第一转矩传感器3、第二转矩传感器11安装于第二安装支座18上；第一圆光栅5、超精密减速器7、第二圆光栅9、陪试减速器13安装于第三安装支座19上。进一步地，第一安装支座16、第二安装支座18、第三安装支座19的底部均设置滑轨槽，并与安装台17的滑动平台轨道实现连接。这样有利于各部件位置的移动调整。进一步地，安装台17基座为T型槽铸铁平台基座。

如图3所示，本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统的控制系统包括依次互相连接的第一驱动器41、工控机42、第二驱动器43。进一步地，驱动伺服电机1与第一驱动器41相电连接；负载伺服电机15与第二驱动器43相电连接；工控机42作为总控单元驱动控制第一驱动器41、第二驱动器43，第一驱动器41、第二驱动器43作为执行单元带动驱动伺服电机1、负载伺服电机15运动，从而实现超精密减速器7的控制，数据采集系统用于采集所述超精密减速器7性能数据，包括但不限于超精密减速器7的传动效率、噪音、回差、扭转刚度、启动转矩、力矩。所述软件系统接收到工控机发放的超精密减速器7性能数据后进行综合分析并显示。

如图4所示，本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统的机械系统还包括第一可移动保护罩30，第二可移动保护罩31，第一可移动保护罩30、第二可移动保护罩31用于减小传感器之间的噪音、温度影响。第一可移动保护罩30、第二可移动保护罩31底部可以嵌入安装台17的滑道内从而实现保护罩的滑动。

如图5所示，本发明实施例提供的超精密减速器性能测试系统的机械系统还包括定位套23、输入固定板20；超精密减速器7安装时，依次安装定位套23、超精密减速器7、第三联轴器6、第四联轴器8、输入固定板20，调整第四联轴器8径向跳动；调整第四联轴器8径向跳动具体为：使用千分表，将千分表触头与第四联轴器8连接，控制驱动伺服电机1低速旋转，千分表示数在最高点时，用铜棒敲击第四联轴器8的顶部，待千分表示数变成其测量的最高点示数和最低点示数之和的二分之一，再次控制第四联轴器8转动，重复调整至第四联轴器8径向跳动小于20μm，上紧螺栓完成调整。

具体地，超精密减速器详细安装步骤如下：

（1）安装定位套23。

将准备好的定位套23从输入端方向装入定位盘22，移动定位套23，使其安装孔与定位盘22内圈安装孔对齐，在输出端方向上紧螺栓。

（2）安装超精密减速器7。

将超精密减速器7装入定位套23，在输入/输出端方向上紧螺栓。

（3）安装第三联轴器6。

令驱动伺服电机1加载使能，将第三联轴器6安装至第一圆光栅5的法兰端面上，转动第三联轴器6，使其安装孔与第一圆光栅5的外圈安装孔对齐，然后上紧螺钉。

（4）安装第四联轴器8。

将第四联轴器8的安装孔与超精密减速器7的输出端对齐，轻轻带紧螺栓。

（5）安装输入固定板20。

将输入固定板20的安装孔与定位盘22输入端端面上外圈安装孔对齐，上紧螺钉。

（6）调整第四联轴器8的径向跳动。

调整第四联轴器8径向跳动具体为：使用千分表，将千分表触头与第四联轴器8连接，控制驱动伺服电机1低速旋转，千分表示数在最高点时，用铜棒敲击第四联轴器8的顶部，待千分表示数变成其测量的最高点示数和最低点示数之和的二分之一，再次控制第四联轴器8转动，重复调整至第四联轴器8径向跳动小于20μm，上紧螺栓完成调整。这样，便完成了超精密减速器的高精度安装，使得对超精密减速器的性能测试更为准确。

超精密减速器性能测试系统的软件系统为基于OpenG社团的JKI状态机及生产者-消费者模式的架构并安装于工控机上；软件系统基于专业工控开发平台LabVIEW设计，采用了图形模式的人机交互接口界面，软件系统的主要功能模块包括传动误差测试模块，动态回差测试模块，静态回差、背隙、刚度测试模块，空载摩擦转矩测试模块，正向启动转矩测试模块，反向启动转矩测试模块，传动效率测试模块，温升、振动、噪音测试模块，参数配置及系统帮助模块。超精密减速器性能测试系统的软件系统可实时保存接收到的性能数据，可自动分析并发出报警指示。

如图6所示，一种超精密减速器性能测试方法，包括以下步骤：

S1：预设各性能数据的合格阈值；

S2：软件系统实时存储接收到的性能数据、并实时生成报表和数据曲线；

S3：根据预设的合格阈值对接收到的性能数据进行自动分析；

S4：超过合格阈值时，发出报警指示，测试人员可根据指示判断是否继续进行测试。

本发明提供的一种超精密减速器性能测试系统，可以实现超精密减速器的全面的、精确的性能测试，超精密减速器安装精度高，测试干扰小，测试精确度高，同时可以实时进行数据存储、报表曲线显示，可自动进行分析，可报警提醒，测试效率高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明创造后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的保护范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种超精密减速器性能测试系统，其特征在于，包括机械系统、控制系统、数据采集系统及软件系统；所述控制系统通过控制指令实现对机械系统控制；所述机械系统根据接收到的指令进行电机传动和扭矩调节；所述数据采集系统用于对机械系统的性能数据进行采集；所述软件系统用于对接收到的性能数据自动分析并以图表形式显示；

所述机械系统包括驱动装置、加载装置、安装支座、安装台（17），所述驱动装置、加载装置、安装支座均与安装台（17）固定连接；所述驱动装置包括驱动伺服电机（1）、负载伺服电机（15）；所述加载装置包括第一联轴器（2）、第二联轴器（4）、第三联轴器（6）、第四联轴器（8）、第五联轴器（10）、第六联轴器（12）、第七联轴器（14）、第一圆光栅（5）、第二圆光栅（9）、超精密减速器（7）、陪试减速器（13）；

所述数据采集系统包括第一转矩传感器（3）、第二转矩传感器（11）、温度传感器（701）、噪声传感器（702）、振动传感器（703）；

所述驱动伺服电机（1）通过第一联轴器（2）与第一转矩传感器（3）连接，所述第一转矩传感器（3）通过第二联轴器（4）与第一圆光栅（5）连接，所述第一圆光栅（5）通过第三联轴器（6）与超精密减速器（7）相连，所述超精密减速器（7）通过第四联轴器（8）与第二圆光栅（9）相连，所述第二圆光栅（9）通过第五联轴器（10）与第二转矩传感器（11）相连，所述第二转矩传感器（11）通过第六联轴器（12）与陪试减速器（13）相连，所述陪试减速器（13）通过第七联轴器（14）与负载伺服电机（15）相连。

2.根据权利要求1所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，驱动伺服电机（1）、第一联轴器（2）、第一转矩传感器（3）、第二联轴器（4）、第一圆光栅（5）、第三联轴器（6）、超精密减速器（7）、第四联轴器（8）、第二圆光栅（9）、第五联轴器（10）、第二转矩传感器（11）、第六联轴器（12）、陪试减速器（13）、第七联轴器（14）、负载伺服电机（15）沿着直线依次水平同轴连接。

3.根据权利要求1所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述安装支座包括第一安装支座（16）、第二安装支座（18）、第三安装支座（19）；所述驱动伺服电机（1）、负载伺服电机（15）固定安装于第一安装支座（16）上；所述第一转矩传感器（3）、第二转矩传感器（11）安装于第二安装支座（18）上；所述第一圆光栅（5）、超精密减速器（7）、第二圆光栅（9）、陪试减速器（13）安装于第三安装支座（19）上。

4.根据权利要求3所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述第一安装支座（16）、第二安装支座（18）、第三安装支座（19）的底部均设置滑轨槽，与安装台（17）的滑动平台轨道实现连接。

5.根据权利要求4所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述控制系统包括依次互相连接的第一驱动器（41）、工控机（42）、第二驱动器（43），所述驱动伺服电机（1）与第一驱动器（41）相电连接；所述负载伺服电机（15）与第二驱动器（43）相电连接；所述工控机（42）作为总控单元驱动控制第一驱动器（41）、第二驱动器（43），所述第一驱动器（41）、第二驱动器（43）作为执行单元带动驱动伺服电机（1）、负载伺服电机（15）运动，从而实现超精密减速器（7）的控制，所述数据采集系统用于采集所述超精密减速器（7）性能数据，包括但不限于超精密减速器（7）的传动效率、噪音、回差、扭转刚度、启动转矩、力矩。

6.根据权利要求5所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述机械系统还包括定位套（23）、输入固定板（20）；超精密减速器（7）安装时，依次安装定位套（23）、超精密减速器（7）、第三联轴器（6）、第四联轴器（8）、输入固定板（20），调整第四联轴器（8）径向跳动；所述调整第四联轴器（8）径向跳动具体为：使用千分表，将千分表触头与第四联轴器（8）连接，控制驱动伺服电机（1）低速旋转，千分表示数在最高点时，用铜棒敲击第四联轴器（8）的顶部，待千分表示数变成其测量的最高点示数和最低点示数之和的二分之一，再次控制第四联轴器（8）转动，重复调整至第四联轴器（8）径向跳动小于20μm，上紧螺栓完成调整。

7.根据权利要求6所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述安装台（17）基座为T型槽铸铁平台基座。

8.根据权利要求7所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述机械系统还包括第一可移动保护罩（30）、第二可移动保护罩（31），所述第一可移动保护罩（30）、第二可移动保护罩（31）用于减小传感器之间的噪音和热传导。

9.根据权利要求1所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述软件系统为基于OpenG社团的JKI状态机及生产者-消费者模式的架构并安装于工控机上；所述软件系统的主要功能模块包括传动误差测试模块，动态回差测试模块，静态回差、背隙、刚度测试模块，空载摩擦转矩测试模块，正向启动转矩测试模块，反向启动转矩测试模块，传动效率测试模块，温升、振动、噪音测试模块，参数配置及系统帮助模块。

10.根据权利要求2所述的超精密减速器性能测试系统，其特征在于，所述软件系统可实时保存接收到的性能数据，可自动分析并发出报警指示。

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