基于行星齒輪自動化單元的在線檢測裝置

鮑魯海 李維軍 麻 輝 張尚崢

(寧夏巨能機(jī)器人系統(tǒng)有限公司，寧夏 銀川 750021)

現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)發(fā)展非常迅速，特別是汽車工業(yè)，齒輪的使用范圍越來越廣，而且加工精度要求也在逐步上升。齒輪行業(yè)是一個批量化生產(chǎn)的行業(yè)，又屬于傳統(tǒng)的勞動密集型行業(yè)。近年來齒輪行業(yè)為了適應(yīng)發(fā)展的需要，整體裝備制造的自動化水平在逐步提高。隨著自動化水平的提高，批量加工中的檢測問題也逐漸暴露出來。如何實(shí)現(xiàn)自動化的在線實(shí)時檢測，是生產(chǎn)廠家在使用自動化時所考慮的關(guān)鍵問題之一。

在突破傳統(tǒng)模式，將加工完成檢查，定時或定量抽檢這種相對滯后的方式，通過自動化集成在線實(shí)時檢測技術(shù)作為解決方案。在線檢測技術(shù)主要體現(xiàn)在對檢測信息的實(shí)時反饋，形成一個閉環(huán)控制的自動化、柔性化、智能化生產(chǎn)智造模式。這種模式也將是今后制造業(yè)發(fā)展的大趨勢。

本文介紹的是行星齒輪自動化生產(chǎn)線的在線檢測技術(shù)，由行星齒輪在線檢測裝置配合自動化單元實(shí)現(xiàn)。

1 檢測要求及基本方案設(shè)計(jì)

1.1 檢測要求信息

該在線檢測裝置主要針對行星齒輪(圖1)自動化加工過程中的實(shí)際檢測要求而設(shè)計(jì)。主要對精加工成型工件的高度、外徑、內(nèi)徑等高精度部位進(jìn)行檢測。生產(chǎn)線要求兼容多種行星齒輪的在線檢測及信息反饋與補(bǔ)償。

1.2 檢測方案

按照自動化生產(chǎn)線的在線檢測要求：

①定位要求：對于檢測，要準(zhǔn)確測量出一個或多個尺寸，最主要的是要選擇好定位方式，在檢測過程中，檢測工件不能有移動，同時要求每一個工件的定位都要盡量趨于一致，這樣在在線檢測中才能保持檢測的穩(wěn)定性和反饋數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。在本測量方案中，選用齒模作為檢測定位，不但能夠滿足以上的檢測定位要求，還可以實(shí)現(xiàn)多種工件的兼容性要求。

②檢測方式選擇：根據(jù)數(shù)控車床加工特性，以及工件檢測要求，選擇馬波斯(MARPOSS)氣動控制檢測設(shè)備。在內(nèi)徑方面選擇2點(diǎn)測量方式布置檢測測頭，在外徑方面選擇2點(diǎn)測量方式布置檢測測頭，高度方面選擇3點(diǎn)測量方式布置檢測測頭。測量測頭布置方案如圖2。

③數(shù)據(jù)采集及反饋：檢測是通過各個測頭與檢測工件間的直接接觸的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并將所采集的數(shù)據(jù)反饋給檢測機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)處理，對測量結(jié)果進(jìn)行判斷和顯示，同時將測量結(jié)果數(shù)據(jù)反饋給相對應(yīng)機(jī)床，然后通過對機(jī)床控制程序及加工程序中的刀具補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行校正，從而提高加工穩(wěn)定性和所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

④檢測方案實(shí)現(xiàn)：首先機(jī)械手將加工完成工件從機(jī)床中取出，放置在檢測定位齒模上，檢測齒模接收到工件，發(fā)出有工件信號，并將檢測工件運(yùn)送至檢測位置，在檢測位置，內(nèi)徑測頭下降并伸入檢測件的待測內(nèi)孔內(nèi)，內(nèi)徑檢測測頭張開，采集待測工件的內(nèi)徑數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對待測工件內(nèi)孔的檢測；同時高度測頭下降，接觸待測工件的待測面，并采集工件高度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對待測工件的高度檢測；外徑測頭閉合，接觸待測工件的外徑，并采集待測工件外徑數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)待測工件外徑的檢測。檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。

對于行星齒輪，由于種類較多，作為配合自動化單元的在線檢測裝置，兼容性是很重要的環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)兼容性要求，我們利用齒模與檢測基座配合的方案實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際使用過程中通過更換齒模，實(shí)現(xiàn)不同種類的行星齒輪的檢測要求。

1.3 檢測裝置布局及工作原理

行星齒輪的在線檢測裝置設(shè)計(jì)過程中主要考慮檢測的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，同時還考慮自動化單元應(yīng)用的相關(guān)要求，有加工過程中的抽檢比例，檢測節(jié)拍等。因此行星齒輪在線檢測裝置采用氣動控制原理(如圖4)實(shí)現(xiàn)，通過氣缸作為動力源來驅(qū)動，高精度線性導(dǎo)軌和機(jī)械限位來實(shí)現(xiàn)和控制各個位置的定位精度，使其工作穩(wěn)定性及可靠性得到保證，同時實(shí)現(xiàn)檢測過程的快捷，以適應(yīng)整個生產(chǎn)過程的節(jié)拍。

檢測工作過程如圖5所示，在初始狀態(tài)下，檢測基座處于A位置，向機(jī)械手發(fā)出準(zhǔn)備好信號，機(jī)械手將OP20機(jī)床加工完成的成品工件放入A位置檢測基座的齒模上，通過氣吹清潔后沿X方向?qū)⒋郎y工件送到B位置，確認(rèn)定位完成后，移動測頭從C位置沿Y方向下降至B位置，此時檢測器發(fā)出檢測指令，內(nèi)徑測頭張開完成測量動作采集內(nèi)徑數(shù)據(jù)，高度測頭完成測量動作采集高度數(shù)據(jù)，外徑測頭閉合，完成外徑測量動作，采集外徑數(shù)據(jù)。對于采集到的數(shù)據(jù)傳輸至檢測分析儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行面板顯示測量結(jié)果，同時對相應(yīng)加工機(jī)床發(fā)出反饋信息，機(jī)床根據(jù)反饋信息進(jìn)行自動程序修正和補(bǔ)刀。完成測量后，移動測頭從B位置上升至C位置，檢測基座從B位置移動至A位置，并向機(jī)械手發(fā)出檢測完成及準(zhǔn)備好信號。當(dāng)機(jī)械手將第二個檢測工件送來時，先利用空手爪抓取檢測完成工件，放入第二個待檢測工件依次重復(fù)，實(shí)現(xiàn)在線檢測功能。

2 在線檢測在自動化單元中的具體應(yīng)用

基于行星齒輪的在線檢測裝置用在自動化單元中，是自動化的組成部分之一。因此對于在線檢測裝置在自動化單元中的應(yīng)用，需要對自動化單元的組成有一定的了解。

此自動化單元主要使用寧夏巨能機(jī)器人系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的一套GS010桁架機(jī)械手、兩套20工位旋轉(zhuǎn)料倉、一套角向定位機(jī)構(gòu)和一套在線檢測裝置組成自動化單元。加工設(shè)備采用小巨人機(jī)床有限公司生產(chǎn)的兩臺QTN150-500數(shù)控車床，共同組成行星齒輪的自動化加工和在線檢測。

3 結(jié)語

在自動化應(yīng)用日益發(fā)展的今天，制造業(yè)對自動化應(yīng)用中加工穩(wěn)定性的要求也越來越高，在線檢測裝置是提高自動化加工穩(wěn)定性的一種有效方案。通過在線檢測裝置的使用，對于生產(chǎn)制造過程的效率提高、質(zhì)量控制、智能化制造有非常重要的作用。

由于在線檢測裝置是自動化應(yīng)用的一個升級過程，基于行星齒輪在線檢測裝置的嘗試和實(shí)際應(yīng)用，將是自動化未來發(fā)展方向上的一個大的趨勢，也是制造業(yè)提高核心競爭力的一種需求和方向。

在線檢測裝置應(yīng)用的優(yōu)勢，改變了傳統(tǒng)加工制造過程中的質(zhì)量控制模式，通過自動化的方式實(shí)現(xiàn)工件的在線檢測、數(shù)據(jù)反饋和實(shí)時補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)質(zhì)量控制。使加工制造過程質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠，對自動化生產(chǎn)模式的改進(jìn)有著借鑒的意義。