基于行星齿轮自动化单元的在线检测装置

鲍鲁海 李维军 麻 辉 张尚峥

(宁夏巨能机器人系统有限公司，宁夏 银川 750021)

现在机械工业发展非常迅速，特别是汽车工业，齿轮的使用范围越来越广，而且加工精度要求也在逐步上升。齿轮行业是一个批量化生产的行业，又属于传统的劳动密集型行业。近年来齿轮行业为了适应发展的需要，整体装备制造的自动化水平在逐步提高。随着自动化水平的提高，批量加工中的检测问题也逐渐暴露出来。如何实现自动化的在线实时检测，是生产厂家在使用自动化时所考虑的关键问题之一。

在突破传统模式，将加工完成检查，定时或定量抽检这种相对滞后的方式，通过自动化集成在线实时检测技术作为解决方案。在线检测技术主要体现在对检测信息的实时反馈，形成一个闭环控制的自动化、柔性化、智能化生产智造模式。这种模式也将是今后制造业发展的大趋势。

本文介绍的是行星齿轮自动化生产线的在线检测技术，由行星齿轮在线检测装置配合自动化单元实现。

1 检测要求及基本方案设计

1.1 检测要求信息

该在线检测装置主要针对行星齿轮(图1)自动化加工过程中的实际检测要求而设计。主要对精加工成型工件的高度、外径、内径等高精度部位进行检测。生产线要求兼容多种行星齿轮的在线检测及信息反馈与补偿。

1.2 检测方案

按照自动化生产线的在线检测要求：

①定位要求：对于检测，要准确测量出一个或多个尺寸，最主要的是要选择好定位方式，在检测过程中，检测工件不能有移动，同时要求每一个工件的定位都要尽量趋于一致，这样在在线检测中才能保持检测的稳定性和反馈数据的可靠性与准确性。在本测量方案中，选用齿模作为检测定位，不但能够满足以上的检测定位要求，还可以实现多种工件的兼容性要求。

②检测方式选择：根据数控车床加工特性，以及工件检测要求，选择马波斯(MARPOSS)气动控制检测设备。在内径方面选择2点测量方式布置检测测头，在外径方面选择2点测量方式布置检测测头，高度方面选择3点测量方式布置检测测头。测量测头布置方案如图2。

③数据采集及反馈：检测是通过各个测头与检测工件间的直接接触的方式进行实现，并将所采集的数据反馈给检测机构的数据处理系统，通过数据处理，对测量结果进行判断和显示，同时将测量结果数据反馈给相对应机床，然后通过对机床控制程序及加工程序中的刀具补偿参数进行校正，从而提高加工稳定性和所加工产品的质量。

④检测方案实现：首先机械手将加工完成工件从机床中取出，放置在检测定位齿模上，检测齿模接收到工件，发出有工件信号，并将检测工件运送至检测位置，在检测位置，内径测头下降并伸入检测件的待测内孔内，内径检测测头张开，采集待测工件的内径数据，实现对待测工件内孔的检测；同时高度测头下降，接触待测工件的待测面，并采集工件高度数据，实现对待测工件的高度检测；外径测头闭合，接触待测工件的外径，并采集待测工件外径数据，实现待测工件外径的检测。检测装置结构示意图如图3。

对于行星齿轮，由于种类较多，作为配合自动化单元的在线检测装置，兼容性是很重要的环节。为了实现兼容性要求，我们利用齿模与检测基座配合的方案实现。在实际使用过程中通过更换齿模，实现不同种类的行星齿轮的检测要求。

1.3 检测装置布局及工作原理

行星齿轮的在线检测装置设计过程中主要考虑检测的稳定性及准确性，同时还考虑自动化单元应用的相关要求，有加工过程中的抽检比例，检测节拍等。因此行星齿轮在线检测装置采用气动控制原理(如图4)实现，通过气缸作为动力源来驱动，高精度线性导轨和机械限位来实现和控制各个位置的定位精度，使其工作稳定性及可靠性得到保证，同时实现检测过程的快捷，以适应整个生产过程的节拍。

检测工作过程如图5所示，在初始状态下，检测基座处于A位置，向机械手发出准备好信号，机械手将OP20机床加工完成的成品工件放入A位置检测基座的齿模上，通过气吹清洁后沿X方向将待测工件送到B位置，确认定位完成后，移动测头从C位置沿Y方向下降至B位置，此时检测器发出检测指令，内径测头张开完成测量动作采集内径数据，高度测头完成测量动作采集高度数据，外径测头闭合，完成外径测量动作，采集外径数据。对于采集到的数据传输至检测分析仪器进行数据分析，对数据分析结果进行面板显示测量结果，同时对相应加工机床发出反馈信息，机床根据反馈信息进行自动程序修正和补刀。完成测量后，移动测头从B位置上升至C位置，检测基座从B位置移动至A位置，并向机械手发出检测完成及准备好信号。当机械手将第二个检测工件送来时，先利用空手爪抓取检测完成工件，放入第二个待检测工件依次重复，实现在线检测功能。

2 在线检测在自动化单元中的具体应用

基于行星齿轮的在线检测装置用在自动化单元中，是自动化的组成部分之一。因此对于在线检测装置在自动化单元中的应用，需要对自动化单元的组成有一定的了解。

此自动化单元主要使用宁夏巨能机器人系统有限公司生产的一套GS010桁架机械手、两套20工位旋转料仓、一套角向定位机构和一套在线检测装置组成自动化单元。加工设备采用小巨人机床有限公司生产的两台QTN150-500数控车床，共同组成行星齿轮的自动化加工和在线检测。

3 结语

在自动化应用日益发展的今天，制造业对自动化应用中加工稳定性的要求也越来越高，在线检测装置是提高自动化加工稳定性的一种有效方案。通过在线检测装置的使用，对于生产制造过程的效率提高、质量控制、智能化制造有非常重要的作用。

由于在线检测装置是自动化应用的一个升级过程，基于行星齿轮在线检测装置的尝试和实际应用，将是自动化未来发展方向上的一个大的趋势，也是制造业提高核心竞争力的一种需求和方向。

在线检测装置应用的优势，改变了传统加工制造过程中的质量控制模式，通过自动化的方式实现工件的在线检测、数据反馈和实时补偿的闭环质量控制。使加工制造过程质量更加稳定可靠，对自动化生产模式的改进有着借鉴的意义。