[發明專利]基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統及方法

在審

• 申請號: 201811375064.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109282987A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 閻紹澤;馬東輝;王帥奇;王洋;劉秋平;李巖
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京中技克美諧波傳動股份有限公司
• 主分類號: G01M13/021
• 分類號: G01M13/021;G01M13/025
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，包括設置在光學平臺(17)上的電機驅動系統、圖像采集系統和靜態加載系統；

所述的電機驅動系統包括第一聯軸器(13)，第一聯軸器(13)一端連接伺服電機(11)，另一端連接諧波減速器(14)一端，諧波減速器(14)另一端連接第二聯軸器(16)的一端，第二聯軸器(16)的另一端連接在靜態加載系統上；

所述的靜態加載系統包括與第二聯軸器(16)連接的階梯軸(34)，階梯軸(34)另一端連接轉動圓盤(31)，所述階梯軸(34)通過軸承(33)安裝在U型支架(32)上，所述的轉動圓盤(31)、U型支架(32)和階梯軸(34)軸線重合；

所述的圖像采集系統包括光源(21)、光束轉折器上反射鏡(22)和照相機(27)，光束轉折器上反射鏡(22)安裝在光束轉折器上反射鏡鏡架(23)的下端，光束轉折器的上反射鏡鏡架(23)安裝在光束轉折器立柱(26)上，光束轉折器下反射鏡(24)安裝在光束轉折器下反射鏡鏡架(25)的上端，光束轉折器下反射鏡鏡架(25)設置在光束轉折器立柱(26)上，光束轉折器下反射鏡(24)對準所述諧波減速器(14)的輪齒嚙合區域，光束轉折器上反射鏡(22)和光束轉折器下反射鏡(24)的光軸重合，照相機(27)設置在照相機升降臺(28)上，照相機(27)與鏡頭(29)的光軸重合，并通過光束轉折器上反射鏡(22)的圓心，鏡頭(29)安裝在鏡頭支架(210)上，光源(21)平行于所述光學平臺(17)，并分別從所述光束轉折器立柱(26)的兩側照射到所述諧波減速器(14)局部的嚙合區域。

2.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述的伺服電機(11)安裝在伺服電機支架(12)上，所述諧波減速器(14)安裝在所述諧波減速器支架(15)上，所述的服電機支架(12)和諧波減速器支架(15)設置在所述光學平臺(17)上。

3.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述的U型支架(32)設置在光學平臺(17)上，轉動圓盤(31)上通過鐵絲懸掛有砝碼(35)。

4.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述的光束轉折器立柱(26)、照相機升降臺(28)和鏡頭支架(210)設置在所述光學平臺(17)上。

5.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述的伺服電機(11)、第一聯軸器(13)、諧波減速器(14)、第二聯軸器(16)、階梯軸(34)、轉動圓盤(31)的軸線相互重合。

6.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述光束轉折器上反射鏡鏡架(23)和光束轉折器下反射鏡鏡架(25)均可以繞光束轉折器立柱(26)轉動，從而帶動安裝在其中的光束轉折器上反射鏡(22)和光束轉折器下反射鏡(24)繞光束轉折器立柱(26)轉動；所述光束轉折器上反射鏡(22)還可繞所述光束轉折器上反射鏡鏡架(23)轉動，所述光束轉折器下反射鏡(24)還可繞所述光束轉折器下反射鏡鏡架(25)轉動。

7.根據權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統，其特征在于，所述的照相機(27)的光軸與機驅動系統的軸線垂直。

8.基于權利要求1所述的基于數字圖像相關法的諧波傳動嚙合剛度測試系統的方法，其特征在于，

該測試方法包括準備階段和測試階段，其中準備階段具體包括以下步驟：

(1)通過噴漆的方法在諧波減速器(14)待測輪齒端面制備人工散斑；

(2)調整電機驅動系統中伺服電機(11)和諧波減速器(14)的位置，以及靜態加載系統中轉動圓盤(31)、U型支架(32)和階梯軸(34)的位置，使其滿足同軸度要求；

(3)調整圖像采集系統中光束轉折器上反射鏡(22)、光束轉折器下反射鏡(24)、照相機(27)和鏡頭(29)的位置，通過旋轉光束轉折器下反射鏡鏡架(25)和光束轉折器下反射鏡(24)，調整所述光束轉折器下反射鏡鏡架(25)的高度，使光束轉折器下反射鏡(24)對準諧波減速器(14)的某一個輪齒嚙合區域；調整光束轉折器上反射鏡鏡架(23)的位置，使光束轉折器上反射鏡(22)與光束轉折器下反射鏡(24)的光軸重合；調整照相機升降臺(28)和鏡頭支架(210)的高度，使照相機(27)與鏡頭的光軸(29)重合，并通過光束轉折器上反射鏡(22)的圓心；

(4)調整圖像采集系統中光源(21)的位置，使光源(21)的兩個激光頭平行于光學平臺(17)，并分別從光束轉折器立柱(26)的兩側照射到諧波減速器(14)局部的嚙合區域，使光束轉折器下反射鏡(24)中呈現清晰的嚙合圖像；

測試階段具體包括以下步驟：

(1)設置伺服電機(11)的參數，使諧波減速器(14)正常工作；

(2)開啟照相機(27)，并在計算機上打開配套的軟件，保證兩者的連接；

(3)打開光源(21)，調節至合適光強并照射在諧波減速器(14)的輪齒嚙合區域，經光束轉折器下反射鏡(24)和光束轉折器上反射鏡(22)的反射以及鏡頭(29)的放大作用后，通過照相機(27)觀察到輪齒端面的清晰圖像；

(4)調整伺服電機(11)的輸出轉角，使待測輪齒剛好進入嚙合狀態，采用照相機(27)分別記錄下加載前后待測輪齒端面的嚙合圖像；

(5)增大伺服電機(11)的輸出轉角，使得待測輪齒進入下一個嚙合狀態，采用照相機(27)分別記錄下加載前后待測輪齒端面的嚙合圖像；

(6)繼續增大伺服電機(11)的輸出轉角，重復上述工作，直到完成一個完整嚙合過程為止；

(7)將上述獲得的一系列嚙合圖像導入計算機進行數字圖像相關處理，獲得在不同嚙合狀態下加載前后待測輪齒端面的變形信息，通過理論計算求得所述諧波減速器待測輪齒在嚙合過程中嚙合剛度的變化規律。