[发明专利]基于数字图像相关法的谐波传动啮合刚度测试系统及方法

说明书

一种基于数字图像相关法的谐波传动啮合刚度测试系统，包括电机驱动系统、图像采集系统和静态加载系统，电机驱动系统主要包括：伺服电机、谐波减速器和联轴器；图像采集系统主要包括：光源、光束转折器、照相机、照相机升降台和镜头；静态加载系统主要包括：转动圆盘、U型支架、阶梯轴、砝码和轴承，首先在待测轮齿端面制备人工散斑，接着用照相机获取不同啮合位置处加载前后轮齿端面的啮合图像，通过计算待测轮齿发生的变形和受到的啮合力，可以得到啮合过程中待测轮齿啮合刚度的变化规律。本发明不仅适用于不同型号的谐波减速器，而且具有操作简便、计算高效等优点。

技术领域

本发明涉及谐波齿轮传动测试技术领域，特别涉及基于数字图像相关法的谐波传动啮合刚度测试系统及方法。

背景技术

谐波齿轮传动是目前工业机器人和空间机器人中的核心零部件。由于谐波齿轮传动基于柔轮的连续弹性变形来实现啮合传动，所以啮合过程中轮齿之间存在非常复杂的非线性力学行为。其中，啮合刚度的变化是导致系统振动和传动误差的主要原因之一。由于传统的理论和数值方法均不能准确地预测谐波齿轮传动啮合刚度的真实变化规律，而本领域缺少相应的测试技术，导致现有的谐波齿轮传动系统动力学模型不完善，限制了机器人工作精度和可靠性的提升。

现有的实验技术主要用于测试谐波齿轮传动系统的扭转刚度，无法测试谐波齿轮传动啮合过程中轮齿的啮合刚度。包括以下专利：一种谐波齿轮减速器啮合扭转刚度的测量装置，申请号：CN201610985989.5；一种谐波齿轮减速器啮合扭转刚度的测量方法，申请号：CN201610985990.8；一种谐波减速器动态扭转刚度分析装置与方法，申请号：CN201710756536.X；一种滞回刚度测量装置，申请号：CN201410820925.0；一种谐波减速器传动刚度测试方法，申请号：CN201610489051.4；一种应用于谐波减速器的扭转刚度测试机，申请号：CN201520306860.8等。

综上所述，需要一种谐波齿轮传动啮合刚度测试系统及方法来系统地分析啮合过程中轮齿啮合刚度的变化规律，从而实现谐波齿轮传动系统动力学模型的精细建模，提高谐波齿轮传动的传动性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于数字图像相关法的谐波传动啮合刚度测试系统及方法，可以系统地分析啮合过程中轮齿啮合刚度的变化规律，从而实现谐波齿轮传动系统动力学模型的精细建模，提高谐波齿轮传动的传动性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于数字图像相关法的谐波传动啮合刚度测试系统，包括设置在光学平台17上的电机驱动系统、图像采集系统和静态加载系统；

所述的电机驱动系统包括第一联轴器13，第一联轴器13一端连接伺服电机11，另一端连接谐波减速器14一端，谐波减速器14另一端连接第二联轴器16的一端，第二联轴器16的另一端连接在静态加载系统上；

所述的静态加载系统包括与第二联轴器16连接的阶梯轴34，阶梯轴34另一端连接转动圆盘31，所述阶梯轴34通过轴承33安装在U型支架32上，所述的转动圆盘31、U型支架32和阶梯轴34轴线重合；

所述的图像采集系统包括光源21、光束转折器上反射镜22和照相机27，光束转折器上反射镜22安装在光束转折器上反射镜镜架23的下端，光束转折器的上反射镜镜架23安装在光束转折器立柱26上，光束转折器下反射镜24安装在光束转折器下反射镜镜架25的上端，光束转折器下反射镜镜架25设置在光束转折器立柱26上，光束转折器下反射镜24对准所述谐波减速器14的轮齿啮合区域，光束转折器上反射镜22和光束转折器下反射镜24的光轴重合，照相机27设置在照相机升降台28上，照相机27与镜头29的光轴重合，并通过光束转折器上反射镜22的圆心，镜头29安装在镜头支架210上，光源21平行于所述光学平台17，并分别从所述光束转折器立柱26的两侧照射到所述谐波减速器14局部的啮合区域。