周轩
陕钢集团汉中钢铁有限责任公司 陕西省汉中市 724200
【摘要】通过分析焊接机器人的信号特征，减速机曲柄轴磨损状态关系，设计一种全新的磨损故障检测方法。该系统的应用，能够输入电机转矩均值、导数均值，设定等级，建设专门的规则库。所得结论仅供参考。
【关键词】焊接机器人；置信规则库；曲柄轴磨损；减速机
在现代化车身装焊生产过程中，焊接机器人得到了广泛应用，可实现生产自动化，降低工作人员的劳动强度[1]。在确保焊接质量的同时，可实现生产效率的提升。在车身装焊过程中，该机器人得到了广泛应用，可实现装焊柔性化设计，更好支持汽车产品生产。
1 相关概述
1.1焊接机器人
焊接机器人伺服电机转矩信号特征与RV减速机之间有密切的关系，其构成如下图1所示。随着焊接机器人的大量应用，可实现零部件生产效率的提升，确保生产自动化，保障焊接质量与产品柔性。
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图1 RV传动机构成图
作为一种工业机器人，其种类包含谐波减速器、RV减速器，后者的刚度、回转精度更高，应用范围更广。
1.2曲柄轴磨损
如下图2所示，其曲柄能够作为第二季摆线轮，转动输入与转动输出。在发生磨损后，对机器人的定位精度影响很大。且伴随着抖动现象，异常响声情况。会降低机器人的使用寿命，对其安全事故产生较大的影响。
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图2 机器人减速机曲柄轴
2 某汽车生产公司焊接车间案例分析
通过对某汽车公司焊接车间提供的数据开展分析，发现焊接机器人伺服电机，所采集的矩阵信号、曲柄轴磨损状态关系。结合生产经验，维修工程师多会将曲柄轴定量划分为3种不同的磨损状态[2]。其等级包括ⅠⅡⅢ。Ⅰ为可以安全焊接需求，处于正常状态；Ⅱ为焊接次频率相对较高的产品，其磨损状态为中度；Ⅲ为无法正常焊接，其磨损为重度。
通过大范围的开展磨损故障数据分析，选择不同状态典型数据，分析采集到的转矩信号与电流信号。在各类状态下，电流周期波谷、波峰对应的波形转矩差异较大，正常状态下波形转矩平稳。可与中度磨损状态区分，或轻微颤抖，或重度磨损，且变化比较剧烈。随着其磨损程度的加深，转矩信号的变化也越来越明显。
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使用x1与x2表征转矩特征，可掌握曲柄轴原始震动信号到磨损的状态，能够为其磨损识别提供依据。在实际工程中，震动传导器会受到环境噪声的干扰，不同工况下测量精准度会产生变化。振动量不平顺，幅度也会受到影响，这类关系比较复杂，其存在着明显的非线性关系，不确定性关系等。
除此之外，若单单依靠人的经验，未能详细衡量3个磨损状态，未能贯彻标准，很难开展大量的工业故障检测[3]。进而，若单纯的使用这类对应关系，很难完全将磨损程度鉴别出来，无法正确定级。
正是因为这一原因，需要构建专门的BRB系统，才可完善相应的关系。
3 基于置信规则库推理的焊接机器人减速机曲柄轴磨损故障检测
置信规则库（Confidence rule base，简称BRB）的推理方法不完整且不稳定，主观性特征或客观性特征比较明显，建模推理能力较强。本文通过应用，置信规则库建设转矩磨损等级之间的关系，数据特征推理，在线评估磨损等级。
通过一个安装在伺服电机上的传感器，将转矩数据测出，选取均值（转矩均值、转矩导数均值）作为输入量（x0.1,x0.2）,曲柄轴的磨损故障等级，划分为Dj（j=1,2,3）视作输出量，建设输入与输出置信规则库。
在线获取两个输入量到规则库内，激活规则，融合推理算法，评估故障等级。
在理解了BRB系统后，输出步骤如下：
（1）获取输入x0引发的第k条规则激活权重wk，其计算式：
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4 仿真实验
BRB系统内的置信规则数据由参考值与输入量决定，为避免出现过多规则，更好的描述输入、输出关系，需要合理选择参考值[4]。本文研究的BRB系统，将输入量设置为6个数据的均值，使用模糊语义描述，从小到大依次为VS、PS、PM、L、ML、VL。
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获得相应的参考值，计算可得知P=6，M=4，规则为36条。
为说明BRB系统建模对磨损故障的识别、磨损程度定级等，选取300组实测转矩变量，将这些数据作为测试数据，计算出导数与均值。使用BRB方法、ER融合算法，开展磨损故障等级评估。
BRB系统建模识别，BRB系统等级结果与维修工程师给出的结果相似，诊断精准率为98.6%，详见下表1。可见本文选取的BRB方法，可代替维修工程师，实现磨损故障的自动评估与自动定级。
表1 300组测试样本集合的BRB模型输出混淆矩阵
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5 结束语
综上所述，在置信规则库推理基础上，制定出一种针对性的磨损检测方式，可从实际生产中，将主观经验转换为专家知识，结合规则库推理、证据推理，解决传统轴承检测方法精准定级问题，促使工业生产自动化、便捷化，以此确保设备检测效率与维护质量。
后期研究中，需要结合已有专家认知，优化BRB系统参数，促使建模可精准的描述磨损程度，转矩特征。该方法也可应用在其他轴承检测中，效果显著。
参考文献：
[1]王晓兵,翁旭,赵状状,胡宇,王天真,徐晓滨,李建宁.基于置信规则库推理的焊接机器人减速机曲柄轴磨损故障检测方法[J].机械传动,2019,43(04):109-114.
[2]孙牧原. 汽车三元催化器焊接机器人系统设计及应用研究[D].河北工程大学,2017,05(11):78-81.
[3]戴啟辉. 桥式双梁起重机主梁移动焊接机器人机构设计及仿真[D].安徽工业大学,2015,15(01):1-7.
[4]张明. 多机器人全自动焊接系统在海洋工程制管中的应用[D].上海交通大学,2017,28(06):22-25+34.