機(jī)器人在工件探傷中的應(yīng)用

機(jī)器人在工件探傷中的應(yīng)用  一、 直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹 
   德國(guó)百格拉公司是世界上最著名的機(jī)器人供應(yīng)商之一，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線運(yùn)動(dòng)單元 / 導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直線電機(jī)和多軸數(shù)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，在短時(shí)間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌、二維、三維標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人及用戶專用機(jī)器人和生產(chǎn)線。這些機(jī)器人可以裝備焊槍、通用手爪或?qū)Ｓ霉ぞ�，完成焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機(jī)器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來(lái)，出廠的機(jī)器人和生產(chǎn)線全部在正常工作。深受包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)新老用戶的厚愛(ài)。 
   百格拉公司的 120 多名專家及工程技術(shù)人員成功開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌，并在此基礎(chǔ)上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機(jī)器人，已為許多廠家提供了數(shù)千臺(tái)各種專用機(jī)器人及生產(chǎn)線。其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是工件無(wú)損探傷。 
   在直角坐標(biāo)機(jī)器人中各個(gè)軸主要是做直線運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標(biāo)機(jī)器人。直角坐標(biāo)機(jī)器人可分為一維到多維很多種，每一維是一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元組成。一臺(tái)噴涂用三維直角坐標(biāo)機(jī)器人由三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元組成，而一臺(tái)碼垛機(jī)器人根據(jù)應(yīng)用要求通常由幾個(gè)一維，二維和三維直角坐標(biāo)機(jī)器人組合而成。百格拉公司直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是運(yùn)動(dòng)行程 0 到 18 米 ；負(fù)載 1~180 公斤；重復(fù)定位精度 0.05mm ；每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá) 5 米 / 秒。 
   每個(gè)直線運(yùn)動(dòng)單元的主要部分是特制高強(qiáng)度高直線度鋁型材，橫截面積可實(shí)現(xiàn) 40× 40mm 2 到 120× 120mm 2 ，也可以由多根組合成為一個(gè)大截面的導(dǎo)軌。型材內(nèi)部配有特殊的鋼軌來(lái)保證機(jī)械強(qiáng)度和長(zhǎng)期保持平行度，同時(shí)也是運(yùn)動(dòng)滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)單元的特點(diǎn)是定位精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)，速度最大到 1 米 / 秒；滑動(dòng)方式分為光杠滾輪軸承導(dǎo)軌和密封軸承導(dǎo)軌；優(yōu)點(diǎn)是鋼性好、磨擦系數(shù)小、阻力低、精度高；傳動(dòng)方式主要有齒型帶、齒條和滾珠絲杠傳動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種，有時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)配 NEUGART 精密行星減速機(jī)來(lái)增大出力和減少負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 
　　根據(jù)機(jī)器人所要完成的工作，首先確定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成�？梢允驱堥T式，掛壁安裝式等。再按工作要求所給出各軸的運(yùn)動(dòng)行程、負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、加速度，動(dòng)作周期來(lái)選每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸直線運(yùn)動(dòng)單元的型號(hào)，所配驅(qū)動(dòng)電機(jī)及所配 NEUGART 精密行星減速機(jī)的型號(hào)。下圖是一個(gè)典型三維直角坐標(biāo)機(jī)器人。 
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二、百格拉公司機(jī)器人在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用案例 
1、在航天飛船部件無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用 
(1) 任務(wù)：采用超聲無(wú)損探傷對(duì)航天飛船上的許多 
部件進(jìn)行無(wú)損掃描。 
(2) 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備 
● 選用百格拉三維直角坐標(biāo)機(jī)器人 PR 6/3 , 
X ， Y ， Z 軸的有效行程分別為 5400mm ， 
5400mm 和 400mm 。在 Z 軸下端上裝配 
可旋轉(zhuǎn)超聲探頭。探頭旋轉(zhuǎn)角度是 0~360° 。 
最大可以被測(cè)物體是 5400*5400* 400 mm 。 
● 可對(duì)部件從上到下 360° 無(wú)損探傷掃描。 
掃描密度幾乎沒(méi)有限制，可以非常精密， 
也可以僅對(duì)部件的幾個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行無(wú)損 
探傷掃描。 
● 右圖是對(duì)儀表板進(jìn)行無(wú)損探傷掃描。 
(3) 任務(wù)描述：控制系統(tǒng)使用百格拉公司 TLCC ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng) TLC612 ， TLC411 實(shí)現(xiàn)定位控制。 TLCC 是一個(gè)專用工控機(jī)，通過(guò) CAN 總線控制 TLC 伺服控制系統(tǒng)。 TLCC 可以預(yù)存很多部件的幾何數(shù)據(jù)，用于引導(dǎo)超聲探頭等距離或多方位、多角度的無(wú)損探傷掃描。得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在 TLCC 中，可以給出分析探傷的結(jié)果，可以打印或上傳給上位機(jī)，以便進(jìn)一步保存和分析，也可以顯示出探傷掃描圖象及對(duì)應(yīng)濾波，增強(qiáng)、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取及分析等。 
2、
(1) 任務(wù)：航天飛船圓柱類部件無(wú)損探傷掃描 
(2) 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備 
● 選用百格拉二維直角坐標(biāo)機(jī)器人 LP-4/2 ， 
● x 軸行程為 500mm ， z 軸行程為 1300mm ， 
在 Z 軸上裝配掃描頭，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)軸可對(duì) 
儀表板由上到下每一個(gè)部位進(jìn)行 360° 掃 
描。 
● 旋轉(zhuǎn)軸采用 BERGER LAHR 步進(jìn)電機(jī) 
VRDM31117 驅(qū)動(dòng)加 NEUGART 精密 
行星減速機(jī) PLS90/8 �？刂葡到y(tǒng)使用 
百格拉公司專用工控機(jī) TLCC 。 
(3) 任務(wù)要求：整個(gè)過(guò)程需要機(jī)器人的動(dòng)作 
保持高重復(fù)性，并且要求定位極其精確， 
可簡(jiǎn)便地完成自動(dòng)和手動(dòng)操作等功能的轉(zhuǎn)換。這里探頭不轉(zhuǎn)，可以上下和前后精密運(yùn)動(dòng)。被測(cè)部件要轉(zhuǎn)動(dòng)，其它功能類同前面 1 ）中所描述的。 
3、
(1) 任務(wù)：超大型圓柱類鋼件無(wú)損探傷掃描。 
(2) 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備 
● 選用二維直角坐標(biāo)機(jī)器人 LP-8/2 ， 
● 完成 X 軸和 Z 軸方向上的動(dòng)作。 X 軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用 BERGER LAHR 伺服電機(jī) SER31122 ， SER31122 驅(qū)動(dòng)一個(gè)德國(guó) NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS90HP 。 Z 軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用 BERGER LAHR 步進(jìn)電機(jī) VRDM3913 ， VRDM3913 驅(qū)動(dòng)一個(gè)德國(guó) NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS70/64HP 。 
● 被測(cè)物體是 8m 長(zhǎng)，直徑 600mm 的柱類鋼件，放在一個(gè)大型液體容器里。大型容器的兩端各有一個(gè)夾具，用于水平固定柱類鋼件。鋼件作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸由一臺(tái) BERGER LAHR 伺服電機(jī) SER31122 配德國(guó) NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS115/64HP 驅(qū)動(dòng)。 
(3) 任務(wù)要求： 
   旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)長(zhǎng)約 8m 的鋼件每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度 X1 后靜止， Z 軸下到鋼件表面 X2 毫米高后停止。這時(shí) X 軸開始運(yùn)動(dòng)，每移動(dòng) X3 毫米探頭掃描一次，完成 X 軸方向 8m 長(zhǎng)的掃描后 X 軸和 Z 軸都處于靜止?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)軸再按原轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng) X1 度停止， X 軸開設(shè)掃描運(yùn)動(dòng)。這一過(guò)程要反復(fù)進(jìn)行到整個(gè)鋼件表面被均勻掃描一次。 
所以整個(gè)過(guò)程需要機(jī)器人的動(dòng)作保持高重復(fù)性，平穩(wěn)性，并且要求定位極其精確。 X 軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為 16384 點(diǎn)，經(jīng)行星減速機(jī) 64 倍減速后為 16384*64 。 X 軸的驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)， X 軸行走 175mm , 電機(jī)每轉(zhuǎn)一步 X 軸走 175000/16384/64 =0.167 μm. X 軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為 16384 點(diǎn)，經(jīng)行星減速機(jī) 64 倍減速后為 16384*64 。旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的周長(zhǎng)是 600*3.14 = 1884mm , 電機(jī)每轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)軸表面轉(zhuǎn)過(guò) 1884000/16384/64 =1.797 μm 。實(shí)際上用不著這樣高的精度，而用精密行星減速機(jī)的目的是為了大量減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比，來(lái)保證各軸的精確平穩(wěn)運(yùn)行。 控制系統(tǒng)使用百格拉公司專用工控機(jī) TLCC ，其功能同前面的兩個(gè)應(yīng)用。 
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三、結(jié)束語(yǔ)： 
   本文講述了德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人配套超聲波掃描儀，在工件探傷中的三例應(yīng)用。此外，德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人還被打量用于 X 射線探傷掃描。類似的應(yīng)用還有配備 CCD 攝像機(jī)來(lái)檢驗(yàn)和識(shí)別一些印刷品的質(zhì)量。配備激光高度測(cè)量?jī)x來(lái)對(duì)超大物體的三維形狀進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn)，如大型鑄件和飛機(jī)上許多三維鋁板等。在許多測(cè)量工作中，德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人多年來(lái)運(yùn)行非常穩(wěn)定可靠。用德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人和直線運(yùn)動(dòng)單元可以很快組裝成幾乎所需的各種樣式尺寸的測(cè)試專用機(jī)器人，節(jié)省時(shí)間，人力和費(fèi)用。北京兩家用戶用德國(guó)百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人和 CCD 攝像機(jī)來(lái)檢驗(yàn)物體，兩年來(lái)機(jī)器人運(yùn)行非常平穩(wěn)。隨著大批量全自動(dòng)化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展及很多產(chǎn)品要在許多生產(chǎn)環(huán)節(jié) 100% 被檢測(cè)，這類直角坐標(biāo)機(jī)器人將具有更加廣范的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿Γ?nbsp;

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