德國百格拉直角坐標(biāo)機(jī)器人,在工件無損探傷中的應(yīng)用原理介紹

一、直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹

德國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、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。

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)千臺各種專用機(jī)器人及生產(chǎn)線。其中一個應(yīng)用領(lǐng)域是工件無損探傷。

在直角坐標(biāo)機(jī)器人中各個軸主要是做直線運(yùn)動，而且運(yùn)動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，每一維是一個運(yùn)動軸，由一個直線運(yùn)動單元組成。一臺噴涂用三維直角坐標(biāo)機(jī)器人由三個直線運(yùn)動單元組成，而一臺碼垛機(jī)器人根據(jù)應(yīng)用要求通常由幾個一維，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)動行程0到18米；負(fù)載1~180公斤；重復(fù)定位精度0.05mm；每個軸運(yùn)動速度最高可達(dá)5米/秒。

二、應(yīng)用舉例

1、BERGER LAHR機(jī)器人在工件定位中應(yīng)用方案

1） 機(jī)器人型號及設(shè)備

X軸行程；4000mm；Y軸行程：2500mm；Z軸行程：2mm

在Z軸上安裝CCD相機(jī)，對位置進(jìn)行測量。

2）電氣結(jié)構(gòu)

⑴在機(jī)器人的運(yùn)動過程中，PC機(jī)可實(shí)時顯示X、Y、Z軸的當(dāng)前坐標(biāo)值，可對三個軸的當(dāng)前位置實(shí)時監(jiān)視；

⑵PC機(jī)通過圖象處理卡把CCD相機(jī)攝下的照片進(jìn)行處理，得到位置參數(shù)，對X、Y軸誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而達(dá)到精確定位的目的。

3 ）CCD相機(jī)的參數(shù)：

視場范圍：10mm×10mm

分辨率：256×256像素；

像素點(diǎn)尺寸：10/256≈0.039mm

中心坐標(biāo)：（128，128）

4）工作過程：

如有n×m個工件（X軸方向有n個，y方向上有m個），每個工件的尺寸為L×H（單位：mm）

⑴ 位置計(jì)算

當(dāng)定位（i，j）個工件時，機(jī)器人定位到坐標(biāo)［L（i－1）+L/2 ，H（j－1）+H/2］

同時CCD相機(jī)攝取圖象，把記錄下的位置圖象傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過二值化，求出工件實(shí)際原點(diǎn)得到當(dāng)前工件中心位置的像素點(diǎn)坐標(biāo)（X0，Y0）

注： 0《X0《256 0《Y0《256

⑵計(jì)算誤差，準(zhǔn)確定位

因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)存在誤差，在行程范圍內(nèi)X、Y軸的最大誤差接近±1mm，所以要對誤差進(jìn)行計(jì)算，并對其補(bǔ)償，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。

則X、Y軸的誤差ΔX、ΔY

ΔX = （X0－128） ×0.039

ΔY = （Y0－128） ×0.039

注：0.039為像素點(diǎn)尺寸

PC機(jī)驅(qū)動電機(jī)再走ΔX、ΔY，即完成準(zhǔn)確定位。

⑶然后即可對工件進(jìn)行測量工作。

2、 BERGER LAHR機(jī)器人在超聲波掃描儀中應(yīng)用

1）任務(wù)：航天飛船的儀表板無損掃描

（1） 機(jī)器人型號及設(shè)備

◆ PR 6/3 ， 5400mmx5400mmx400mm

◆ 在Z軸上裝配掃描頭，對儀表板進(jìn)行掃描

◆ 使用百格拉高級伺服控制系統(tǒng)TLC612，TLC411實(shí)現(xiàn)定位控制

（2） 任務(wù)要求：整個過程需要機(jī)器人的動作保持

高重復(fù)性，低振動，并且在Z軸導(dǎo)軌上，安裝可旋轉(zhuǎn)軸，從而增加了掃描的范圍，可以完成多方位的掃描任務(wù)。

2）任務(wù)：航天飛船引擎成分掃描

（1） 機(jī)器人型號及設(shè)備

◆ 選用二維直角坐標(biāo)機(jī)器人LP-4/2，完成水平和豎直方向上的動作

◆ 旋轉(zhuǎn)軸采用BERGER LAHR步進(jìn)電機(jī)VRDM31117驅(qū)動

（2） 任務(wù)要求：整個過程需要機(jī)器人的動作保持高重復(fù)性，并且要求定位極其精確，通過我們編寫的程序，可簡便地完成自動和手動操作等功能的轉(zhuǎn)換。

3）任務(wù)：大型鋼材無損探傷掃描

（1） 機(jī)器人型號及設(shè)備

◆ 選用二維直角坐標(biāo)機(jī)器人LP-4/2，完成X軸和Y軸方向上的動作

◆ 旋轉(zhuǎn)軸采用BERGER LAHR伺服電機(jī)SER31117驅(qū)動

（2） 任務(wù)要求：旋轉(zhuǎn)軸帶動長約5m的鋼件每旋轉(zhuǎn)1°時，要求Y軸方向即完成一次往復(fù)10m的掃描動作，所以整個過程需要機(jī)器人的動作保持高重復(fù)性，平穩(wěn)性，并且要求定位極其精確。

三、結(jié)束語：

本文講述了德國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)來檢驗(yàn)和識別一些印刷品的質(zhì)量。配備激光高度測量儀來對超大物體的三維形狀進(jìn)行測量和檢驗(yàn)，如大型鑄件和飛機(jī)上許多三維鋁板等。在許多測量工作中，德國百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人多年來運(yùn)行非常穩(wěn)定可靠。用德國百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人和直線運(yùn)動單元可以很快組裝成幾乎所需的各種樣式尺寸的測試專用機(jī)器人，節(jié)省時間，人力和費(fèi)用。北京兩家用戶用德國百格拉公司的直角坐標(biāo)機(jī)器人和CCD攝像機(jī)來檢驗(yàn)物體，兩年來機(jī)器人運(yùn)行非常平穩(wěn)。隨著大批量全自動化生產(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，這類直角坐標(biāo)機(jī)器人將具有更加廣范的市場前景和發(fā)展?jié)摿Γ?/p>