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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)格的直線運動單元 / 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霉ぞ撸瓿珊附印徇\、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動，而且運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，每一維是一個運動軸，由一個直線運動單元組成。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 ;每個軸運動速度最高可達(dá) 5 米 / 秒。
每個直線運動單元的主要部分是特制高強(qiáng)度高直線度鋁型材，橫截面積可實現(xiàn) 40× 40mm 2 到 120× 120mm 2 ,也可以由多根組合成為一個大截面的導(dǎo)軌。型材內(nèi)部配有特殊的鋼軌來保證機(jī)械強(qiáng)度和長期保持平行度，同時也是運動滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導(dǎo)軌的直線運動單元的特點是定位精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng)，速度最大到 1 米 / 秒；滑動方式分為光杠滾輪軸承導(dǎo)軌和密封軸承導(dǎo)軌；優(yōu)點是鋼性好、磨擦系數(shù)小、阻力低、精度高；傳動方式主要有齒型帶、齒條和滾珠絲杠傳動；驅(qū)動電機(jī)主要分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種，有時驅(qū)動電機(jī)配 NEUGART 精密行星減速機(jī)來增大出力和減少負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量。
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。可以是龍門式，掛壁安裝式等。再按工作要求所給出各軸的運動行程、負(fù)載、運動速度、加速度，動作周期來選每個運動軸直線運動單元的型號，所配驅(qū)動電機(jī)及所配 NEUGART 精密行星減速機(jī)的型號。下圖是一個典型三維直角坐標(biāo)機(jī)器人。
二、百格拉公司機(jī)器人在無損檢測中的應(yīng)用案例
1、在航天飛船部件無損檢測中的應(yīng)用
（1） 任務(wù)：采用超聲無損探傷對航天飛船上的許多
部件進(jìn)行無損掃描。
（2） 機(jī)器人型號及設(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° .
最大可以被測物體是 5400*5400* 400 mm .
● 可對部件從上到下 360° 無損探傷掃描。
掃描密度幾乎沒有限制，可以非常精密，
也可以僅對部件的幾個關(guān)鍵部位進(jìn)行無損
探傷掃描。
● 右圖是對儀表板進(jìn)行無損探傷掃描。
（3） 任務(wù)描述：控制系統(tǒng)使用百格拉公司 TLCC ,驅(qū)動電機(jī)是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng) TLC612 , TLC411 實現(xiàn)定位控制。 TLCC 是一個專用工控機(jī)，通過 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、多角度的無損探傷掃描。得到的測量數(shù)據(jù)可以存儲在 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損探傷掃描
（2） 機(jī)器人型號及設(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，通過可旋轉(zhuǎn)軸可對
儀表板由上到下每一個部位進(jìn)行 360° 掃
描。
● 旋轉(zhuǎn)軸采用 BERGER LAHR 步進(jìn)電機(jī)
VRDM31117 驅(qū)動加 NEUGART 精密
行星減速機(jī) PLS90/8 .控制系統(tǒng)使用
百格拉公司專用工控機(jī) TLCC .
（3） 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，
可簡便地完成自動和手動操作等功能的轉(zhuǎn)換。這里探頭不轉(zhuǎn)，可以上下和前后精密運動。被測部件要轉(zhuǎn)動，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損探傷掃描。
（2） 機(jī)器人型號及設(shè)備
● 選用二維直角坐標(biāo)機(jī)器人 LP-8/2 ,
● 完成 X 軸和 Z 軸方向上的動作。 X 軸驅(qū)動電機(jī)采用 BERGER LAHR 伺服電機(jī) SER31122 , SER31122 驅(qū)動一個德國 NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS90HP . Z 軸驅(qū)動電機(jī)采用 BERGER LAHR 步進(jìn)電機(jī) VRDM3913 , VRDM3913 驅(qū)動一個德國 NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS70/64HP .
● 被測物體是 8m 長，直徑 600mm 的柱類鋼件，放在一個大型液體容器里。大型容器的兩端各有一個夾具，用于水平固定柱類鋼件。鋼件作為轉(zhuǎn)動軸由一臺 BERGER LAHR 伺服電機(jī) SER31122 配德國 NEUGART 公司精密行星減速機(jī) PLS115/64HP 驅(qū)動。
（3） 任務(wù)要求：
旋轉(zhuǎn)軸帶動長約 8m 的鋼件每旋轉(zhuǎn)一個角度 X1 后靜止， Z 軸下到鋼件表面 X2 毫米高后停止。這時 X 軸開始運動，每移動 X3 毫米探頭掃描一次，完成 X 軸方向 8m 長的掃描后 X 軸和 Z 軸都處于靜止?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)軸再按原轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動 X1 度停止， X 軸開設(shè)掃描運動。這一過程要反復(fù)進(jìn)行到整個鋼件表面被均勻掃描一次。
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。 X 軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為 16384 點，經(jīng)行星減速機(jī) 64 倍減速后為 16384*64 . X 軸的驅(qū)動軸每轉(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，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)對應(yīng)的周長是 600*3.14 = 1884mm , 電機(jī)每轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)軸表面轉(zhuǎn)過 1884000/16384/64 =1.797 μm .實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)動電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量比，來保證各軸的精確平穩(wěn)運行。 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應(yīng)用。
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，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)來檢驗物體，兩年來機(jī)器人運行非常平穩(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?script>s("content_relate");
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