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(yùn)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(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、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(gè)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(gè)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(gè)運(yùn)動軸，由一個(gè)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(gè)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(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)動速度最高可達(dá)5米/秒。

　　每個(gè)直線運(yùn)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(shí)現(xiàn)40×40mm2到120×120mm2，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保證機(jī)械強(qiáng)度和長期保持平行度，同時(shí)也是運(yùn)動滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導(dǎo)軌的直線運(yùn)動單元的特點(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(shí)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(yùn)動行程、負(fù)載、運(yùn)動速度、加速度，動作周期來選每個(gè)運(yùn)動軸直線運(yùn)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。

　　二、機(jī)器人在無損檢測中的應(yīng)用案例-在航天飛船部件中無損檢測

　　任務(wù)1：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。

　　●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PR6/3，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*400mm。

　　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(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行無損探傷掃描。

　　●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(shí)現(xiàn)定位控制。TLCC是一個(gè)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。

　　任務(wù)2：航天飛船圓柱類部件無損探傷掃描

　　●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(gè)部位進(jìn)行360°掃描。旋轉(zhuǎn)軸采用BERGERLAHR步進(jìn)電機(jī)VRDM31117驅(qū)動加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。

　　●任務(wù)要求：整個(gè)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(yùn)動。被測部件要轉(zhuǎn)動，其它功能類同前面1）中所描述的。

　　任務(wù)3：超大型圓柱類鋼件無損探傷掃描。

　　●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BERGERLAHR伺服電機(jī)SER31122，SER31122驅(qū)動一個(gè)德國NEUGART公司精密行星減速機(jī)PLS90HP。Z軸驅(qū)動電機(jī)采用BERGERLAHR步進(jìn)電機(jī)VRDM3913，VRDM3913驅(qū)動一個(gè)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(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)動軸由一臺BERGERLAHR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。

　　●任務(wù)要求：

　　旋轉(zhuǎn)軸帶動長約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，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(yùn)動。這一過程要反復(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(diǎn)，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=0.167μm.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=1.797μm。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(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。

　　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。