BAHR公司直角坐標機器人在檢測中的應用

文章作者：上海眾拓機器人技術有限公司 

參考資料：德國BAHR公司直角坐標機器人

關鍵詞：直角坐標機器人、無損檢測、探傷、運動控制、伺服系統

無損檢測是指在不破壞產品的形狀、結構和性能的情況下，為了了解產品及各種結構物材料的質量、狀態、性能及內部結構所進行的各種檢測叫做無損檢測；常用的無損檢測方法有：射線檢測（RT）、超聲波檢測（UT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）、渦流檢測（ET）和目視檢測（VT）。

隨著機器人技術的發展，直角坐標機器人技術在無損檢測行業得到了廣泛的應用。直角坐標機器人作為執行機構，具用控制方便，執行動作靈活，可以實現復雜的空間軌跡控制。上海眾拓機器人技術有限公司在多年機器人技術應用、數控技術和產品研發基礎上，依托德國BAHR公司直線定位系統性及機械手臂開發出了價比優良的系列數控檢測探傷機器人，廣泛應用在金屬冶金、汽車制造、航空航天等行業，是航空、汽車等行業重要的檢測裝備。

典型三坐標機器人圖片一
            

應用案例一：三坐標壁掛機器人對液晶顯示器的檢測。

一、工作要求：

1、 用視覺系統對電腦液晶顯示器進行檢測。

2、 檢測范圍：X ， Y ， Z 軸的有效行程分別為2500mm ，600mm 和 400mm 。在 Z 軸下端裝配 可旋轉視覺像機。相機可旋轉。

3、  工件形狀：工件為電腦液晶顯示器，該顯示器有大有小，工作臺每次安裝10個顯示器，以備檢測。

4、 系統定位精度及分辨率：重復定位度為±0.025mm,系統分辨率0.01 mm。

5、 控制系統：系統要求能夠對檢測數據要進行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強、放大、旋轉、特征提取、將掃描結果打印或上傳給上位機、位置標記 等。

二、機器人的組成                               
       該機器人由安裝架及顯示器工作臺、機器人定位系統、伺服驅動系統、末端檢測設備（相機）、控制系統等組成

1、機器人定位系統

機器人定位系統是整臺設備的核心，為德國bahr公司產品， X,Y,Z三坐標均選擇為高精密滾珠絲杠傳動，單坐標重復定位精度為0.025mm。

X軸選用DLK200定位單元，由一臺1000W伺服電機驅動。伺服電機與滾珠絲杠直接連接。

Y軸選用DLK160定位系統單元，由于結構要求，Y 軸是該運動結構的最末端。伺服電機與滾珠絲杠直接連接。

Z軸選用DLK160定位系統單元，Z軸的下端安裝電機，上端安裝Y軸,其滑塊與X軸滑塊。伺服電機與滾珠絲杠直接連接。

    一臺微型伺服電機帶動一臺精密行星減速機，行星減速機輸出端安裝視覺系統，形成旋轉軸。所有這些元件均安裝Y軸的滑塊上。

2、伺服驅動系統

選用具伺服電機。每個運動軸配有一臺伺服電機及一臺減速機，四個運動軸，共四套伺服電機和四臺減速機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。

3、視覺系統

該部分由光源、鏡頭等組成。功能是時時將圖像傳輸給控制中心。

4、控制系統

控制系統由PLC、觸摸屏組成。

5、安全防護裝置

該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護。

應用案例二：三坐標龍門機器人對小型零件的檢測。

一、工作要求：
1、采用超聲波檢測（UT）方法對飛機的各種小型零部件進行無損掃描檢測。

2、 探傷范圍：X ， Y ， Z 軸的有效行程分別為800mm ，600mm 和 400mm 。在 Z 軸下端上裝配 

旋轉超聲探頭。探頭旋轉角度是 0~360°。

3、  工件形狀：工件形狀包含圓弧、直線、曲面等各種元素，所以要求機器人能夠方便實現空間插補。

4、  定位精度及分辨率：重復定位度為±0.05mm,系統分辨率0.01 mm

5、 控制系統：系統要求能夠對檢測數據要進行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強

放大、旋轉、特征提取、將探傷結果打印或上傳給上位機、位置標記 等。同時要求系統能夠根據工件的圖紙生成可執行的運動控制文件。

二、機器人組成：
       該機器人由安裝架、機器人定位系統、伺服驅動系統、末端檢測設備（相機）、控制系統等組成。
       1、機器人安裝架

檢測室的運動速度較慢，負載較輕，使用鋁型支架就可以了。

2、機器人定位系統

機器人定位系統是整臺設備的核心，為德國bahr公司產品， X,Y,Z三坐標均選擇為同步齒形帶傳動，單坐標重復定位精度為0.05mm，最快直線運動速度：1000mm/s。

其中X坐標軸為兩根長度為1200mm，跨度為800mm的定位系統ELZ40，由同步傳輸器保證兩根定位系統運動的同步，由一臺400W伺服電機驅動。出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。

Y軸選用ELZ40和ELR40定位單元，由于結構要求，兩個定位單元上下并排放置。ELZ40為主驅動結構，ELR40位輔助結構。兩根定位系統由一臺400W伺服電機驅動，出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。

Z軸選用ELSZ40定位系統單元，出于安裝考慮，滑塊需要延長，并與Y軸滑塊固定在一起。，驅動定位體的伺服電機驅動和滑塊安裝在一起。。實際應用中我們選擇了一臺400W帶抱閘的伺服電機，匹配了一臺行星減速機。

    旋轉軸安裝在Z軸的末端，于一臺微型伺服電機帶動一臺精密行星減速機形成，超聲波探頭安裝在減速機的輸出端，隨減速機的旋轉而旋轉。

3、伺服驅動系統

選用具有總線功能伺服電機。每個運動軸配有一臺伺服電機及一臺精密減速機，四個運動軸，共四套伺服電機和四臺減速機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。

4、探傷系統

該部分由超聲波探頭、數據處理模塊輔助水槽等組成。

5、控制系統

控制系統由PLC、觸摸屏組成。該系統擁有強大的Profibus通訊功能。能夠將數據實時傳輸給以太網，能夠將控制指令以總線的方式發送給伺服系統，使整個的運動相當流暢。該系統可預置多種工件的程序，更換品種時可在觸摸屏上調用相應程序。

6、安全防護裝置

該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護。