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一 任務描述
激光噴丸強化技術是使用高功率密度、短脈沖的強激光束替代有質彈丸，對金屬板料表面進行沖擊來有效地提高金屬零件的強度和使用壽命。比如對飛機螺旋漿每個葉片四周進行激光噴丸就會大大提高其強度。但由于激光束強度大，單面噴丸后也會表面產生凸凹的小坑，所以最好是從兩面同時激光噴丸來避免其表面產生凸凹的小坑。在激光噴丸的同時要噴上冷卻水。由于激光設備重，怕震，所以就要求用5軸機器人帶動螺旋漿運動，來完成對每個葉片四周的噴丸。由于螺旋漿和葉片的形狀，加上必須兩面同時噴丸，對機器人的控制系統要求很高，最好帶RTCP功能，
二 5軸直交坐標機器人的結構及配置
以下是德國百格拉公司5軸直角坐標機器人的外形圖，它由三個直線運動軸X軸,Y軸,Z軸，一個轉動軸A軸和一個擺動軸B軸組成。
總負載最大20公斤，XYZ三個軸的有效行程都為500mm，最高運行速度200mm/s，最大加速度1m/s2，重復定位精度為±0.05mm。旋轉軸轉動范圍±360°，擺動軸擺動范圍±45°，它們的重復定位精度：≤0.02°，最大旋轉運動速度：5°/s。
根據上面的要求各個運動軸的選擇和配置如下：
X軸是兩根PAS44BBM500,配德國紐卡特精密行星減速機PLE80-15和德國百格拉公司的交流伺服電機SER31117。
Y軸是由兩根PAS44BBM500組合成的MAXH3BRM500,配德國紐卡特精密行星減速機PLE80-15和德國百格拉公司的交流伺服電機SER31117。
Z軸是兩根PAS43BBM500,配德國紐卡特精密行星減速機PLE80-40和德國百格拉公司的交流伺服電機SER31117。
A軸是轉動軸，由德國紐卡特精密行星減速機PLFE90-40和德國百格拉公司的交流伺服電機SER31117組成。
B軸是擺動軸，由德國紐卡特精密行星減速機PLFE90-40和德國百格拉公司的交流伺服電機SER31117組成。
大負載大行程機器人
對于大負載大行程直角坐標機器人，X軸，Y軸和Z軸可以選用兩根110mm*110mm直線運動單元并排組合。每根直線運動單元組合的型號是PAS44BB，其里面采用THK SHS 25導軌和兩個滑塊。單根THK SHS 25導軌單個滑塊時最大理論載荷為：C=36.8 KN, C0=64.7 KN (千牛頓)。而且一根PAS44BB可以按需要采用多個滑塊。當每根運動軸帶兩個滑塊，對應實際上是4個THK滑塊，所以其負載能力至少要達到800~1000公斤。當把兩根運動軸PAS44BB并排剛性連接起來使用時，其負載能力可以增加2倍，所以這里采用的雙軸雙滑塊結構其負載能力可增加到2噸。按需要來選擇每根直線運動單元上帶幾個滑塊以及幾根直線運動單元并排組合，來滿足其帶負載能力。
可以采用絲杠驅動，也可以采用齒輪齒條傳動來滿足大行程機器人的需要。采用齒輪齒條傳動的切割機器人的最大行程行程可以達到24米，詳情請與沈陽百格機器人有限公司聯系。
三 驅動電機和行星減速機
選用伺服電機做驅動軸，在這里其負載的轉動慣量與伺服電機的轉動慣量比要小于5，來保證其高動態特性。為了保證負載的轉動慣量與伺服電機比小于5，我們選配德國紐卡特公司的精密行星減速機。驅動電機的最大出力都比理論計算值至少高出100%。有關A軸和B軸我們選擇德國紐卡特公司的精密行星減速機PLFE90-40。PLFE精密行星減速機是法蘭輸出式，非常適合驅動旋轉軸和擺動軸。而且PLFE減速機體積小，出力大，反向間隙小，橫向力和經向力很大和噪音有關驅動電機和減速機的詳細技術數據和使用注意事項請與沈陽百格機器人公司聯系。
四 直角坐標機器人的控制系統
由于螺旋漿和葉片的形狀必須兩面同時對同一點進行噴丸，所以對機器人的控制系統要求很高，最好帶RTCP功能。我們一般選用大連大森數控技術公司的Dasen-15。Dasen-15系統采取開放式結構，以運動控制卡和WINDOWS為基層，按需要采用個運動5軸，32路輸入口和32路輸出口。該系統除含有常規的G代碼外，還具有RTCP功能。通過RTCP功能使編程簡單，使兩面同時對同一點進行噴丸成為現實。
RTCP功能
編程時只需給出刀具刀尖點的坐標及其刀具在水平和垂直兩個方向的角度即（X，Y，Z，A，B），使得編程標準化，編程僅與工件有關，與機床結構形式無關。強大的RTCP（Rotation tool Centre point）功能利用5軸坐標變換自動把刀尖位置數據（X，Y，Z，A，B）實時分解成5個軸的各自運動量，確保其連續平穩精確高速運動。
5軸坐標變換功能
不同的機床結構使得各個運動軸間不再一定是垂直關系，而是有一夾角，這簡化了機床結構和安裝精度要求。編程數據是理論上相互垂直的X，Y，Z軸。一個直角坐標軸的運動是利用兩個軸的復合運動來實現。當走一空中直線或弧線插補時，就自動把各個空間坐標點分解成各個軸對應的運動量及運動速度。自動把工件坐標系的標準化程序轉換為實際機床坐標系的程序。把極坐標編程數據轉換成直角坐標的編程數據。把RTCP編程數據（X，Y，Z，A，B）實時變換為5個軸的各自運動量。適用帶各種旋轉軸和擺動軸的立式加工中心和臥式加工中心，可以是銑削加工中心或車削加工中心。
精密測量功能
強大的RTCP功能使DASEN15適用各種結構形式的機床，簡化了機床結構。相互垂直坐標軸的脈沖當量可以任意簡單設置。但任意夾角的兩軸組合成斜軸，工作臺上旋轉軸和擺動軸的脈沖當量，刀具擺動式擺軸刀尖點的脈沖當量等計算是非常困難的。利用精密測量各個軸的一些特定的運動來自動換算出各個軸的實際脈沖當量，保證機床的加工精度，簡化機床的裝配精度。
該系統采用閉環高精度控制，非常適合用于5軸聯動直角坐標機器人，實現復雜曲面上復雜軌跡的雙面同一點同時噴丸。
五、應用和展望
采用運動軸組合加強技術可以實現大負載大行程5軸直角坐標機器人。采用DASEN15系統可以對裝配時的誤差進行補償。這種結構和配置可以實現對任意大的復雜曲面上復雜軌跡的雙面同時噴丸控制，適合對各種飛機和軍艦等發動機葉輪的噴丸強化處理。
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