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沈陽力拓自動(dòng)化控制技術(shù)有限公司 文章作者：楊樹彬
關(guān)鍵詞：直角坐標(biāo)機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)械手、運(yùn)動(dòng)控制、伺服系統(tǒng)
無損檢測是指在不破壞產(chǎn)品的形狀、結(jié)構(gòu)和性能的情況下，為了了解產(chǎn)品及各種結(jié)構(gòu)物材料的質(zhì)量、狀態(tài)、性能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)所進(jìn)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）。
應(yīng)用案例一：三坐標(biāo)壁掛機(jī)器人對液晶顯示器的檢測。
一、工作要求：
1、采用視覺系統(tǒng)對地?fù)巷@示器進(jìn)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(zhuǎn)視覺像機(jī)。相機(jī)可旋轉(zhuǎn)。
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(tái)每次安裝10個(gè)顯示器，以備檢測。
4、 定位位精度及分辨率：
重復(fù)定位度為±0.025mm,系統(tǒng)分辨率0.01 mm
5、控制系統(tǒng)：
系統(tǒng)要求能夠?qū)z測數(shù)據(jù)要進(jìn)行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強(qiáng)、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取、將掃描結(jié)果打印或上傳給上位機(jī)、位置標(biāo)記 等。
二、機(jī)器人組成：
該機(jī)器人由安裝架及顯示器工作臺(tái)、機(jī)器人定位系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、末端檢測設(shè)備（相機(jī)）、控制系統(tǒng)等組成。
2、機(jī)器人定位系統(tǒng)
機(jī)器人定位系統(tǒng)是整臺(tái)設(shè)備的核心，為德國bahr公司產(chǎn)品， X,Y,Z三坐標(biāo)均選擇為高精密滾珠絲杠傳動(dòng)，單坐標(biāo)重復(fù)定位精度為0.025mm。
X軸選用DLK200定位單元，由一臺(tái)1000W伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接連接。
Y軸選用DLK160定位系統(tǒng)單元，由于結(jié)構(gòu)要求，Y 軸是該運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的最末端。伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接連接。
Z軸選用DLK160定位系統(tǒng)單元，Z軸的下端安裝電機(jī)，上端安裝Y軸,其滑塊與X軸滑塊。伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接連接。
一臺(tái)微型伺服電機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)精密行星減速機(jī)，行星減速機(jī)輸出端安裝視覺系統(tǒng)，形成旋轉(zhuǎn)軸。所有這些元件均安裝Y軸的滑塊上。
3、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
選用具有通用功能的伺服電機(jī)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸配有一臺(tái)伺服電機(jī)及一臺(tái)減速機(jī)，四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，共四套伺服電機(jī)和四臺(tái)減速機(jī)，其中垂直運(yùn)動(dòng)軸為帶抱閘伺服電機(jī)。
4、視覺系統(tǒng)
該部分由光源、鏡頭等組成。功能是時(shí)時(shí)將圖像傳輸給控制中心。
5、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由大型PLC、觸摸屏組成。
6、安全防護(hù)裝置
該機(jī)具有故障提示及報(bào)警功能，并且每次出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機(jī)器人碰撞保護(hù)功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護(hù)。
應(yīng)用案例二：直線伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)器人定位系統(tǒng)在圖像處理上的應(yīng)用
一、 工作要求：
1、采用視覺系統(tǒng)對圖像進(jìn)行檢測。
2、檢測范圍：
X ， Y 的有效行程分別為500mm 和 400mm 。在 Y 軸下端裝配 視覺像機(jī)。
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(tái)每次安裝10個(gè)顯示器，以備檢測。
4、 定位位精度及分辨率：
定位度為0.01mm
5、控制系統(tǒng)：
系統(tǒng)要求能夠?qū)z測數(shù)據(jù)要進(jìn)行分析處理。
二、機(jī)器人組成：
該機(jī)器人由安裝架及顯示器工作臺(tái)、機(jī)器人定位系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、末端檢測設(shè)備（相機(jī)）、控制系統(tǒng)等組成。
1、機(jī)器人定位系統(tǒng)
因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)要求的定位精度很高，用一般的傳動(dòng)方式，如滾珠絲杠傳動(dòng)，很難實(shí)現(xiàn)，我們選者了直線伺服電機(jī)定位單元。
X軸選用兩根DSM120定位單元。該定位系統(tǒng)的軌道是由兩排直線滾珠軌道組成的，軌道并排安裝在DS120定位型材的內(nèi)底面兩側(cè)，直線電機(jī)的定子安裝在DS120定位型材內(nèi)底面的中部，直線電機(jī)的動(dòng)子安裝在DS120的滑塊上，滑塊與軌道安裝在一起，在軌道上運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)電機(jī)分別由兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)，由同一控制信號控制，保證嚴(yán)格的同步。
Y軸選用一根DSM120定位單元，為便于安裝負(fù)載，DSM120 滑塊安裝面與工作臺(tái)面垂直。負(fù)載直接安裝在該軸的滑塊上。
2、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
直線伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)已經(jīng)與定位單元融為一體，不再需要其他的驅(qū)動(dòng)。
3、視覺系統(tǒng)
該部分由光源、鏡頭等組成。功能是時(shí)時(shí)將圖像傳輸給控制中心。
4、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由大型PLC、觸摸屏組成。
應(yīng)用案例三：三坐標(biāo)龍門機(jī)器人對飛機(jī)零件的檢測。
一、 工作要求：
1、采用超聲無損探傷對飛機(jī)的許多 小部件進(jìn)行無損掃描。
用超聲波檢測（UT）方法進(jìn)行探傷檢測：
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 可旋轉(zhuǎn)超聲探頭。探頭旋轉(zhuǎn)角度是 0~360° ；
5、 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(jī)器人能夠方便實(shí)現(xiàn)空間插補(bǔ)；
6、 位精度及分辨率：
重復(fù)定位度為±0.05mm,系統(tǒng)分辨率0.01 mm
5、控制系統(tǒng)：
系統(tǒng)要求能夠?qū)z測數(shù)據(jù)要進(jìn)行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強(qiáng)、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取、將探傷結(jié)果打印或上傳給上位機(jī)、位置標(biāo)記 等。同時(shí)要求系統(tǒng)能夠根據(jù)工件的圖紙生成可執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)控制文件。
二、機(jī)器人組成：
該機(jī)器人由安裝架、機(jī)器人定位系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、末端檢測設(shè)備（相機(jī)）、控制系統(tǒng)等組成。
1、機(jī)器人安裝架
檢測室的運(yùn)動(dòng)速度較慢，負(fù)載較輕，使用鋁型支架就可以了。
2、機(jī)器人定位系統(tǒng)
機(jī)器人定位系統(tǒng)是整臺(tái)設(shè)備的核心，為德國bahr公司產(chǎn)品， X,Y,Z三坐標(biāo)均選擇為同步齒形帶傳動(dòng)，單坐標(biāo)重復(fù)定位精度為0.05mm，最快直線運(yùn)動(dòng)速度：1000mm/s。其中X坐標(biāo)軸為兩根長度為1200mm，跨度為800mm的定位系統(tǒng)ELZ40，由同步傳輸器保證兩根定位系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的同步，由一臺(tái)400W伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。出于驅(qū)動(dòng)扭矩及慣量的匹配，需要配一臺(tái)行星減速機(jī)。
Y軸選用ELZ40和ELR40定位單元，由于結(jié)構(gòu)要求，兩個(gè)定位單元上下并排放置。ELZ40為主驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，ELR40位輔助結(jié)構(gòu)。兩根定位系統(tǒng)由一臺(tái)400W伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，出于驅(qū)動(dòng)扭矩及慣量的匹配，需要配一臺(tái)行星減速機(jī)。
Z軸選用ELSZ40定位系統(tǒng)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(qū)動(dòng)定位體的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)和滑塊安裝在一起。。實(shí)際應(yīng)用中我們選擇了一臺(tái)400W帶抱閘的伺服電機(jī)，匹配了一臺(tái)行星減速機(jī)。
旋轉(zhuǎn)軸安裝在Z軸的末端，于一臺(tái)微型伺服電機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)精密行星減速機(jī)形成，相機(jī)安裝在減速機(jī)的輸出端，隨減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
3、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
選用具有通用功能的伺服電機(jī)。每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸配有一臺(tái)伺服電機(jī)及一臺(tái)減速機(jī)，四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，共四套伺服電機(jī)和四臺(tái)減速機(jī)，其中垂直運(yùn)動(dòng)軸為帶抱閘伺服電機(jī)。
4、視覺系統(tǒng)
該部分由光源、鏡頭等組成。功能是時(shí)時(shí)將圖像傳輸給控制中心。
5、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由大型PLC、觸摸屏組成。該系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的Profibus通訊功能。能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給以太網(wǎng)，能夠?qū)⒖刂浦噶钜钥偩�的方式發(fā)送給伺服系統(tǒng)，使整個(gè)的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)流暢。該系統(tǒng)可預(yù)置多種工件的程序，更換品種時(shí)可在觸摸屏上調(diào)用相應(yīng)程序。
6、安全防護(hù)裝置
該機(jī)具有故障提示及報(bào)警功能，并且每次出現(xiàn)故障時(shí)都能準(zhǔn)確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機(jī)器人碰撞保護(hù)功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護(hù)。
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