直角坐标机器人在检测行业中的应用

文章作者：沈阳力拓自动化控制技术有限公司 杨树彬 024-25872400
参考资料：德国BAHR公司直角坐标机器人
公司网站:http://www.lituo-robot.com
关键词：直角坐标机器人、搬运机械手、运动控制、伺服系统

       无损检测是指在不破坏产品的形状、结构和性能的情况下，为了了解产品及各种结构物材料的质量、状态、性能及内部结构所进行的各种检测叫做无损检测；常用的无损检测方法有：射线检测（RT）、超声波检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）、涡流检测（ET）和目视检测（VT）。

应用案例一：三坐标壁挂机器人对液晶显示器的检测。
一、 工作要求：
1、采用视觉系统对地挠显示器进行检测。：
2、检测范围：
X ， Y ， Z 轴的有效行程分别为2500mm ，600mm 和 400mm 。在 Z 轴下端装配 可旋转视觉像机。相机可旋转。
3、 工件形状：
工件为电脑液晶显示器，该显示器有大有小，工作台每次安装10个显示器，以备检测。
4、 定位位精度及分辨率：
重复定位度为±0.025mm,系统分辨率0.01 mm
5、控制系统：
系统要求能够对检测数据要进行分析处理，包括显示出探伤扫描图像、滤波、增强、放大、旋转、特征提取、将扫描结果打印或上传给上位机、位置标记 等。

二、机器人组成：
该机器人由安装架及显示器工作台、机器人定位系统、伺服驱动系统、末端检测设备（相机）、控制系统等组成。
1、安装架及显示器工作台
2、机器人定位系统
机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品， X,Y,Z三坐标均选择为高精密滚珠丝杠传动，单坐标重复定位精度为0.025mm。
X轴选用DLK200定位单元，由一台1000W伺服电机驱动。伺服电机与滚珠丝杠直接连接。
Y轴选用DLK160定位系统单元，由于结构要求，Y 轴是该运动结构的最末端。伺服电机与滚珠丝杠直接连接。
Z轴选用DLK160定位系统单元，Z轴的下端安装电机，上端安装Y轴,其滑块与X轴滑块。伺服电机与滚珠丝杠直接连接。
一台微型伺服电机带动一台精密行星减速机，行星减速机输出端安装视觉系统，形成旋转轴。所有这些元件均安装Y轴的滑块上。
3、伺服驱动系统
选用具有通用功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。
4、视觉系统
该部分由光源、镜头等组成。功能是时时将图像传输给控制中心。
5、控制系统
控制系统由大型PLC、触摸屏组成。
6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；光幕安全保护。


应用案例二：直线伺服驱动机器人定位系统在图像处理上的应用
一、 工作要求：
1、采用视觉系统对图像进行检测。
2、检测范围：
X ， Y 的有效行程分别为500mm 和 400mm 。在 Y 轴下端装配 视觉像机。
3、工件形状：
工件为电脑液晶显示器，该显示器有大有小，工作台每次安装10个显示器，以备检测。
4、 定位位精度及分辨率：
定位度为0.01mm
5、控制系统：
系统要求能够对检测数据要进行分析处理。

二、机器人组成：
该机器人由安装架及显示器工作台、机器人定位系统、伺服驱动系统、末端检测设备（相机）、控制系统等组成。
1、机器人定位系统
因为该结构要求的定位精度很高，用一般的传动方式，如滚珠丝杠传动，很难实现，我们选者了直线伺服电机定位单元。
X轴选用两根DSM120定位单元。该定位系统的轨道是由两排直线滚珠轨道组成的，轨道并排安装在DS120定位型材的内底面两侧，直线电机的定子安装在DS120定位型材内底面的中部，直线电机的动子安装在DS120的滑块上，滑块与轨道安装在一起，在轨道上运动。两个电机分别由两台伺服驱动来驱动，由同一控制信号控制，保证严格的同步。
Y轴选用一根DSM120定位单元，为便于安装负载，DSM120 滑块安装面与工作台面垂直。负载直接安装在该轴的滑块上。
2、伺服驱动系统
直线伺服电机作为驱动已经与定位单元融为一体，不再需要其他的驱动。
3、视觉系统
该部分由光源、镜头等组成。功能是时时将图像传输给控制中心。
4、控制系统
控制系统由大型PLC、触摸屏组成。

应用案例三：三坐标龙门机器人对飞机零件的检测。
一、 工作要求：
1、采用超声无损探伤对飞机的许多 小部件进行无损扫描。
用超声波检测（UT）方法进行探伤检测：
2、探伤范围：
X ， Y ， Z 轴的有效行程分别为800mm ，600mm 和 400mm 。在 Z 轴下端上装配 可旋转超声探头。探头旋转角度是 0~360° ；
5、 件形状：
工件形状包含圆弧、直线、曲面等各种元素，所以要求机器人能够方便实现空间插补；
6、 位精度及分辨率：
重复定位度为±0.05mm,系统分辨率0.01 mm
5、控制系统：
系统要求能够对检测数据要进行分析处理，包括显示出探伤扫描图像、滤波、增强、放大、旋转、特征提取、将探伤结果打印或上传给上位机、位置标记 等。同时要求系统能够根据工件的图纸生成可执行的运动控制文件。

二、 机器人组成：
该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、末端检测设备（相机）、控制系统等组成。
1、机器人安装架
检测室的运动速度较慢，负载较轻，使用铝型支架就可以了。
2、机器人定位系统
机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品， X,Y,Z三坐标均选择为同步齿形带传动，单坐标重复定位精度为0.05mm，最快直线运动速度：1000mm/s。其中X坐标轴为两根长度为1200mm，跨度为800mm的定位系统ELZ40，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台400W伺服电机驱动。出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。
Y轴选用ELZ40和ELR40定位单元，由于结构要求，两个定位单元上下并排放置。ELZ40为主驱动结构，ELR40位辅助结构。两根定位系统由一台400W伺服电机驱动，出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。
Z轴选用ELSZ40定位系统单元，出于安装考虑，滑块需要延长，并与Y轴滑块固定在一起。，驱动定位体的伺服电机驱动和滑块安装在一起。。实际应用中我们选择了一台400W带抱闸的伺服电机，匹配了一台行星减速机。
旋转轴安装在Z轴的末端，于一台微型伺服电机带动一台精密行星减速机形成，相机安装在减速机的输出端，随减速机的旋转而旋转。
3、伺服驱动系统
选用具有通用功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。
4、视觉系统
该部分由光源、镜头等组成。功能是时时将图像传输给控制中心。
5、控制系统
控制系统由大型PLC、触摸屏组成。该系统拥有强大的Profibus通讯功能。能够将数据实时传输给以太网，能够将控制指令以总线的方式发送给伺服系统，使整个的运动相当流畅。该系统可预置多种工件的程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。
6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；光幕安全保护。