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百格拉直角坐標機器人在工件檢測中的應用

正文內容:
一 直角坐標機器人的定義及主要特點
  機器人按ISO 8373定義為:位置可以固定或移動筑陡,能夠實現(xiàn)自動控制、可重復編程、多功能多用處索守、末端操作器的位置要在3個或3個以上自由度內可編程的工業(yè)自動化設備。這里自由度就是指可運動或轉動的軸抑片。直角坐標機器人是以直線運動軸為主卵佛,各個運動軸通常對應直角坐標系中的X軸,Y軸和Z軸议乐。在絕大多數(shù)情況下直角坐標機器人的各個直線運動軸間的夾角為直角奥憎。
  直角坐標機器人主要由一些直線運動單元,驅動電機忙坡,控制系統(tǒng)和末端操作器組成眉藤。針對不同的應用燥纹,可以方便快速組合成不同維數(shù),各種行程和不同帶載能力的壁掛式琴邻、懸臂式捍椎、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標機器人。從簡單的二維機器人到復雜的五維機器人就有上百種結構形式的成功應用案例赂燎。從食品生產到汽車裝配等各行各業(yè)的自動化生產線中飞熙,都有各式各樣的多臺直角坐標機器人和其它設備嚴格同步協(xié)調工作∠蚋啵可以說直角坐標機器人幾乎能勝任幾乎所有的工業(yè)自動化任務豪纸。下面是其主要特點:
 1任意組合成各種結構樣式,帶載能力和尺寸的機器人逞迟。
2采用多根直線運動單元級連和齒輪齒條傳動沾谓,可以形成幾十米的超大行程機器人。
3采用多根直線運動單元平連及各帶多滑塊結構時其負載能力可增加到數(shù)噸戳鹅。
4 其最大運行速度可達到每秒8米均驶,加速度可達到每秒4米。
5 重復定位精度可達到0.01mm~ 0.05mm枫虏。
6 采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復雜軌跡的工作妇穴。

  德國百格拉公司是世界上最著名的直角坐標機器人供應商之一,生產多種規(guī)格的直線運動單元/導軌隶债、步進電機腾它、交流伺服電機、直線電機和多軸數(shù)控系統(tǒng)死讹。以此為基礎瞒滴,在短時間內可提供各種規(guī)格的線性導軌、二維赞警、三維標準機器人及用戶專用機器人和生產線妓忍。這些機器人可以裝備焊槍、通用手爪或專用工具愧旦,完成焊接世剖、搬運、上下料锥桐、包裝菲贝、碼垛、拆垛鳄砸、檢測威跟、探傷、分類、裝配往茄、貼標枯邓、噴碼、打碼朴魁、(軟仿型)噴涂等一系列工作。由于百格拉的導軌押赋、驅動電機牙娇、減速機和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產,使得機器人整體性能更加優(yōu)異仙冕。十多年來出廠的機器人和生產線全部在正常工作粱快,深受包裝機械、印刷機械叔扼、機械電子事哭、汽車、食品瓜富、藥品和化妝品生產等行業(yè)新老用戶的厚愛鳍咱。

  百格拉公司的120多名專家及工程技術人員成功開發(fā)生產了各種規(guī)格的線性導軌,并在此基礎上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機器人与柑,已為許多廠家提供了數(shù)千臺各種專用機器人及生產線谤辜。其中一個應用領域是工件質量檢測。在超大批量生產中价捧,每個產品的主要功能乃至整個產品的所有功能都必須經過嚴格的100%的檢測丑念,而檢測周期又很短,這就需要專業(yè)的工件檢測機器人结蟋。下面介紹一個在機器視覺精確定位下直角坐標機器人對產品的檢驗應用案例脯倚。

二 任務描述
  被檢測的產品被整齊放在一個5000*5000mm的檢測平臺上。每個產品的尺寸大約是40*40mm嵌屎,整個平臺被均分成120行和120列的矩陣式14400個小格鸯流,每個格的尺寸是40*40mm。每個格中心處放一個產品滴督,其位置有1mm左右的誤差蘸暮,但誤差僅是在X和Y方向上,而產品的方向是足夠準確的埂帜。機器手要把測量頭準確插入產品信號端子上懊据,測量
器發(fā)出幾種檢測信號,來檢驗該產品的各個功能是否正常工作跑科。測量器接收產品的輸出信號接纽,并以此為依據(jù)來判斷產品是否合格。測量器要給出不合格產品的位置。在上面的工作過程中阶铝,機器人必須知道每個產品的準確位置熏盲,誤差要小于0.1mm, 這樣機器人才能把測量用插頭準確插入產品信號端子上。

三 所選用的機器人
  工作平臺的有效面積是5000*5000mm惊也,這里要選擇一個有效行程為5200*5200*300mm的三維機器人券雕。為了測量每個產品的準確位置,我們在機器人的Z軸上安裝了CCD智能相機统台,由機器人按事先定好的位置運動到被測產品的上面雕擂,CCD智能相機鏡頭與被測產品的最高面的高度是100mm,保證視場范圍是70*70 mm贱勃。

  為此我們選用德國百格拉公司的三維龍門式直角坐標機器人井赌。通過下面的簡單分析來介紹各個運動軸的選擇。由于CCD相機及所配電纜的總重量大約500克贵扰,測量用插頭及所配電纜的總重量大約1000克仇穗,向上拔出測量用插頭的力量大約1000克,Z軸總負載大約為2500克戚绕,所以Z軸選用負載為10公斤的LM-P608 R—T5抓取式導軌纹坐。考慮到可能有幾種不同高度的產品要檢測舞丛,Z軸的最大行程選為300mm恰画,Z軸驅動電機為帶抱閘的百格拉公司交流伺服電機SER3916/5S,Z軸自重加上所有負載和驅動電機為21.6公斤瓷马。Y軸選擇為兩根LM-P812-AT10拴还,有效行程為5200mm,驅動電機為SER3913/5S裂怕,配德國紐卡特精密行星減速機PLE80-8症影,Y軸自重加上所有負載(Z軸)和驅動電機為200.3公斤。根據(jù)Y軸椒缀,Z軸重量及所有負載和驅動電機的總重量垦亲,所以X軸選用LM-P/S812 R-AT10,有效行程為5200mm脑播,驅動電機為SER3913/5S配德國紐卡特精密行星減速機PLE80-8常迹。

四 控制結構和CCD智能相機
  該機器人的控制系統(tǒng)采用德國運動技術公司(Movtec)的三軸運動控制卡DEC4T3和運動控制軟件Editasc。DEC4T3運動控制卡是基于PC機冗级,專用控制3臺步進電機和數(shù)字伺服電機的運動控制卡奖卒。EdiTasc不僅是MOVTEC公司各種控制卡配套的通用數(shù)控軟件,它也是一個高度開放的開發(fā)平臺咸耍,可以直接控制各種工業(yè)自動化設備淘巩,或方便的開發(fā)用戶專用頁面及控制系統(tǒng)服英。DEC4T3自帶36路數(shù)字輸入輸出口作為限位開關,控制CCD智能相機和起動檢測
器遇穷。

  CCD智能相機選用德國Vision Components GmbH公司的智能相機VC2028探橱。智能相機就是一個獨力的圖象處理系統(tǒng),它包含Sony 1/2” 640*480點的CCD芯片绘证,逐行掃描每秒25楨圖像隧膏,存儲器配置是16 MB SDRAM, 2 MB Flash Eprom, 8 bit overlay, CPU是TMS320C62XX,速度是1200MIPS (每秒1200百萬指令)嚷那。我們把調試好的圖象處理軟件下傳給VC2028胞枕,當VC2028上電后該軟件就自動工作。VC2028通過自帶RS232口 可以把計算出來的位置數(shù)據(jù)傳給PC機车酣。VC2028還自帶4路數(shù)字輸入口和4路數(shù)字輸出口曲稼,用于與控制軟件協(xié)調同步索绪,VC2028的視場范圍是70mm×70mm湖员。

五 工作過程:
   整個工作臺上有80×120個產品,X軸方向有80行瑞驱,Y軸方向有120列娘摔,每個產品占60*40mm的工作臺面。 先對第一行的第一個產品進行檢測唤反,然后是第一行的第二個產品凳寺,如此依次到最后是第一行的第八十個產品。完成對第一行所有產品的檢測后旧搔,再對第二行上從第一列上的產品到第一百二十列上的產品依次逐個進行檢測旁核,如此依次逐行逐列對所有產品進行檢測。

利用EdiTasc通用數(shù)控軟件的Mtasc語言可以很方便簡單地完成上面的定位運動仿扩。 程序結構大體如下:
I = -1; /* 行位置變量 */
J = -1; /* 列位置變量 */
For 120 { /* 逐行檢測產品 */
I = I + 1;
For 120 { /* 逐列檢測產品 */
J = J + 1;
If (Input1 == 1) { /* 輸入口1极求,一個產品檢測完信號,可以運動到下個產品上面 */
Xposi = I * 120 + 60; /* 下個產品的行位置 */
Yposi = J * 80 + 40; /* 下個產品的列位置 */
X Xposi Y Yposi MF ; /* Z軸快速運動到該產品上方 */
Wait 0.0; /* 等待0.0秒种鳖,目的是保證Z軸已運動到該產品上方*/
}
Out Output1 /*輸出口1給CCD像機信號惹你,Z軸已到產品的上面,開始檢測工作*/
}
}

  機械手先將Z軸運動到產品上面后哈滥,然后輸入信號給VC2028糊扑。當VC2028檢測到一路輸入信號為高電平時就開啟閃光燈,同時抓取一幅圖象喷总。圖象處理軟件的功能大體如下:
  1)第一步是先對圖象二值化處理樟闽,由于采用近似平行光從側面照明,產品的兩個幾乎相互垂直的外邊可以很清楚地被檢測出來柳卒。
  2)第二步是對兩個幾乎相互垂直的外邊的位置和幾個孔的位置進行推算褒醒,為得到更準的位置藕各,利用子像素差補技術求出多個位置,選出合理合格的數(shù)據(jù)焦除,再取它們的平均值激况。
  3)把得到的位置數(shù)據(jù)通過RS232傳給EdiTasc軟件。EdiTasc通用數(shù)控軟件得到新的位置數(shù)據(jù)后膘魄,根據(jù)所得位置的差來移動X軸和Y軸到產品上面乌逐。實際中0.1mm的位置差對于百格拉的機器人很輕松得到保證。

到達產品的正上方后機械手把測量用插頭迅速準確插入產品信號端子上创葡,先給產品通電浙踢,然后測量
器按一定時序發(fā)出檢測信號,接收該產品對應各個功能時的輸出信號灿渴,并以此為依據(jù)來判斷產品是否合格洛波。在Z軸把測量用插頭插入產品信號端子過程中,為了安全骚露,控制軟件要通過輸入口檢測插入到位信號蹬挤。當控制軟件通過輸入口得到檢測完信號后開始把Z軸升高100mm,同時要檢驗測量用插頭已真正拔出來了才可以開始下一個產品的檢驗。

六:結論
  采用德國百格拉公司的直角坐標機器人后使上面的產品質量檢測速度大為提高棘幸,而且沒有遺漏現(xiàn)象出現(xiàn)锤塘,節(jié)省大量人力,從而降低人工成本问乌。該機器人在正常維護下至少運行十年伦够。德國百格拉公司的直角坐標機器人及機器視覺系統(tǒng)還廣泛應用于灌裝機,紙張檢驗寂齐,朔料印刷品檢驗绅厘,布料質量和木材表面質量檢驗等方面,同時德國百格拉公司還生產具有物體識別及搬運等功能的機器人肃逐。以下為德國百格拉直角坐標機器人的典型應用:
  1)從面包包裝缤纽,雞蛋噴碼到BOURJOIS公司和LAUDER化妝品公司口紅的裝配和包裝乃至很多藥品的包裝都應用百格拉的機器人設備;
2)精密工件和電子產品的裝配撬替,檢測和包裝:如西門子和諾基亞的手機生產中唾姊,飛利浦和Suntec的電子元件生產線;
3)其它一些大批量產品的質量檢測和裝配梦柬。
4)大眾和奔馳公司的汽車的生產線驱劳,博世公司內部自動化生產線,海德堡印刷機生產線等磺送。 隨著大批量自動化生產的迅猛發(fā)展驻子,很多產品需要在生產環(huán)節(jié)中進行全面的檢測,探傷和清洗,這類直角坐標機器人將具有更廣范的市場前景和發(fā)展?jié)摿Γ?br>


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