德國(guó)BERGER LAHR機(jī)器人在工件探傷中的應(yīng)用

一、 直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹

德國(guó)百格拉公司是世界上最著名的機(jī)器人供應(yīng)商之一貌嫡，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元/導(dǎo)軌秸讹、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)棋蚌、直線(xiàn)電機(jī)和多軸數(shù)控系統(tǒng)嫁佳。以此為基礎(chǔ)，在短時(shí)間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線(xiàn)性導(dǎo)軌谷暮、二維蒿往、三維標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人及用戶(hù)專(zhuān)用機(jī)器人和生產(chǎn)線(xiàn)盛垦。這些機(jī)器人可以裝備焊槍、通用手爪或?qū)Ｓ霉ぞ呷柯瓿珊附犹诤弧徇\(yùn)、上下料蔬充、包裝蝶俱、碼垛、拆垛饥漫、檢測(cè)榨呆、探傷、分類(lèi)拍斜、裝配泊宴、貼標(biāo)、噴碼秒足、打碼钱图、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導(dǎo)軌寿伊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)撩怀、減速機(jī)和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機(jī)器人整體性能更加優(yōu)異揽此。十多年來(lái)双竣，出廠(chǎng)的機(jī)器人和生產(chǎn)線(xiàn)全部在正常工作。深受包裝機(jī)械艘赂、印刷機(jī)械渤尚、機(jī)械電子、汽車(chē)听誓、食品催杆、藥品和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)新老用戶(hù)的厚愛(ài)。

百格拉公司的120多名專(zhuān)家及工程技術(shù)人員成功開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的線(xiàn)性導(dǎo)軌瑞你，并在此基礎(chǔ)上與用戶(hù)密切合作開(kāi)發(fā)通用及專(zhuān)用機(jī)器人酪惭，已為許多廠(chǎng)家提供了數(shù)千臺(tái)各種專(zhuān)用機(jī)器人及生產(chǎn)線(xiàn)。其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是工件無(wú)損探傷者甲。

在直角坐標(biāo)機(jī)器人中各個(gè)軸主要是做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)春感，而且運(yùn)動(dòng)方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標(biāo)機(jī)器人虏缸。直角坐標(biāo)機(jī)器人可分為一維到多維很多種鲫懒，每一維是一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，由一個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元組成刽辙。一臺(tái)噴涂用三維直角坐標(biāo)機(jī)器人由三個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元組成窥岩，而一臺(tái)碼垛機(jī)器人根據(jù)應(yīng)用要求通常由幾個(gè)一維甲献，二維和三維直角坐標(biāo)機(jī)器人組合而成。百格拉公司直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是運(yùn)動(dòng)行程0到18米谦秧；負(fù)載1~180公斤竟纳；重復(fù)定位精度0.05mm；每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)速度最高可達(dá)5米/秒疚鲤。

每個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的主要部分是特制高強(qiáng)度高直線(xiàn)度鋁型材锥累，橫截面積可實(shí)現(xiàn)40×40mm2到120×120mm2，也可以由多根組合成為一個(gè)大截面的導(dǎo)軌溢扳。型材內(nèi)部配有特殊的鋼軌來(lái)保證機(jī)械強(qiáng)度和長(zhǎng)期保持平行度炸笋，同時(shí)也是運(yùn)動(dòng)滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導(dǎo)軌的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的特點(diǎn)是定位精度高祠乔，帶負(fù)載能力強(qiáng)地毁，速度最大到1米/秒；滑動(dòng)方式分為光杠滾輪軸承導(dǎo)軌和密封軸承導(dǎo)軌橱序；優(yōu)點(diǎn)是鋼性好唠延、磨擦系數(shù)小、阻力低疫橘、精度高袜簇；傳動(dòng)方式主要有齒型帶、齒條和滾珠絲杠傳動(dòng)癌玩；驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要分為步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種枷量，有時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)配NEUGART精密行星減速機(jī)來(lái)增大出力和減少負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

根據(jù)機(jī)器人所要完成的工作污益，首先確定機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成桃熄。可以是龍門(mén)式型奥，掛壁安裝式等瞳收。再按工作要求所給出各軸的運(yùn)動(dòng)行程、負(fù)載桩引、運(yùn)動(dòng)速度缎讼、加速度，動(dòng)作周期來(lái)選每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元的型號(hào)坑匠，所配驅(qū)動(dòng)電機(jī)及所配NEUGART精密行星減速機(jī)的型號(hào)。下圖是一個(gè)典型三維直角坐標(biāo)機(jī)器人卧惜。

二厘灼、百格拉公司機(jī)器人在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用案例

1）在航天飛船部件無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

（1） 任務(wù)：采用超聲無(wú)損探傷對(duì)航天飛船上的許多

部件進(jìn)行無(wú)損掃描。

（2） 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備

● 選用百格拉三維直角坐標(biāo)機(jī)器人PR 6/3 ,

X咽瓷，Y设凹，Z軸的有效行程分別為5400mm舰讹，

5400mm和400mm。在Z軸下端上裝配

可旋轉(zhuǎn)超聲探頭闪朱。探頭旋轉(zhuǎn)角度是0~360°螟衍。

最大可以被測(cè)物體是5400*5400*400 mm。

● 可對(duì)部件從上到下360°無(wú)損探傷掃描冕泡。

掃描密度幾乎沒(méi)有限制佩捎，可以非常精密，

也可以?xún)H對(duì)部件的幾個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行無(wú)損

探傷掃描刑评。

● 右圖是對(duì)儀表板進(jìn)行無(wú)損探傷掃描哑辐。

（3） 任務(wù)描述：控制系統(tǒng)使用百格拉公司TLCC，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng)TLC612且恼，TLC411實(shí)現(xiàn)定位控制妹髓。TLCC是一個(gè)專(zhuān)用工控機(jī)，通過(guò)CAN總線(xiàn)控制TLC伺服控制系統(tǒng)捉寻。TLCC可以預(yù)存很多部件的幾何數(shù)據(jù)姜筋，用于引導(dǎo)超聲探頭等距離或多方位、多角度的無(wú)損探傷掃描硼洁。得到的測(cè)量數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在TLCC中伯板，可以給出分析探傷的結(jié)果，可以打印或上傳給上位機(jī)疾就，以便進(jìn)一步保存和分析澜术，也可以顯示出探傷掃描圖象及對(duì)應(yīng)濾波，增強(qiáng)猬腰、放大鸟废、旋轉(zhuǎn)、特征提取及分析等姑荷。

2）

（1） 任務(wù)：航天飛船圓柱類(lèi)部件無(wú)損探傷掃描

（2） 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備

● 選用百格拉二維直角坐標(biāo)機(jī)器人LP-4/2盒延，

● x軸行程為500mm，z軸行程為1300mm鼠冕，

在Z軸上裝配掃描頭添寺，通過(guò)可旋轉(zhuǎn)軸可對(duì)

儀表板由上到下每一個(gè)部位進(jìn)行360°掃

描。

● 旋轉(zhuǎn)軸采用BERGER LAHR步進(jìn)電機(jī)

VRDM31117驅(qū)動(dòng)加NEUGART精密

行星減速機(jī)PLS90/8懈费〖坡叮控制系統(tǒng)使用

百格拉公司專(zhuān)用工控機(jī)TLCC。

（3） 任務(wù)要求：整個(gè)過(guò)程需要機(jī)器人的動(dòng)作

保持高重復(fù)性憎乙，并且要求定位極其精確票罐，

可簡(jiǎn)便地完成自動(dòng)和手動(dòng)操作等功能的轉(zhuǎn)換。這里探頭不轉(zhuǎn)，可以上下和前后精密運(yùn)動(dòng)颖喧。被測(cè)部件要轉(zhuǎn)動(dòng)洒漱，其它功能類(lèi)同前面1）中所描述的。

3）

（1） 任務(wù)：超大型圓柱類(lèi)鋼件無(wú)損探傷掃描铅坚。

（2） 機(jī)器人型號(hào)及設(shè)備

● 選用二維直角坐標(biāo)機(jī)器人LP-8/2赃夷，

● 完成X軸和Z軸方向上的動(dòng)作。X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用BERGER LAHR伺服電機(jī)SER31122兰斑，SER31122驅(qū)動(dòng)一個(gè)德國(guó)NEUGART公司精密行星減速機(jī)PLS90HP笤卡。Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用BERGER LAHR步進(jìn)電機(jī)VRDM3913，VRDM3913驅(qū)動(dòng)一個(gè)德國(guó)NEUGART公司精密行星減速機(jī)PLS70/64HP质圾。

● 被測(cè)物體是8m長(zhǎng)荔闭，直徑600mm的柱類(lèi)鋼件，放在一個(gè)大型液體容器里棋蒂。大型容器的兩端各有一個(gè)夾具毒沥，用于水平固定柱類(lèi)鋼件。鋼件作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸由一臺(tái)BERGER LAHR伺服電機(jī)SER31122配德國(guó)NEUGART公司精密行星減速機(jī)PLS115/64HP驅(qū)動(dòng)拗疯。

(3) 任務(wù)要求：

旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)長(zhǎng)約8m的鋼件每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度X1后靜止擒蝎，Z軸下到鋼件表面X2毫米高后停止。這時(shí)X軸開(kāi)始運(yùn)動(dòng)消玄，每移動(dòng)X3毫米探頭掃描一次跟伏，完成X軸方向8m長(zhǎng)的掃描后X軸和Z軸都處于靜止?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)軸再按原轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)X1度停止翩瓜，X軸開(kāi)設(shè)掃描運(yùn)動(dòng)受扳。這一過(guò)程要反復(fù)進(jìn)行到整個(gè)鋼件表面被均勻掃描一次。

所以整個(gè)過(guò)程需要機(jī)器人的動(dòng)作保持高重復(fù)性兔跌，平穩(wěn)性勘高，并且要求定位極其精確。X軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為16384點(diǎn)坟桅，經(jīng)行星減速機(jī)64倍減速后為16384*64华望。X軸的驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，X軸行走175mm,電機(jī)每轉(zhuǎn)一步X軸走175000/16384/64 =0.167 μm. X軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為16384點(diǎn)仅乓，經(jīng)行星減速機(jī)64倍減速后為16384*64赖舟。旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的周長(zhǎng)是600*3.14 = 1884mm, 電機(jī)每轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)軸表面轉(zhuǎn)過(guò)1884000/16384/64 =1.797 μm。實(shí)際上用不著這樣高的精度夸楣，而用精密行星減速機(jī)的目的是為了大量減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比宾抓，來(lái)保證各軸的精確平穩(wěn)運(yùn)行。 控制系統(tǒng)使用百格拉公司專(zhuān)用工控機(jī)TLCC忱确，其功能同前面的兩個(gè)應(yīng)

三饿严、結(jié)束語(yǔ)：