BAHR公司直角坐標機器人在檢測中的應用
文章作者：沈陽力拓自動化控制技術有限公司 楊樹彬
參考資料：德國BAHR公司直角坐標機器人（www.lt-bahrrobot.com）
關鍵詞：直角坐標機器人、無損檢測、探傷、運動控制、伺服系統(tǒng)
無損檢測是指在不破壞產(chǎn)品的形狀、結構和性能的情況下，為了了解產(chǎn)品及各種結構物材料的質量、狀態(tài)、性能及內部結構所進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）。
隨著機器人技術的發(fā)展，直角坐標機器人技術在無損檢測行業(yè)得到了廣泛的應用。直角坐標機器人作為執(zhí)行機構，具用控制方便，執(zhí)行動作靈活，可以實現(xiàn)復雜的空間軌跡控制。沈陽力拓自動化控制技術有限公司在多年機器人技術應用、數(shù)控技術和產(chǎn)品研發(fā)基礎上，依托德國BAHR公司直線定位系統(tǒng)性及機械手臂開發(fā)出了價比優(yōu)良的系列數(shù)控檢測探傷機器人，廣泛應用在金屬冶金、汽車制造、航空航天等行業(yè)，是航空、汽車等行業(yè)重要的檢測裝備。 典型三坐標機器人圖片一
應用案例一：三坐標壁掛機器人對液晶顯示器的檢測。
一、工作要求：
1、 用視覺系統(tǒng)對電腦液晶顯示器進行檢測。
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 可旋轉視覺像機。相機可旋轉。
3、 工件形狀：工件為電腦液晶顯示器，該顯示器有大有小，工作臺每次安裝10個顯示器，以備檢測。
4、 系統(tǒng)定位精度及分辨率：重復定位度為±0.025mm,系統(tǒng)分辨率0.01 mm。
5、 控制系統(tǒng)：系統(tǒng)要求能夠對檢測數(shù)據(jù)要進行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強、放大、旋轉、特征提取、將掃描結果打印或上傳給上位機、位置標記 等。
檢測機器人圖片二
二、機器人的組成
該機器人由安裝架及顯示器工作臺、機器人定位系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、末端檢測設備（相機）、控制系統(tǒng)等組成
1、機器人定位系統(tǒng)
機器人定位系統(tǒng)是整臺設備的核心，為德國bahr公司產(chǎn)品， X,Y,Z三坐標均選擇為高精密滾珠絲杠傳動，單坐標重復定位精度為0.025mm。
X軸選用DLK200定位單元，由一臺1000W伺服電機驅動。伺服電機與滾珠絲杠直接連接。
Y軸選用DLK160定位系統(tǒng)單元，由于結構要求，Y 軸是該運動結構的最末端。伺服電機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，上端安裝Y軸,其滑塊與X軸滑塊。伺服電機與滾珠絲杠直接連接。
一臺微型伺服電機帶動一臺精密行星減速機，行星減速機輸出端安裝視覺系統(tǒng)，形成旋轉軸。所有這些元件均安裝Y軸的滑塊上。
2、伺服驅動系統(tǒng)
選用具伺服電機。每個運動軸配有一臺伺服電機及一臺減速機，四個運動軸，共四套伺服電機和四臺減速機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。
3、視覺系統(tǒng)
該部分由光源、鏡頭等組成。功能是時時將圖像傳輸給控制中心。
4、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏組成。
5、安全防護裝置
該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現(xiàn)故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護。
應用案例二：三坐標龍門機器人對小型零件的檢測。
一、 工作要求：
1、采用超聲波檢測（UT）方法對飛機的各種小型零部件進行無損掃描檢測。
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
旋轉超聲探頭。探頭旋轉角度是 0~360°。
3、 工件形狀：工件形狀包含圓弧、直線、曲面等各種元素，所以要求機器人能夠方便實現(xiàn)空間插補。
4、 定位精度及分辨率：重復定位度為±0.05mm,系統(tǒng)分辨率0.01 mm
5、 控制系統(tǒng)：系統(tǒng)要求能夠對檢測數(shù)據(jù)要進行分析處理，包括顯示出探傷掃描圖像、濾波、增強
放大、旋轉、特征提取、將探傷結果打印或上傳給上位機、位置標記 等。同時要求系統(tǒng)能夠根據(jù)工件的圖紙生成可執(zhí)行的運動控制文件。
二、機器人組成：
該機器人由安裝架、機器人定位系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)、末端檢測設備（相機）、控制系統(tǒng)等組成。
1、機器人安裝架
檢測室的運動速度較慢，負載較輕，使用鋁型支架就可以了。
2、機器人定位系統(tǒng)
機器人定位系統(tǒng)是整臺設備的核心，為德國bahr公司產(chǎn)品， X,Y,Z三坐標均選擇為同步齒形帶傳動，單坐標重復定位精度為0.05mm，最快直線運動速度：1000mm/s。
其中X坐標軸為兩根長度為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)運動的同步，由一臺400W伺服電機驅動。出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。
Y軸選用ELZ40和ELR40定位單元，由于結構要求，兩個定位單元上下并排放置。ELZ40為主驅動結構，ELR40位輔助結構。兩根定位系統(tǒng)由一臺400W伺服電機驅動，出于驅動扭矩及慣量的匹配，需要配一臺行星減速機。
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。，驅動定位體的伺服電機驅動和滑塊安裝在一起。。實際應用中我們選擇了一臺400W帶抱閘的伺服電機，匹配了一臺行星減速機。
旋轉軸安裝在Z軸的末端，于一臺微型伺服電機帶動一臺精密行星減速機形成，超聲波探頭安裝在減速機的輸出端，隨減速機的旋轉而旋轉。
3、伺服驅動系統(tǒng)
選用具有總線功能伺服電機。每個運動軸配有一臺伺服電機及一臺精密減速機，四個運動軸，共四套伺服電機和四臺減速機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。
4、探傷系統(tǒng)
該部分由超聲波探頭、數(shù)據(jù)處理模塊輔助水槽等組成。
5、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏組成。該系統(tǒng)擁有強大的Profibus通訊功能。能夠將數(shù)據(jù)實時傳輸給以太網(wǎng)，能夠將控制指令以總線的方式發(fā)送給伺服系統(tǒng)，使整個的運動相當流暢。該系統(tǒng)可預置多種工件的程序，更換品種時可在觸摸屏上調用相應程序。
6、安全防護裝置
該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現(xiàn)故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；光幕安全保護。
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