德国BAHR直角坐标机器人在无损探伤设备的应用

文章作者：沈阳力拓自动化控制技术有限公司  杨树彬
参考资料：德国BAHR公司直角坐标机器人（www.lt-bahrrobot.com）
关键词：直角坐标机器人、无损检测、探伤、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）。
    随着机器人技术的发展，直角坐标机器人技术在无损检测行业得到了广泛的应用。直角坐标机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。沈阳力拓自动化控制技术有限公司在多年机器人技术应用、数控技术和产品研发基础上，依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控检测探伤机器人，广泛应用在金属冶金、汽车制造、航空航天等行业，是航空、汽车等行业重要的检测装备。

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、用视觉系统对电脑液晶显示器进行检测。
    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、系统定位精度及分辨率：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、机器人的组成 
    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
    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。
2、伺服驱动系统
    选用具伺服电机。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。
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PLC、触摸屏组成。
5、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。

应用案例二：三坐标龙门机器人对小型零件的检测。
一、工作要求：
    1、采用超声波检测（UT）方法对飞机的各种小型零部件进行无损扫描检测。
    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 
旋转超声探头。探头旋转角度是 0～360°。
    3、工件形状：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。
    4、定位精度及分辨率：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，超声波探头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
    选用具有总线功能伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台精密减速机，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、探伤系统
    该部分由超声波探头、数据处理模块辅助水槽等组成。
5、控制系统
    控制系统由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。