一、直角坐標機器人介紹

　　德國百格拉公司是世界上最著名的機器人供應(yīng)商之一，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線運動單元/導(dǎo)軌、步進電機、交流伺服電機、直線電機和多軸數(shù)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，在短時間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌、二維、三維標準機器人及用戶專用機器人和生產(chǎn)線。這些機器人可以裝備焊槍、通用手爪或?qū)Ｓ霉ぞ撸瓿珊附?、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。由于百格拉的導(dǎo)軌、驅(qū)動電機、減速機和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來，出廠的機器人和生產(chǎn)線全部在正常工作。深受包裝機械、印刷機械、機械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)新老用戶的厚愛。

　　百格拉公司的120多名專家及工程技術(shù)人員成功開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌，并在此基礎(chǔ)上與用戶密切合作開發(fā)通用及專用機器人，已為許多廠家提供了數(shù)千臺各種專用機器人及生產(chǎn)線。其中一個應(yīng)用領(lǐng)域是工件無損探傷。

　　在直角坐標機器人中各個軸主要是做直線運動，而且運動方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐標機器人。直角坐標機器人可分為一維到多維很多種，每一維是一個運動軸，由一個直線運動單元組成。一臺噴涂用三維直角坐標機器人由三個直線運動單元組成，而一臺碼垛機器人根據(jù)應(yīng)用要求通常由幾個一維，二維和三維直角坐標機器人組合而成。百格拉公司直角坐標機器人的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是運動行程0到18米；負載1——180公斤；重復(fù)定位精度0.05mm；每個軸運動速度最高可達5米/秒。

　　每個直線運動單元的主要部分是特制高強度高直線度鋁型材，橫截面積可實現(xiàn)40×40mm2到120×120mm2，也可以由多根組合成為一個大截面的導(dǎo)軌。型材內(nèi)部配有特殊的鋼軌來保證機械強度和長期保持平行度，同時也是運動滑塊的載體。配滾珠絲杠和密封軸承導(dǎo)軌的直線運動單元的特點是定位精度高，帶負載能力強，速度最大到1米/秒；滑動方式分為光杠滾輪軸承導(dǎo)軌和密封軸承導(dǎo)軌；優(yōu)點是鋼性好、磨擦系數(shù)小、阻力低、精度高；傳動方式主要有齒型帶、齒條和滾珠絲杠傳動；驅(qū)動電機主要分為步進電機和伺服電機兩種，有時驅(qū)動電機配NEUGART精密行星減速機來增大出力和減少負載的轉(zhuǎn)動慣量。

　　根據(jù)機器人所要完成的工作，首先確定機器人的結(jié)構(gòu)組成?？梢允驱堥T式，掛壁安裝式等。再按工作要求所給出各軸的運動行程、負載、運動速度、加速度，動作周期來選每個運動軸直線運動單元的型號，所配驅(qū)動電機及所配NEUGART精密行星減速機的型號。

　　二、機器人在無損檢測中的應(yīng)用案例-在航天飛船部件中無損檢測

　　任務(wù)1：采用超聲無損探傷對航天飛船上的許多部件進行無損掃描。

　　●機器人型號及設(shè)備

　　選用百格拉三維直角坐標機器人PR6/3，X，Y，Z軸的有效行程分別為5400mm，5400mm和400mm。在Z軸下端上裝配可旋轉(zhuǎn)超聲探頭。探頭旋轉(zhuǎn)角度是0——360°。最大可以被測物體是5400*5400*400mm。

　　可對部件從上到下360°無損探傷掃描。掃描密度幾乎沒有限制，可以非常精密，也可以僅對部件的幾個關(guān)鍵部位進行無損探傷掃描。

　　●任務(wù)描述：控制系統(tǒng)使用百格拉公司TLCC，驅(qū)動電機是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng)TLC612，TLC411實現(xiàn)定位控制。TLCC是一個專用工控機，通過CAN總線控制TLC伺服控制系統(tǒng)。TLCC可以預(yù)存很多部件的幾何數(shù)據(jù)，用于引導(dǎo)超聲探頭等距離或多方位、多角度的無損探傷掃描。得到的測量數(shù)據(jù)可以存儲在TLCC中，可以給出分析探傷的結(jié)果，可以打印或上傳給上位機，以便進一步保存和分析，也可以顯示出探傷掃描圖象及對應(yīng)濾波，增強、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取及分析等。

　　任務(wù)2：航天飛船圓柱類部件無損探傷掃描

　　●機器人型號及設(shè)備

　　選用百格拉二維直角坐標機器人LP-4/2，x軸行程為500mm，z軸行程為1300mm，在Z軸上裝配掃描頭，通過可旋轉(zhuǎn)軸可對儀表板由上到下每一個部位進行360°掃描。旋轉(zhuǎn)軸采用BERGERLAHR步進電機VRDM31117驅(qū)動加NEUGART精密行星減速機PLS90/8。控制系統(tǒng)使用百格拉公司專用工控機TLCC。

　　●任務(wù)要求：整個過程需要機器人的動作保持高重復(fù)性，并且要求定位極其精確，

　　可簡便地完成自動和手動操作等功能的轉(zhuǎn)換。這里探頭不轉(zhuǎn)，可以上下和前后精密運動。被測部件要轉(zhuǎn)動，其它功能類同前面1）中所描述的。

　　任務(wù)3：超大型圓柱類鋼件無損探傷掃描。

　　●機器人型號及設(shè)備

　　選用二維直角坐標機器人LP-8/2，完成X軸和Z軸方向上的動作。X軸驅(qū)動電機采用BERGERLAHR伺服電機SER31122，SER31122驅(qū)動一個德國NEUGART公司精密行星減速機PLS90HP。Z軸驅(qū)動電機采用BERGERLAHR步進電機VRDM3913，VRDM3913驅(qū)動一個德國NEUGART公司精密行星減速機PLS70/64HP。

　　被測物體是8m長，直徑600mm的柱類鋼件，放在一個大型液體容器里。大型容器的兩端各有一個夾具，用于水平固定柱類鋼件。鋼件作為轉(zhuǎn)動軸由一臺BERGERLAHR伺服電機SER31122配德國NEUGART公司精密行星減速機PLS115/64HP驅(qū)動。

　　●任務(wù)要求：

　　旋轉(zhuǎn)軸帶動長約8m的鋼件每旋轉(zhuǎn)一個角度X1后靜止，Z軸下到鋼件表面X2毫米高后停止。這時X軸開始運動，每移動X3毫米探頭掃描一次，完成X軸方向8m長的掃描后X軸和Z軸都處于靜止狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)軸再按原轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動X1度停止，X軸開設(shè)掃描運動。這一過程要反復(fù)進行到整個鋼件表面被均勻掃描一次。

　　所以整個過程需要機器人的動作保持高重復(fù)性，平穩(wěn)性，并且要求定位極其精確。X軸的定位精度如下：電機每轉(zhuǎn)為16384點，經(jīng)行星減速機64倍減速后為16384*64。X軸的驅(qū)動軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，X軸行走175mm，電機每轉(zhuǎn)一步X軸走175000/16384/64=0.167μm.X軸的定位精度如下：電機每轉(zhuǎn)為16384點，經(jīng)行星減速機64倍減速后為16384*64。旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對應(yīng)的周長是600*3.14=1884mm，電機每轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)軸表面轉(zhuǎn)過1884000/16384/64=1.797μm。實際上用不著這樣高的精度，而用精密行星減速機的目的是為了大量減少驅(qū)動電機與負載的轉(zhuǎn)動慣量比，來保證各軸的精確平穩(wěn)運行。控制系統(tǒng)使用百格拉公司專用工控機TLCC，其功能同前面的兩個應(yīng)用。

　　三、結(jié)束語：

　　本文講述了德國百格拉公司的直角坐標機器人配套超聲波掃描儀，在工件探傷中的三例應(yīng)用。此外，德國百格拉公司的直角坐標機器人還被打量用于X射線探傷掃描，類似的應(yīng)用還有配備CCD攝像機來檢驗和識別一些。