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商之一，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線運動單元 / 導軌、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，在短時間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線性導軌、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?，完成焊接、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人員成功開發(fā)生產(chǎn)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，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。其中一個應用領域是工件無損探傷。

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數(shù)據(jù)是運動行程 0 到 18米 ；負載 1~180 公斤；重復定位精度 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× 40mm 2 到 120× 120mm 2 ，也可以由多根組合成為一個大截面的導軌。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軌和密封軸承導軌；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構組成?？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。下圖是一個典型三維直角坐標機器人。

二、百格拉公司機器人在無損檢測中的應用案例

1、在航天飛船部件無損檢測中的應用

(1) 任務：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。
(2) 機器人型號及設備

選用百格拉三維直角坐標機器人 PR 6/3 , 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* 400 mm 。

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鍵部位進行無損探傷掃描。

(3) 任務描述：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 可以預存很多部件的幾何數(shù)據(jù)，用于引導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濾波，增強、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取及分析等。

2、

(1) 任務：航天飛船圓柱類部件無損探傷掃描
(2) 機器人型號及設備

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 BERGER LAHR 步進電機VRDM31117 驅(qū)動加 NEUGART 精密行星減速機 PLS90/8 ?？刂葡到y(tǒng)使用百格拉公司專用工控機 TLCC 。

(3) 任務要求：整個過程需要機器人的動作保持高重復性，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。

3、

(1) 任務：超大型圓柱類鋼件無損探傷掃描。
(2) 機器人型號及設備

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 BERGER LAHR 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 BERGER LAHR 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 BERGER LAHR 伺服電機 SER31122 配德國 NEUGART公司精密行星減速機PLS115/64HP 驅(qū)動。

(3) 任務要求：

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 軸開設掃描運動。這一過程要反復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 =0.167 μm. 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 =1.797 μm 。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用。

三、結束語：

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。類似的應用還有配備 CCD 攝像機來檢驗和識別一些印刷品的質(zhì)量。配備激光高度測量儀來對超大物體的三維形狀進行測量和檢驗，如大型鑄件和飛機上許多三維鋁板等。在許多測量工作中，德國百格拉公司的直角坐標機器人多年來運行非常穩(wěn)定可靠。用德國百格拉公司的直角坐標機器人和直線運動單元可以很快組裝成幾乎所需的各種樣式尺寸的測試專用機器人，節(jié)省時間，人力和費用。北京兩家用戶用德國百格拉公司的直角坐標機器人和 CCD 攝像機來檢驗物體，兩年來機器人運行非常平穩(wěn)。隨著大批量全自動化生產(chǎn)的迅猛發(fā)展及很多產(chǎn)品要在許多生產(chǎn)環(huán)節(jié) 100% 被檢測，這類直角坐標機器人將具有更加廣范的市場前景和發(fā)展?jié)摿Γ?