机器人在工件探伤中的应用

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  一、 直角坐标机器人介绍 
   德国百格拉公司是世界上最著名的机器人供应商之一，生产多种规格的直线运动单元 / 导轨、步进电机、交流伺服电机、直线电机和多轴数控系统。以此为基础，在短时间内可提供各种规格的线性导轨、二维、三维标准机器人及用户专用机器人和生产线。这些机器人可以装备焊枪、通用手爪或专用工具，完成焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂等一系列工作。由于百格拉的导轨、驱动电机、减速机和控制系统等所有部件全部自己生产，使得机器人整体性能更加优异。十多年来，出厂的机器人和生产线全部在正常工作。深受包装机械、印刷机械、机械电子、汽车、食品、药品和化妆品生产等行业新老用户的厚爱。 
   百格拉公司的 120 多名专家及工程技术人员成功开发生产了各种规格的线性导轨，并在此基础上与用户密切合作开发通用及专用机器人，已为许多厂家提供了数千台各种专用机器人及生产线。其中一个应用领域是工件无损探伤。 
   在直角坐标机器人中各个轴主要是做直线运动，而且运动方向通常是相互垂直的，所以叫直角坐标机器人。直角坐标机器人可分为一维到多维很多种，每一维是一个运动轴，由一个直线运动单元组成。一台喷涂用三维直角坐标机器人由三个直线运动单元组成，而一台码垛机器人根据应用要求通常由几个一维，二维和三维直角坐标机器人组合而成。百格拉公司直角坐标机器人的主要技术数据是运动行程 0 到 18 米 ；负载 1~180 公斤；重复定位精度 0.05mm ；每个轴运动速度最高可达 5 米 / 秒。 
   每个直线运动单元的主要部分是特制高强度高直线度铝型材，横截面积可实现 40× 40mm 2 到 120× 120mm 2 ，也可以由多根组合成为一个大截面的导轨。型材内部配有特殊的钢轨来保证机械强度和长期保持平行度，同时也是运动滑块的载体。配滚珠丝杠和密封轴承导轨的直线运动单元的特点是定位精度高，带负载能力强，速度最大到 1 米 / 秒；滑动方式分为光杠滚轮轴承导轨和密封轴承导轨；优点是钢性好、磨擦系数小、阻力低、精度高；传动方式主要有齿型带、齿条和滚珠丝杠传动；驱动电机主要分为步进电机和伺服电机两种，有时驱动电机配 NEUGART 精密行星减速机来增大出力和减少负载的转动惯量。 
　　根据机器人所要完成的工作，首先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配 NEUGART 精密行星减速机的型号。下图是一个典型三维直角坐标机器人。 

二、百格拉公司机器人在无损检测中的应用案例 
1、在航天飞船部件无损检测中的应用 
(1) 任务：采用超声无损探伤对航天飞船上的许多 
部件进行无损扫描。 
(2) 机器人型号及设备 
● 选用百格拉三维直角坐标机器人 PR 6/3 , 
X ， Y ， Z 轴的有效行程分别为 5400mm ， 
5400mm 和 400mm 。在 Z 轴下端上装配 
可旋转超声探头。探头旋转角度是 0~360° 。 
最大可以被测物体是 5400*5400* 400 mm 。 
● 可对部件从上到下 360° 无损探伤扫描。 
扫描密度几乎没有限制，可以非常精密， 
也可以仅对部件的几个关键部位进行无损 
探伤扫描。 
● 右图是对仪表板进行无损探伤扫描。 
(3) 任务描述：控制系统使用百格拉公司 TLCC ，驱动电机是百格拉公司智能伺服控制系统 TLC612 ， TLC411 实现定位控制。 TLCC 是一个专用工控机，通过 CAN 总线控制 TLC 伺服控制系统。 TLCC 可以预存很多部件的几何数据，用于引导超声探头等距离或多方位、多角度的无损探伤扫描。得到的测量数据可以存储在 TLCC 中，可以给出分析探伤的结果，可以打印或上传给上位机，以便进一步保存和分析，也可以显示出探伤扫描图象及对应滤波，增强、放大、旋转、特征提取及分析等。 
2、
(1) 任务：航天飞船圆柱类部件无损探伤扫描 
(2) 机器人型号及设备 
● 选用百格拉二维直角坐标机器人 LP-4/2 ， 
● x 轴行程为 500mm ， z 轴行程为 1300mm ， 
在 Z 轴上装配扫描头，通过可旋转轴可对 
仪表板由上到下每一个部位进行 360° 扫 
描。 
● 旋转轴采用 BERGER LAHR 步进电机 
VRDM31117 驱动加 NEUGART 精密 
行星减速机 PLS90/8 。控制系统使用 
百格拉公司专用工控机 TLCC 。 
(3) 任务要求：整个过程需要机器人的动作 
保持高重复性，并且要求定位极其精确， 
可简便地完成自动和手动操作等功能的转换。这里探头不转，可以上下和前后精密运动。被测部件要转动，其它功能类同前面 1 ）中所描述的。 
3、
(1) 任务：超大型圆柱类钢件无损探伤扫描。 
(2) 机器人型号及设备 
● 选用二维直角坐标机器人 LP-8/2 ， 
● 完成 X 轴和 Z 轴方向上的动作。 X 轴驱动电机采用 BERGER LAHR 伺服电机 SER31122 ， SER31122 驱动一个德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS90HP 。 Z 轴驱动电机采用 BERGER LAHR 步进电机 VRDM3913 ， VRDM3913 驱动一个德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS70/64HP 。 
● 被测物体是 8m 长，直径 600mm 的柱类钢件，放在一个大型液体容器里。大型容器的两端各有一个夹具，用于水平固定柱类钢件。钢件作为转动轴由一台 BERGER LAHR 伺服电机 SER31122 配德国 NEUGART 公司精密行星减速机 PLS115/

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