德国百格拉直角坐标机器人,在工件无损探伤中的应用原理介绍

一、直角坐标机器人介绍

德国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。

二、应用举例

1、BERGER LAHR机器人在工件定位中应用方案

1） 机器人型号及设备

X轴行程；4000mm；Y轴行程：2500mm；Z轴行程：2mm

在Z轴上安装CCD相机，对位置进行测量。

2）电气结构

⑴在机器人的运动过程中，PC机可实时显示X、Y、Z轴的当前坐标值，可对三个轴的当前位置实时监视；

⑵PC机通过图象处理卡把CCD相机摄下的照片进行处理，得到位置参数，对X、Y轴误差进行补偿，从而达到精确定位的目的。

3 ）CCD相机的参数：

视场范围：10mm×10mm

分辨率：256×256像素；

像素点尺寸：10/256≈0.039mm

中心坐标：（128，128）

4）工作过程：

如有n×m个工件（X轴方向有n个，y方向上有m个），每个工件的尺寸为L×H（单位：mm）

⑴ 位置计算

当定位（i，j）个工件时，机器人定位到坐标［L（i－1）+L/2 ，H（j－1）+H/2］

同时CCD相机摄取图象，把记录下的位置图象传送到计算机进行数据处理，经过二值化，求出工件实际原点得到当前工件中心位置的像素点坐标（X0，Y0）

注： 0《X0《256 0《Y0《256

⑵计算误差，准确定位

因为定位系统存在误差，在行程范围内X、Y轴的最大误差接近±1mm，所以要对误差进行计算，并对其补偿，从而达到准确定位的目的。

则X、Y轴的误差ΔX、ΔY

ΔX = （X0－128） ×0.039

ΔY = （Y0－128） ×0.039

注：0.039为像素点尺寸

PC机驱动电机再走ΔX、ΔY，即完成准确定位。

⑶然后即可对工件进行测量工作。

2、 BERGER LAHR机器人在超声波扫描仪中应用

1）任务：航天飞船的仪表板无损扫描

（1） 机器人型号及设备

◆ PR 6/3 ， 5400mmx5400mmx400mm

◆ 在Z轴上装配扫描头，对仪表板进行扫描

◆ 使用百格拉高级伺服控制系统TLC612，TLC411实现定位控制

（2） 任务要求：整个过程需要机器人的动作保持

高重复性，低振动，并且在Z轴导轨上，安装可旋转轴，从而增加了扫描的范围，可以完成多方位的扫描任务。

2）任务：航天飞船引擎成分扫描

（1） 机器人型号及设备

◆ 选用二维直角坐标机器人LP-4/2，完成水平和竖直方向上的动作

◆ 旋转轴采用BERGER LAHR步进电机VRDM31117驱动

（2） 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，通过我们编写的程序，可简便地完成自动和手动操作等功能的转换。

3）任务：大型钢材无损探伤扫描

（1） 机器人型号及设备

◆ 选用二维直角坐标机器人LP-4/2，完成X轴和Y轴方向上的动作

◆ 旋转轴采用BERGER LAHR伺服电机SER31117驱动

（2） 任务要求：旋转轴带动长约5m的钢件每旋转1°时，要求Y轴方向即完成一次往复10m的扫描动作，所以整个过程需要机器人的动作保持高重复性，平稳性，并且要求定位极其精确。

三、结束语：

本文讲述了德国百格拉公司的直角坐标机器人配套超声波扫描仪，在工件探伤中的三例应用。此外，德国百格拉公司的直角坐标机器人还被打量用于X射线探伤扫描。类似的应用还有配备CCD摄像机来检验和识别一些印刷品的质量。配备激光高度测量仪来对超大物体的三维形状进行测量和检验，如大型铸件和飞机上许多三维铝板等。在许多测量工作中，德国百格拉公司的直角坐标机器人多年来运行非常稳定可靠。用德国百格拉公司的直角坐标机器人和直线运动单元可以很快组装成几乎所需的各种样式尺寸的测试专用机器人，节省时间，人力和费用。北京两家用户用德国百格拉公司的直角坐标机器人和CCD摄像机来检验物体，两年来机器人运行非常平稳。随着大批量全自动化生产的迅猛发展及很多产品要在许多生产环节100%被检测，这类直角坐标机器人将具有更加广范的市场前景和发展潜力！