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。