一 直角坐標(biāo)機(jī)器人介紹
　　機(jī)器人按ISO 8373定義為：位置可以固定或移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個(gè)或3個(gè)以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。這里自由度就是指可運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。直角坐標(biāo)機(jī)器人是以直線運(yùn)動(dòng)軸為主，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸通常對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標(biāo)機(jī)器人的各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸間的夾角為直角。
　　直角坐標(biāo)機(jī)器人主要由一些直線運(yùn)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對(duì)不同的應(yīng)用，可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標(biāo)機(jī)器人。從簡(jiǎn)單的二維機(jī)器人到復(fù)雜的五維機(jī)器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從食品生產(chǎn)到汽車裝配等各行各業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，都有各式各樣的多臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人和其它設(shè)備嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作。可以說直角坐標(biāo)機(jī)器人幾乎能勝任幾乎所有的工業(yè)自動(dòng)化任務(wù)。下面是其主要特點(diǎn)：
　　1任意組合成各種結(jié)構(gòu)樣式，帶載能力和尺寸的機(jī)器人，
　　2采用多根直線運(yùn)動(dòng)單元級(jí)連和齒輪齒條傳動(dòng)，可以形成幾十米的超大行程機(jī)器人。
　　3采用多根直線運(yùn)動(dòng)單元平連及各帶多滑塊結(jié)構(gòu)時(shí)其負(fù)載能力可增加到數(shù)噸。
　　4 其zui大運(yùn)行速度可達(dá)到每秒8米，加速度可達(dá)到每秒4米。
　　5 重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm或0.01mm。
　　6 采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復(fù)雜軌跡的工作。
　　德國百格拉公司是世界上zui的直角坐標(biāo)機(jī)器人供應(yīng)商之一，生產(chǎn)多種規(guī)格的直線運(yùn)動(dòng)單元/導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、直線電機(jī)和多軸數(shù)控系統(tǒng)。以此為基礎(chǔ)，在短時(shí)間內(nèi)可提供各種規(guī)格的線性導(dǎo)軌、二維、三維標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人及用戶機(jī)器人和生產(chǎn)線。這些機(jī)器人可以裝備焊槍、通用手爪或工具，完成焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、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(dòng)電機(jī)、減速機(jī)和控制系統(tǒng)等所有部件全部自己生產(chǎn)，使得機(jī)器人整體性能更加優(yōu)異。十多年來出廠的機(jī)器人和生產(chǎn)線全部在正常工作，深受包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)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)通用及機(jī)器人，已為許多廠家提供了數(shù)千臺(tái)各種機(jī)器人及生產(chǎn)線。其中一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是無損檢測(cè)。在超大批量生產(chǎn)中，每個(gè)產(chǎn)品的主要功能，或整個(gè)產(chǎn)品的所有功能都要經(jīng)過嚴(yán)格的*的檢測(cè)。而且檢測(cè)周期要很短，來滿足超大批量生產(chǎn)的要求。下面介紹幾個(gè)采用直角坐標(biāo)機(jī)器人對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)應(yīng)用案例。
　　二 案例一————圓柱形航空部件無損探傷檢測(cè)
　　對(duì)于一些圓柱形的工件及設(shè)備，要達(dá)到的檢測(cè)就非常的困難。本項(xiàng)目中為對(duì)航空飛船的圓柱形部件進(jìn)行無損檢測(cè),該部件高1000mm，φ500,需要進(jìn)行從下到上的360度全面檢測(cè)。由于需要對(duì)該工件進(jìn)行360度的檢測(cè)，并且檢測(cè)頭與工件要求時(shí)時(shí)保持固定的距離，所以對(duì)該機(jī)器人重復(fù)定位精度的要求就比較高，為0.05mm.
　　機(jī)器人方面我們選用的為德國百格拉二維直角坐標(biāo)機(jī)器人, 兩個(gè)方向均采用PAS42形導(dǎo)軌,其中X方向選擇為PAS42BRM1000,Z方向選擇為PAS42BRM500.旋轉(zhuǎn)軸為德國百格拉VRDM31117步進(jìn)電機(jī)加減速比為8的NEUGART減速機(jī)和一些輔助連接件構(gòu)成的轉(zhuǎn)臺(tái).具體結(jié)構(gòu)如圖一所示.
　　 

　　控制系統(tǒng)我們采用的為德國ENGERHART公司的三軸數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制,X軸與Z軸電機(jī)均采用德國百格拉公司SER31122伺服電機(jī)與減速比為8的NEUGART減速機(jī)來控制.由于整套設(shè)備采用了德國百格拉公司伺服電機(jī)與德國百格拉公司直角坐標(biāo)機(jī)器人,所以*保證了整個(gè)系統(tǒng)的精度,甚至于在整個(gè)系統(tǒng)重復(fù)定位精度檢測(cè)中多次檢測(cè)到了u級(jí)精度,大大提高了檢測(cè)的質(zhì)量.
　　該系統(tǒng)的整個(gè)工作過程如下:首先數(shù)控系統(tǒng)控制X,Z兩軸聯(lián)動(dòng),運(yùn)動(dòng)于zui下方的檢測(cè)位置,到達(dá)位置后通過I/O口控制檢測(cè)頭工作,然后控制旋轉(zhuǎn)軸以一定的速度旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)行檢測(cè).以上完成了一圈的檢測(cè),然后Z軸上移一定距離,進(jìn)行下一圈的檢測(cè),以后以此類推,zui后完成整個(gè)檢測(cè).
　　三 案例二————-超大型圓柱類鋼件無損探傷掃描
　　被測(cè)物體是8m長，直徑600mm的柱類鋼件，放在一個(gè)大型液體容器里。大型容器的兩端各有一個(gè)夾具，用于水平固定柱類鋼件。鋼件作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸由一臺(tái)BERGER LAHR伺服電機(jī)SER31122配德國NEUGART公司精密行星減速機(jī)PLS115-64HP驅(qū)動(dòng)。
　　機(jī)器人方面我們選用的為德國百格拉二維直角坐標(biāo)機(jī)器人, 兩個(gè)方向均采用PAS42形導(dǎo)軌,其中X方向選擇為PAS42BRM1000,Z方向選擇為PAS42BRM500.其中X軸我們選擇的電機(jī)為百格拉SER31122伺服電機(jī)加上減速比為的64的NEUGART減速機(jī).Z軸我們選擇的電機(jī)為百格拉SER31122伺服電機(jī)加上減速比為64的NEUGART減速機(jī).控制系統(tǒng)我們選擇的德國ENGERHART三軸數(shù)控系統(tǒng).
　　 

　　整個(gè)系統(tǒng)的工作過程為旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)長約8m的鋼件每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度X1后靜止，Z軸下到鋼件表面X2毫米高后停止。這時(shí)X軸開始運(yùn)動(dòng)，每移動(dòng)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?fàn)顟B(tài)。旋轉(zhuǎn)軸再按原轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)X1度停止，X軸開設(shè)掃描運(yùn)動(dòng)。這一過程要反復(fù)進(jìn)行到整個(gè)鋼件表面被均勻掃描一次。
　　所以整個(gè)過程需要機(jī)器人的動(dòng)作保持高重復(fù)性，平穩(wěn)性，并且要求定位極其。X軸的定位精度如下：電機(jī)每轉(zhuǎn)為16384點(diǎn)，經(jīng)行星減速機(jī)64倍減速后為16384*64。X軸的驅(qū)動(dòng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，X軸行走175mm,電機(jī)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(jī)每轉(zhuǎn)為16384點(diǎn)，經(jīng)行星減速機(jī)64倍減速后為16384*64。旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的周長是600*3.14 = 1884mm, 電機(jī)每轉(zhuǎn)一步旋轉(zhuǎn)軸表面轉(zhuǎn)過1884000/16384/64 =1.797 μm。實(shí)際上用不著這樣高的精度，而用精密行星減速機(jī)的目的是為了大量減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比，來保證各軸的平穩(wěn)運(yùn)行。
　　四 案例三————-對(duì)儀表板進(jìn)行無損探傷掃描
　　該系統(tǒng)要求采用超聲無損探傷對(duì)航天飛船上的許多部件進(jìn)行無損掃描。該設(shè)備要求可對(duì)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(duì)部件的幾個(gè)關(guān)鍵部位進(jìn)行無損探傷掃描。檢測(cè)工件的zui大范圍為5400*5400*400 mm.
　　該套系統(tǒng)選用德國百格拉三維直角坐標(biāo)機(jī)器人,其中X軸選擇為PAS44BRM5400,Y軸選擇為PAS44BRM5400,Z軸選擇為PAS44BRM400,同時(shí),由于跨度為5400,所以對(duì)于Y軸我們選擇雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu),并且每200mm加固連接板的結(jié)構(gòu)來防止撓度的出現(xiàn)。在Z軸下端上我們裝配可旋轉(zhuǎn)超聲探頭,探頭旋轉(zhuǎn)角度是0～360°。具體結(jié)構(gòu)如圖三所示,圖四為檢測(cè)后的工件.
　　 


　　控制系統(tǒng)使用百格拉公司TLCC，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是百格拉公司智能伺服控制系統(tǒng)TLC612，TLC411實(shí)現(xiàn)定位控制。TLCC是一個(gè)工控機(jī)，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(cè)量數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)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(jī)，以便進(jìn)一步保存和分析，也可以顯示出探傷掃描圖象及對(duì)應(yīng)濾波，增強(qiáng)、放大、旋轉(zhuǎn)、特征提取及分析等。