直角坐標(biāo)機器人與對比儀結(jié)合在檢測砝碼行業(yè)的應(yīng)用

李偉欣++唐廣文

在砝碼檢測行業(yè)現(xiàn)在只能用人工將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放到檢測對比儀上，檢測砝碼的重量，然后再將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放回到標(biāo)準(zhǔn)砝碼盤中，再用人工將待檢砝碼放到檢測對比儀上，檢測砝碼的重量，然后再將待檢砝碼放回待檢砝碼盤中。完成一次檢測砝碼過程?，F(xiàn)在國內(nèi)還沒有成型的設(shè)備可以實現(xiàn)自動上料下料過程及檢測過程，只有人工搬運砝碼并檢測。由于計量實驗室的特殊性，對于環(huán)境和操作的標(biāo)準(zhǔn)的要求極高。我公司針對該行業(yè)設(shè)計了直角坐標(biāo)機器人系統(tǒng)四軸機器人參與整個實驗過程，直角坐標(biāo)機械手為龍門結(jié)構(gòu)，包括水平移動X軸、水平移動的Y軸和垂直升降Z軸，全部采用直線定位模組搭建，水平方向使用同步齒形帶傳動，垂直方向采用滾珠絲杠傳動，伺服電機驅(qū)動，實驗人員所做的工作僅僅就是將砝碼放入砝碼倉，然后所有的進(jìn)程將全部由機器人系統(tǒng)自動完成，可以極大的降低由于人的因素對實驗過程和實驗結(jié)果的影響。

砝碼的質(zhì)量分為5公斤、10公斤、20公斤，全部由人工搬運到檢測對比儀上，大大增加了人工的強度，檢測一次砝碼，需要分別搬運標(biāo)準(zhǔn)砝碼和待檢砝碼，費時費力。我公司將直角坐標(biāo)機器人與檢測對比儀結(jié)合使用首次應(yīng)用在檢測砝碼行業(yè)，直線定位系統(tǒng)均為模塊化結(jié)構(gòu)；使用特制鋁合金型材作為主體，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，傳動方式根據(jù)定位精度可選，優(yōu)點是鋼性好、磨擦系數(shù)小、阻力小、精度高。實現(xiàn)了高速度，高精度的抓取幾十種不同形狀，不同大小，不同重量工件的功能，為檢測工作提供了方便。

根據(jù)對標(biāo)準(zhǔn)砝碼校驗比的過程分析，機器人檢測系統(tǒng)的技術(shù)方案指標(biāo)如下：

1、待檢測砝碼為圓柱型和方形兩種，砝碼為5 kg＼10kg＼20kg兩種。

2、采用直角坐標(biāo)機器人作為自動化機械手的本體，同步齒形帶傳動、伺服電機驅(qū)動。

3、待檢測砝碼倉采用移動小車形式，由人工把待檢測砝碼擺放到小車上，然后推入機械手抓取位置，待檢測砝碼倉容量為6個砝碼。

4、標(biāo)準(zhǔn)砝碼倉為固定托盤結(jié)構(gòu)

5、待檢測砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼分別擺放在比對儀左右兩側(cè)。

6、機械手的抓取手指、砝碼倉砝碼擺放托盤等和砝碼接觸的部件均貼加優(yōu)質(zhì)鹿皮保護(hù)。

7、機械手的操作通過移動式手操面板實現(xiàn)，操作者可以通過觸摸式操作面板輸入指令，修改砝碼的外形參數(shù)等。

8、數(shù)據(jù)分析軟件。根據(jù)比對檢測規(guī)則開發(fā)數(shù)據(jù)記錄分析處理軟件，自動生成據(jù)表，實現(xiàn)砝碼 搬運、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理全部自動化。

9、產(chǎn)品外觀簡潔美觀，運行安全可靠。

圖一到圖二為直角坐標(biāo)機器人與比對儀結(jié)合檢測砝碼這種結(jié)構(gòu)形式在檢測砝碼重量這個行業(yè)應(yīng)用圖例，1為直角坐標(biāo)機器人，直角坐標(biāo)機器人為同步帶驅(qū)動，動力作用在驅(qū)動端通過伺服電機連接減速機帶動滑塊運動，X軸方向、Y軸方向、Z軸方向，三個方向同時運動，Z軸連接末端機械手抓取標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢測工位中的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，放入對比儀上檢測，檢測出結(jié)果后，再將標(biāo)準(zhǔn)砝碼放回原位，然后機械手抓取待檢砝碼小車上的待檢砝碼，放入對比儀上檢測，檢測出結(jié)果后，再將待檢砝碼放回原位，完成一次砝碼檢測的過程。2為對比儀，用于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的傳遞工作，精度極高，具有極好的重復(fù)性，從而并確保對國際原器的可追溯性。直角坐標(biāo)機器人與對比儀的結(jié)合實現(xiàn)了一個已知參考砝碼和一個未知測試樣之間的比較稱量，即使它們之間存在極小的質(zhì)量差異，都能精確的檢測出砝碼的質(zhì)量。3為待檢砝碼小車，待檢砝碼放在待檢砝碼小車中，由工作人員將其推至指定位置，發(fā)出信號，直角坐標(biāo)機器人的機械手開始工作。4為機器人底座框架，直角坐標(biāo)機器人坐在框架上，完成X軸、Y軸、Z軸三個方向的運行。5為標(biāo)準(zhǔn)砝碼定位盤，放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼。6為待檢砝碼定位盤放置待檢砝碼。

機器人砝碼檢測系統(tǒng)的優(yōu)點：

1、降低人工干擾：采用機器人檢測系統(tǒng)，檢測過程中待檢砝碼和標(biāo)準(zhǔn)砝碼的搬運都是通過機械手按照事先設(shè)定的流程完成，完全避免了人工擺放砝碼帶來的偏差和干擾（包括人體對溫度的影響）。

2、重復(fù)性好：在采用ABBA或ABA檢測流程中，機器人系統(tǒng)的動作采用高精度伺服系統(tǒng)驅(qū)動，每一個動作、每次移動的距離、移動的速度都是在軟件程序精確控制完成的，可以保證每一個重復(fù)過程的完全一致，從而確保最佳的檢測結(jié)果。

3、穩(wěn)定性好：機器人采用高精度的伺服系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，通過閉環(huán)的控制系統(tǒng)，可以讓機械手以每秒鐘0.1毫米甚至更低的速度勻速運動，機器人系統(tǒng)的運動過程、加減速過程幾乎沒有任何振動，在砝碼搬運過程中可以完全避免砝碼對比對儀的沖擊。

4、時間穩(wěn)定：由于機器人系統(tǒng)完全是按照事先設(shè)定的程序運行，每一個動作的時間都是固定的，這樣就可以保證每個測試流程的時間節(jié)點是一致的。

5、一致性好：隨著砝碼檢測的工作量日趨增加，有限人員可能無法滿足檢測工作的需要，激增的工作量會使砝碼檢測的質(zhì)量大打折扣，不同工作人員間的差異，都會使得檢測結(jié)果存在偏差，大大降低了檢測結(jié)果的可信度。機器人系統(tǒng)可以24小時不間斷工作，從而完全避免了以上問題。

6、工作效率高：機器人系統(tǒng)完全按照設(shè)定的流程工作，一旦檢測流程確定，那么每天的檢測數(shù)量可以完全確定，沒有任何的時間浪費，極大的提高檢測的效率。

7、 降低檢測人員的勞動強度：操作維修方便，工作平穩(wěn)，可靠性高。

8、檢測過程更加科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。隨著計量規(guī)范我國和國際標(biāo)準(zhǔn)的逐漸接軌，對量值傳遞的要求大幅提高，檢測結(jié)果的不確定度計算成為衡量檢測水平的極為重要的標(biāo)準(zhǔn)，對于每次檢測的不確定度的計算需要耗費大量的時間且很難準(zhǔn)確計算。借助機器人軟件系統(tǒng)的幫助，使得該項計算變得非常容易而準(zhǔn)確。