蔡司:干货 | 机器人时代兵临城下 你的测量技术跟上了吗?

国际金属加工网 2016年06月14日

 

工业机器人做出一次一次精准动作的背后,精密减速器零件的测量功不可没。而成功登陆火星的好奇号(Curiosity)火星探测轮系机器人的完美献礼则是完成了多项微米级部件公差测量的大挑战……没错,在机器人时代已经兵临城下,你的测量技术如果还在原地跑步的话,那就要被拉开不知多少个身位了。

机器人就这么来了

长期以来,人类梦想着由机器人完成日常的工作,不管是洗盘子还是打仗。从阿富汗的天空到底特律的生产线,这些梦想都已变成了现实。现如今,不仅于漫画或电影屏幕中,各式机器人以更成熟的姿态进入人们的生活,不可否认的是——在机器人变得更加实用、价格适中、更大范围普及之前,我们仍有较长的路要走,即如同汽车或电脑当初闯入时一般,让机器人成为下一个必须的、无处不在的电子消费品或许仅仅是时间的问题。

中国制造2025”其中一个积极重要的组成部分就是机器人产业,预计到2025年,机器人工业产值预期可以达到4.5万亿美元,但对很多中小企业而言,普及使用工业机器人也面临一大挑战:巨大的投资成本。目前我国70%的机器人均来自洋品牌供应商,价格居高不下。究其根本原因,我国还缺乏对工业机器人控制工艺的研究,关键元器件无法实现国产化。未来,仍需加快工业机器人技术的研究开发与生产。

机器人结构与制造工艺皆非常复杂,部分高端机器人要求具备很高的装配精度,对于测量技术更是提出了更高的要求。而目前我国精密减速器、控制器、伺服系统以及高性能驱动器等机器人核心零部件大部分仍依赖进口,而这些零部件占到整体生产成本70%以上。拥有自主核心技术是未来发展的信心所在。

工业机器人核心部件量测

精密减速器的使用能使伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比,机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。

大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类:RV减速器和谐波减速器。相比于谐波减速器,RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此于关节型机器人中,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置;而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。

 

作为工业机器人精密减速器的核心组件,摆线齿轮目前的制造还多为国外公司垄断,其国产化面临着一系列的挑战。这主要是因为摆线齿轮的加工和制造精度要求高, 分析参数众多且测量精度要求也很高。另一方面,只有精确可靠的测量数据方可有效指导生产,从而提高摆线齿轮的加工精准性。除了摆线齿轮,减速器中的其他零件如齿轮壳、输出轴的制造要求也很高,测量难度亦不小。

基于固定式平台的高精度测量机可结合转台广泛应用于渐开线齿轮、摆线齿轮、凸轮等零部件为代表的工业机器人测量项目。通过主动式调节测量力,可实现连续扫描运行的高稳定性、高精度摆线轮轮廓主动扫描测量,融合高速或飞翔扫描技术可进一步提高批量化检测的效率。

火星探寻的挑战

2012年8月6日,美国宇航局(NASA)的好奇号(Curiosity)火星探测轮系机器人成功登陆火星,作为迄今为止最大的火星探测车及移动火星科学研究实验室(MSL),科学家希望它可帮助查明火星(Mars)历史上是否曾存在过可让微生物生存的宜居环境。

 

为此,该火星车携带了大量迄今最先进的实验设备,其科学载荷重量超过以往任何一次火星车载荷的10倍以上,因此探测系统的推进力及扭矩需不断加强,传动部件规格亦随之增加,其中数十个精密传动部件涉及众多深孔与圆弧等特征,制造过程所涉及的研磨、切割及热处理中的每一环节均需高精度量测,规格增大后的装配尺寸、形状及位置公差仍提出了微米级的高质量管控要求。

工程人员借助高精度测量机对每一部件实现超过60次的高效精密量测,依据详尽准确的可视化测量报告可有效指导、加快火星车机器人的研发及生产进程,为之后探寻火星生命元素的使命打下坚实的基础!

车间型测量机与工业机器人车间现场互联互动

 

车间型测量机从设计上应满足宽温等苛刻的环境要求,结合机器人可使质量流程更加精确和高效,这些皆有利于企业实现增效节能,增效节能是提高企业总体效率的重要因素,基于机器人平台已实现了自动化光学离线、在线或线边检测,相关应用成熟且日趋普遍。

 

机器人轻型化发展所需的测量技术

随着机器人由工业向民用方向的拓展,机器人部件将由金属向塑料或复合材料方向发展,从而加快了实现机器人轻型化的步伐,如何促进机器人塑料件成型加工新技术的开发?

 

提高塑料件的性能和功能是扩大其在机器人应用的关键,涉及复杂结构的塑料制品时,X射线三维CT测量技术可有效洞悉内部结构及获取更全面的数据,基于齿轮测量软件及少量高端测量型CT更可实现对齿轮参数的评定。除此之外,机器人所使用的大量传感器亦可借助于CT无损检测进行内外部结构、尺寸及失效分析。

 

打造数字化智能制造工厂

如何实现将机器人与测量技术、数据管理技术三者在制造业的完美融合,打造出真正意义上的数字化智能工厂?

 

现今近乎所有的制造企业,皆面临着如何有效利用零部件与各级总成测量所产生的海量数据,投入大量费用及时间解决量产中的质量问题,研究数据中的相关性,溯源及疑难问题解决。集成多样化工具的质量数据管理软件可实现测量数据的深度相关分析、层层递进、追根溯源,为管理决策提供依据,为制造企业实现全球质量战略,是提升整体产品质量及生产效率的必由之路。

随着机器人工业的飞速发展,国内外机器人制造企业除需具备机器人及高科技的测量分析设备,先进的质量数据管理系统成为其必不可少的核心竞争手段。

而这些,你都能在蔡司找到。We make is visible。

 

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雷尼绍

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