直角坐標機器人與對比儀結合在檢測砝碼行業的應用

李偉欣++唐廣文

在砝碼檢測行業現在只能用人工將標準砝碼放到檢測對比儀上，檢測砝碼的重量，然后再將標準砝碼放回到標準砝碼盤中，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。現在國內還沒有成型的設備可以實現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，對于環境和操作的標準的要求極高。我公司針對該行業設計了直角坐標機器人系統四軸機器人參與整個實驗過程，直角坐標機械手為龍門結構，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，然后所有的進程將全部由機器人系統自動完成，可以極大的降低由于人的因素對實驗過程和實驗結果的影響。

砝碼的質量分為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，需要分別搬運標準砝碼和待檢砝碼，費時費力。我公司將直角坐標機器人與檢測對比儀結合使用首次應用在檢測砝碼行業，直線定位系統均為模塊化結構；使用特制鋁合金型材作為主體，型材內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，傳動方式根據定位精度可選，優點是鋼性好、磨擦系數小、阻力小、精度高。實現了高速度，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。

根據對標準砝碼校驗比的過程分析，機器人檢測系統的技術方案指標如下：

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、標準砝碼倉為固定托盤結構

5、待檢測砝碼和標準砝碼分別擺放在比對儀左右兩側。

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質鹿皮保護。

7、機械手的操作通過移動式手操面板實現，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等。

8、數據分析軟件。根據比對檢測規則開發數據記錄分析處理軟件，自動生成據表，實現砝碼 搬運、數據讀取、數據處理全部自動化。

9、產品外觀簡潔美觀，運行安全可靠。

圖一到圖二為直角坐標機器人與比對儀結合檢測砝碼這種結構形式在檢測砝碼重量這個行業應用圖例，1為直角坐標機器人，直角坐標機器人為同步帶驅動，動力作用在驅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準砝碼檢測工位中的標準砝碼，放入對比儀上檢測，檢測出結果后，再將標準砝碼放回原位，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，用于標準質量的傳遞工作，精度極高，具有極好的重復性，從而并確保對國際原器的可追溯性。直角坐標機器人與對比儀的結合實現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量差異，都能精確的檢測出砝碼的質量。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，發出信號，直角坐標機器人的機械手開始工作。4為機器人底座框架，直角坐標機器人坐在框架上，完成X軸、Y軸、Z軸三個方向的運行。5為標準砝碼定位盤，放置標準砝碼。6為待檢砝碼定位盤放置待檢砝碼。

機器人砝碼檢測系統的優點：

1、降低人工干擾：采用機器人檢測系統，檢測過程中待檢砝碼和標準砝碼的搬運都是通過機械手按照事先設定的流程完成，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、重復性好：在采用ABBA或ABA檢測流程中，機器人系統的動作采用高精度伺服系統驅動，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過程的完全一致，從而確保最佳的檢測結果。

3、穩定性好：機器人采用高精度的伺服系統和傳動系統，通過閉環的控制系統，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、時間穩定：由于機器人系統完全是按照事先設定的程序運行，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量大打折扣，不同工作人員間的差異，都會使得檢測結果存在偏差，大大降低了檢測結果的可信度。機器人系統可以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：機器人系統完全按照設定的流程工作，一旦檢測流程確定，那么每天的檢測數量可以完全確定，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，可靠性高。

8、檢測過程更加科學嚴謹。隨著計量規范我國和國際標準的逐漸接軌，對量值傳遞的要求大幅提高，檢測結果的不確定度計算成為衡量檢測水平的極為重要的標準，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確計算。借助機器人軟件系統的幫助，使得該項計算變得非常容易而準確。