Leica絕對激光跟蹤儀在工業機器人校準及檢測中的應用

開軍

摘? 要：該文通過對國產機器人的發展現狀進行分析，詳細介紹了激光跟蹤儀的校準和檢測技術，對激光跟蹤儀的誤差來源和影響進行分析，同時還提出了激光跟蹤儀在工業機器人校準及檢測中應用的具體流程。國產工業機器人在高標準、高精度的加工制造領域技術仍然欠缺，所以，通過研究工業機器人校準及檢測技術，彌補國產工業機器人的精度低的弊端，推動我國在工業機器人校準及檢測方面科技的發展是目前研究的重點。

關鍵詞：激光跟蹤儀;工業機器人;校準;檢測;誤差分析;檢測流程

中圖分類號：TP242.2? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著科學技術飛速的發展，我國發布了一些政策，目的是促進我國制造業的快速發展，提升我國工業機器人技術水平，從而實現從制造大國向制造強國的蛻變。隨著我國近幾年來技術的迅猛發展，國產機器人實現了在工業生產中的從無到有，并形成逐漸強大的勢頭。目前我國已經建成了集研發、制造、應用一條鏈的工業機器人產業，機器人的應用不僅僅在人們的生活服務方面，還被應用在工業制造、工程建設、食品加工等各個行業領域。但隨著國產工業機器人的大范圍使用，對機器人的性能也有了極大的考驗，國產工業機器人在一些高精度領域的應用更是暴露了精度低的問題，要想滿足工業的需要，提高國際競爭力，就必須彌補這一缺陷，所以如何提高國產工業機器人的精度成了如今研究和討論的重點。

1 國產工業機器人的現狀

1.1 國產工業機器人的不足

該文主要從工業機器人的性能指標方面對工業機器人的問題進行討論，主要涉及靜態柔順性、準確度、重復性、位置穩定時間、拐角偏差和互換性等方面，從這些觀察分析中可以發現，工業機器人有2個重要的性能指標，分別是準確性和重復性。準確性是指機器人在接到指令后，到達準確位置的能力。重復性是工業機器人根據記憶重復到達某一位置的能力，即絕對定位精度和重復定位精度。就目前我國的工業機器人生產水平而言，廠家只能達到關于重復定位精度的指標，不能達到絕對定位精度的指標，所以我國工業機器人的絕對定位精度的技術尚存在很大的不足。

1.2 國產工業機器人不足的原因

1.2.1 缺少測量工業機器人精度的工具和方法

缺少測量工業機器人精度的工具和方法，使我國在評估工業機器人性能的時候受到阻礙。一直以來，我國都采用頂尖對齊的測量方式，通過肉眼的觀察和比較，校準和檢測工業機器人的精度，因為采用肉眼觀察的方式，并不能觀察出細致的差距，會導致誤差加大，難以保證工業機器人的精度。除了這種方式，我國還使用拉線法的測量方法，但是這種方法對空間有一定的要求，而且使用拉線法進行測量還會影響工業機器人其他性能的發揮，受力的不同導致精度測量存在問題。

1.2.2 工業機器人的精度存在問題

我國目前還沒有發現可以全面改善工業機器人精度的措施。重復定位精度由機器人關節、齒輪之間的相互作用和編碼器決定。工業機器人的絕對定位精度也會受到連桿的作用、零部件的彈性和變形、齒輪之間的誤差的影響。重復性的完善可以通過改變齒輪的相互作用和編碼器的精度等硬件設施來實現，但是準確度卻受到多方面原因的影響，其中零件的誤差和變形都會導致幾何參數出現誤差，所以在提高工業機器人準確度的精度方面還存在很大的問題。

2 激光跟蹤儀的校準和檢測技術

2.1 激光跟蹤儀的誤差種類

在激光跟蹤儀的使用過程中，系統的準確度會受多方面影響而產生誤差，主要的誤差為系統誤差和隨機誤差。

2.1.1 系統誤差

在理想狀態下的激光跟蹤儀為方位軸和俯仰軸正交。處于2條軸上的編碼器與軸正交且處于同心狀態。激光的光軸與出射孔垂直。這是在理想環境下激光跟蹤儀的要求，但是在實際使用中，會受多方面的影響，其中零件加工和安裝過程的誤差，不同地區溫度、濕度的不同，運輸途中等各種不可控因素的影響都會導致激光跟蹤儀無法滿足理想狀態下的要求，從而造成誤差。

2.1.2 隨機誤差

隨機誤差是由一些外部條件改變造成的誤差，例如空氣折射誤差、溫度誤差、濕度誤差、跟蹤誤差等。

2.2 激光跟蹤儀的校準

激光跟蹤儀的校準方法主要包括雙面測量法和兩點校準法等。先使用高精度的專業儀器進行測量，再用激光追蹤儀進行測量，根據二者測量的結果進行對比分析得出誤差，還可以通過光軸方向和角向2種角度測量長度誤差，并進行精度的校準。

3 Leica在工業機器人校準及檢測中應用的方法

因為工業機器人被大量使用，所以工業機器人的校準及檢測技術也擁有了很大的市場，面對巨大的市場需求，研究人員開始針對國產工業機器人的校準檢測技術提出了一套完善的方案。

這套校準檢測方案由Leica絕對激光跟蹤儀、精度校準系統、信號控制器等組成，其主要功能是測量工業機器人的位置，并將工作中機器人的時間位置和姿態等信息搜集起來，然后對搜集的激光跟蹤儀的測量數據進行對比分析計算，生成校準檢測結果，同時由信息控制器進行總控制，保證校準檢測工作順利有序的完成。

3.1 Leica絕對激光跟蹤儀的檢測系統

Leica絕對激光跟蹤儀在實際中的應用實現了自由的動態測量，有效地提高了工業機器人的速度和精度，Leica絕對激光跟蹤儀的效率高、輸出數據速度快、測量精度高，其應用于國產工業機器人的校準與檢測中可以滿足我國對工業機器人的高精度的要求。

除此之外，研究人員在激光跟蹤儀中加入了T-Mac測頭，T-Mac測頭可以對工業機器人的位置和姿態進行監控和追蹤，并實時匯報，還可以實現對工業機器人精度的測量分析，可以完全滿足市場中對機器人性能校準檢測的要求，在一定程度上促進了工業機器人在市場中的廣泛應用。

3.2 精度校準系統

精度校準系統主要是針對工業機器人開發的一套軟件系統，其中包括校準和檢測2個功能。

校準模塊是通過工業機器人的幾何參數信息創建一個機器人理論模型，然后通過測量的結果進行數據計算，生成測量位姿，然后再通過坐標系的建立找到誤差，導入到機器人控制器，從而得到校準后的結果。通過校準模塊可以找到減速比和耦合比的偏差，并進行修正，達到國產工業機器人的絕對定位精度。檢測模塊是對工業機器人各方面性能的檢測，建立工具測量坐標系和機器人坐標系，再定義工作空間，選擇需要測試的項目和次數，將這些數據導入機器人程序，然后運行該程序生成檢測結果。該精度校準系統對工作的空間、設備情況、測試的項目等進行全面分析，生成機器人識別指令，在測量時還可以將校準檢測結果、性能指標的測試和分析結果一鍵式完成。

4 結語

該校準測試系統在具體的工業機器人的校準與檢測工作中取得了很好的效果，Leica絕對激光跟蹤儀在工業機器人的校準與檢測工作中，可以精確采集數據，尋找工業機器人工作時的誤差，并對誤差信息進行分析，尋找誤差原因，然后通過采集的數據進一步分析工業機器人的各項性能指標。利用激光跟蹤儀能夠更加準確、高效地對工業機器人進行校準和檢測，大大提高了工業機器人的重復定位精度和絕對定位精度，減少誤差對工業機器人性能的影響程度，促進工業機器人領域的發展，提升我國的國際競爭力。

參考文獻

[1]張艷菊，符遠翔，車丹.激光跟蹤儀在工業機器人位姿特性檢測中的應用[J].機床與液壓，2018，46（21）：29-33，14.

[2]陳剛，吳雪珂，歐永，等.激光跟蹤儀在機器人性能測試中的應用[J].電子產品可靠性與環境試驗，2018，36（3）：61-69.

[3]劉凱.Leica絕對激光跟蹤儀在工業機器人校準及檢測中的應用[J].智能制造，2018（5）：43-46.

[4]閆勇剛，歐陽健飛，楊紅果，等.激光跟蹤儀校準技術及在機床檢測中的應用[J].紅外與激光工程，2008，37（S1）：158-161.