无锡计量院采用激光跟踪仪检测机器人助力企业智能制造

工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。

近期，无锡市计量测试院为某科技大学无锡研究院智能制造提供技术服务。该项目的难点在于工业机器人控制对刀仪，而刀具无法拆卸，需同时检测出工业机器人的位姿精度和对刀仪的对刀精度。

检测人员利用激光跟踪仪机器人检测功能与几何量测量功能共同使用在不拆卸刀具的情况下用T-PROBE检测出刀具原点与机器人原点的关系，经过算法可得到预期检测结果。由于检测难度高，工作量大，检测团队分工合作，检测工作持续到晚上八点才最终完成。该研究院课题组对检测结果充分认可，对检测团队高效敬业，尽职尽责的工作态度表示由衷感谢。

20世纪50年代末，工业机器人最 早开始投入使用。约瑟夫·恩格尔贝格利用伺服系统的相关灵感，与乔治·德沃尔共同开发了一台工业机器人——“尤尼梅特”，率先于1961年在通用汽车的生产车间里开始使用。最初的工业机器人构造相对比较简单，所完成的功能也是捡拾汽车零件并放置到传送带上，对其他的作业环境并没有交互的能力，就是按照预定的基本程序精确地完成同一重复动作。“尤尼梅特”的应用虽然是简单的重复操作，但展示了工业机械化的美好前景，也为工业机器人的蓬勃发展拉开了序幕。自此，在工业生产领域，很多繁重、重复或者毫无意义的流程性作业可以由工业机器人来代替人类完成。

到了20世纪90年代，随着计算机技术、智能技术的进步和发展，第二代具有一定感觉功能的机器人已经实用化并开始推广，具有视觉、触觉、高灵巧手指、能行走的第三代智能机器人相继出现并开始走向应用。

一般来说，工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。相比于传统的工业设备，工业机器人有众多的优势，比如机器人具有易用性、智能化水平高、生产效率及安全性高、易于管理且经济效益显著等特点，使得它们可以在高危环境下进行作业。

在工件的加工过程中，工件装卸、刀具调整等辅助时间，占加工周期中相当大的比例，其中刀具的调整既费时费力，又不易准确，最后还需要试切。统计资料表明，一个工件的加工，纯机动时间大约只占总时间的55%，装夹和对刀等辅助时间占45%。因此，对刀仪便显示出极大的优越性。

对刀仪的工作原理：

对刀仪的核心部件是由一个高精度的开关(测头)，一个高硬度、高耐磨的硬质合金四面体(对刀探针)和一个信号传输接口器组成(其他件略)。四面体探针是用于与刀具进行接触，并通过安装在其下的挠性支撑杆，把力传至高精度开关;开关所发出的通、断信号，通过信号传输接口器，传输到数控系统中进行刀具方向识别、运算、补偿、存取等。

1.机床各直线运动轴返回各自的机械参考点之后，机床坐标系和对刀仪固定坐标之间的相对位置关系就建立起了具体的数值。

2.不论是使用自动编程控制，还是手动控制方式操作对刀仪，当移动刀具沿所选定的某个轴，使刀尖(或动力回转刀具的外径)靠向且触动对刀仪上四面探针的对应平面，并通过挠性支撑杆摆动触发了高精度开关传感器后，开关会立即通知系统锁定该进给轴的运动。因为数控系统是把这一信号作为高级信号来处理，所以动作的控制会极为迅速、准确。

3.由于数控机床直线进给轴上均装有进行位置环反馈的脉冲编码器，数控系统中也有记忆该进给轴实际位置的计数器。此时，系统只要读出该轴停止的准确位置，通过机床、对刀仪两者之间相对关系的自动换算，即可确定该轴刀具的刀尖(或直径)的初始刀具偏置值了。换一个角度说，如把它放到机床坐标系中来衡量，即相当于确定了机床参考点距机床坐标系零点的距离，与该刀具测量点距机床坐标系零点的距离及两者之间的实际偏差值。

4.不论是工件切削后产生的刀具磨损、还是丝杠热伸长后出现的刀尖变动量，只要再进行一次对刀操作，数控系统就会自动把测得的新的刀具偏置值与其初始刀具偏置值进行比较计算，并将需要进行补偿的误差值自动补入刀补存储区中。当然，如果换了新的刀具，再对其重新进行对刀，所获得的偏置值就应该是该刀具新的初始刀具偏置值了。

对刀仪种类

1、插拔式手臂

HPRA的特点是对刀臂和基座可分离。使用时通过插拔机构把对刀臂安装至对刀仪基座上，同时电器信号亦连通并进入可工作状态;用完后可将对刀臂从基座中拔出，放到合适的地方以保护精密的对刀臂和测头不受灰尘、碰撞的损坏，适合小型数控车床用。

2、下拉式手臂

HPPA的特点是对刀臂和基座旋转联接，是一体化的。使用时将对刀臂从保护套中摆动拉出，不用时把对刀臂再收回保护套中，不必担心其在加工中受到损坏。不必频繁地插拔刀臂，避免了频繁插拔引起的磕碰。

3、全自动对刀臂

HPMA的特点是，对刀臂和基座通过力矩电机实现刀臂的摆出和摆回与HPPA的区别是加了力矩电机，提高了自动化程度。更重要的是可把刀臂的摆出、摆回通过M代码编到加工程序中，在加工循环过程中，即可方便地实现刀具磨损值的自动测量、补偿和刀具破损的监测，再配合自动上下料机构，可实现无人化加工。

4、全自动接触式

在工作台水平垂直位置找寻到安装位置后，在对应的数控系统内输入程序就可以有效的实现自动对刀。在中国的雕铣机和玻璃机的发展中起到必不可少的作用。

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