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高精度機器人推動航空航天制造業發展

07-31 18:44:08

就精度而言,機器人技術在傳統上一直依賴系統的重復性水平。在過去,機器人的精度一直沒有達到標準生產工藝可接受的成熟水平。在航空航天制造領域,諸如緊固和鉆孔等關鍵加工技術長期以來沒有嚴格的公差控制。例如,飛機機身裝配的典型公差范圍可達±0.030英寸。這個標準是根據對緊固件鉆孔的位置要求制定的。然而,隨著機器人在這一領域的運用,客戶對高精度加工的需求不斷增長。為順應這一趨勢,FANUC機器人裝備了雷尼紹RESOLUTE?系列絕對式圓光柵,以提高機器人在關鍵工藝中的加工精度。



FANUC機械臂

  對機器人精度和重復性的要求

  據羿戓制造所了解,在制造過程中,擁有更高精度和高重復性的機器人可確保制造出更為精密的零件,即使對制程有所調整,也能夠獲得可預測的結果。高精度機器人正在成為航空航天制造領域的新寵,它們的身影出現在多種工藝流程中,例如鉆孔、緊固、去毛刺和修整,以及無損檢測、噴涂和復合材料疊層處理等等?芍貜偷臋C器人加工路徑和工具運用方式意味著可節約關鍵材料的成本。另外一個好處是,機器人加工過程的固有重復性有助于提高可預測性和工藝參數的控制水平,這有利于更輕松識別和優化影響工件質量的工藝參數。此外,機器人能夠以極高的速度執行復雜或重復的加工過程。

  近年來,制造商往往要求針對那些需頻繁維護和更換的高磨損零件實現無縫替換;如果加工或裝配的替換零件完全合乎所需精度等規格,就能免除進一步的修整、去毛刺或其他調整。降低緊固件公差不僅可提高裝配精度,也有利于減小緊固件的體積和重量,從而降低整體結構的重量。精確加工或裝配的零件將不再需要進行這些不必要的調整,從而實現可預測的、及時的零件更換計劃,降低成本并縮短停機時間,同時也不會中斷生產過程。提高制造過程中的機器人精度可確保零件更換過程更為順暢,不會中斷生產過程,還可以提高精度,因此可獲得更高的成本效益。

  FANUC機器人安裝的附加編碼器




FANUC機械臂的回轉軸上配備RESOLUTE絕對式圓光柵

  航空航天制造領域中最為重要的突破性創新便是碳纖維涂覆工藝的運用。在此工藝中,碳纖維與樹脂或環氧樹脂材料相結合,形成重量極輕但極為強韌的復合材料。這種材料非常適合用于航空航天領域,因為它可以減輕飛機的重量,從而實現更好的燃油經濟性,同時不會犧牲強度或耐用性。機器人的精度水平在這個工藝中顯得十分重要,因為碳纖維線之間的相對位置是保證工件結構完整性的關鍵。




 光柵讀數頭上的LED安裝指示燈指示何時需清潔柵尺


 FANUC機器人的定位系統結構

  幫助實現FANUC機器人高精度的一個重要因素,便是雷尼紹RESOLUTE系列光柵作為附加編碼器的運用。它將全向重復精度降低至接近零,并借助激光跟蹤儀進行驗證,同時利用所有軸的移動實現組合效應。直接連接到控制器的RESOLUTE光柵被安裝在各軸傳動系的輸出側,以測量和控制每個軸的真實位置。這樣一來,機器人便可以精確控制位置,消除因反向間隙導致的誤差,并從根本上提高機器人到達指令位置的能力。這非常適合需要高精度或需要補償外力的應用。彎曲是機器人的機械部件遇到的一種典型問題,是由對其施加的扭矩造成的,利用RESOLUTE光柵的優點,FANUC機器人采用"滑動補償"技術,能夠修正這類彎曲,同時減少加工過程中由外力造成的機器人偏轉。

  RESOLUTE絕對式光柵系統



RESOLUTE系列絕對式圓光柵

  RESOLUTE是真正意義的絕對式、精細柵距光柵系統。它具有極強的抗污能力,其超凡的技術指標更是位置反饋領域的一大新突破。它采用最先進的DSP(數字信號處理器)來分析由定制圖像傳感器捕獲的數據,能夠以極高速度確定絕對位置,并可在開啟后立即確定當前位置。它采用的內置LED安裝指示燈可幫助進行診斷和安裝,內置的位置校驗算法持續監控讀取的數據,以克服油漬或其他污染物引起的光散射影響,最終確保系統安全可靠地運行。

  據enCE所了解,RESOLUTE是世界上第一款能夠在36,000轉/分的速度下實現32位分辨率的絕對式光柵,具有±40 nm的超低電子細分誤差 (SDE) 和小于10 nm RMS的低信號抖動,因此可提供更平穩的速度控制和超強的位置穩定性。它還與各種常用的工業自動化串行協議兼容,包括FANUC線性和旋轉應用。



清潔柵尺



顆粒污染覆蓋柵尺的很大一部分區域,但仍可確定相位信息的柵尺


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