直角坐标机器人与对比仪结合在检测砝码行业的应用

李伟欣++唐广文

在砝码检测行业现在只能用人工将标准砝码放到检测对比仪上，检测砝码的重量，然后再将标准砝码放回到标准砝码盘中，再用人工将待检砝码放到检测对比仪上，检测砝码的重量，然后再将待检砝码放回待检砝码盘中。完成一次检测砝码过程。现在国内还没有成型的设备可以实现自动上料下料过程及检测过程，只有人工搬运砝码并检测。由于计量实验室的特殊性，对于环境和操作的标准的要求极高。我公司针对该行业设计了直角坐标机器人系统四轴机器人参与整个实验过程，直角坐标机械手为龙门结构，包括水平移动X轴、水平移动的Y轴和垂直升降Z轴，全部采用直线定位模组搭建，水平方向使用同步齿形带传动，垂直方向采用滚珠丝杠传动，伺服电机驱动，实验人员所做的工作仅仅就是将砝码放入砝码仓，然后所有的進程将全部由机器人系统自动完成，可以极大的降低由于人的因素对实验过程和实验结果的影响。

砝码的质量分为5公斤、10公斤、20公斤，全部由人工搬运到检测对比仪上，大大增加了人工的强度，检测一次砝码，需要分别搬运标准砝码和待检砝码，费时费力。我公司将直角坐标机器人与检测对比仪结合使用首次应用在检测砝码行业，直线定位系统均为模块化结构；使用特制铝合金型材作为主体，型材内部配有特殊的钢轨来保证机械强度和长期保持平行度，同时也是运动滑块的载体，传动方式根据定位精度可选，优点是钢性好、磨擦系数小、阻力小、精度高。实现了高速度，高精度的抓取几十种不同形状，不同大小，不同重量工件的功能，为检测工作提供了方便。

根据对标准砝码校验比的过程分析，机器人检测系统的技术方案指标如下：

1、待检测砝码为圆柱型和方形两种，砝码为5 kg＼10kg＼20kg两种。

2、采用直角坐标机器人作为自动化机械手的本体，同步齿形带传动、伺服电机驱动。

3、待检测砝码仓采用移动小车形式，由人工把待检测砝码摆放到小车上，然后推入机械手抓取位置，待检测砝码仓容量为6个砝码。

4、标准砝码仓为固定托盘结构

5、待检测砝码和标准砝码分别摆放在比对仪左右两侧。

6、机械手的抓取手指、砝码仓砝码摆放托盘等和砝码接触的部件均贴加优质鹿皮保护。

7、机械手的操作通过移动式手操面板实现，操作者可以通过触摸式操作面板输入指令，修改砝码的外形参数等。

8、数据分析软件。根据比对检测规则开发数据记录分析处理软件，自动生成据表，实现砝码 搬运、数据读取、数据处理全部自动化。

9、产品外观简洁美观，运行安全可靠。

图一到图二为直角坐标机器人与比对仪结合检测砝码这种结构形式在检测砝码重量这个行业应用图例，1为直角坐标机器人，直角坐标机器人为同步带驱动，动力作用在驱动端通过伺服电机连接减速机带动滑块运动，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向，三个方向同时运动，Z轴连接末端机械手抓取标准砝码检测工位中的标准砝码，放入对比仪上检测，检测出结果后，再将标准砝码放回原位，然后机械手抓取待检砝码小车上的待检砝码，放入对比仪上检测，检测出结果后，再将待检砝码放回原位，完成一次砝码检测的过程。2为对比仪，用于标准质量的传递工作，精度极高，具有极好的重复性，从而并确保对国际原器的可追溯性。直角坐标机器人与对比仪的结合实现了一个已知参考砝码和一个未知测试样之间的比较称量，即使它们之间存在极小的质量差异，都能精确的检测出砝码的质量。3为待检砝码小车，待检砝码放在待检砝码小车中，由工作人员将其推至指定位置，发出信号，直角坐标机器人的机械手开始工作。4为机器人底座框架，直角坐标机器人坐在框架上，完成X轴、Y轴、Z轴三个方向的运行。5为标准砝码定位盘，放置标准砝码。6为待检砝码定位盘放置待检砝码。

机器人砝码检测系统的优点：

1、降低人工干扰：采用机器人检测系统，检测过程中待检砝码和标准砝码的搬运都是通过机械手按照事先设定的流程完成，完全避免了人工摆放砝码带来的偏差和干扰（包括人体对温度的影响）。

2、重复性好：在采用ABBA或ABA检测流程中，机器人系统的动作采用高精度伺服系统驱动，每一个动作、每次移动的距离、移动的速度都是在软件程序精确控制完成的，可以保证每一个重复过程的完全一致，从而确保最佳的检测结果。

3、稳定性好：机器人采用高精度的伺服系统和传动系统，通过闭环的控制系统，可以让机械手以每秒钟0.1毫米甚至更低的速度匀速运动，机器人系统的运动过程、加减速过程几乎没有任何振动，在砝码搬运过程中可以完全避免砝码对比对仪的冲击。

4、时间稳定：由于机器人系统完全是按照事先设定的程序运行，每一个动作的时间都是固定的，这样就可以保证每个测试流程的时间节点是一致的。

5、一致性好：随着砝码检测的工作量日趋增加，有限人员可能无法满足检测工作的需要，激增的工作量会使砝码检测的质量大打折扣，不同工作人员间的差异，都会使得检测结果存在偏差，大大降低了检测结果的可信度。机器人系统可以24小时不间断工作，从而完全避免了以上问题。

6、工作效率高：机器人系统完全按照设定的流程工作，一旦检测流程确定，那么每天的检测数量可以完全确定，没有任何的时间浪费，极大的提高检测的效率。

7、 降低检测人员的劳动强度：操作维修方便，工作平稳，可靠性高。

8、检测过程更加科学严谨。随着计量规范我国和国际标准的逐渐接轨，对量值传递的要求大幅提高，检测结果的不确定度计算成为衡量检测水平的极为重要的标准，对于每次检测的不确定度的计算需要耗费大量的时间且很难准确计算。借助机器人软件系统的帮助，使得该项计算变得非常容易而准确。