Leica绝对激光跟踪仪在工业机器人校准及检测中的应用

开军

摘  要：该文通过对国产机器人的发展现状进行分析，详细介绍了激光跟踪仪的校准和检测技术，对激光跟踪仪的误差来源和影响进行分析，同时还提出了激光跟踪仪在工业机器人校准及检测中应用的具体流程。国产工业机器人在高标准、高精度的加工制造领域技术仍然欠缺，所以，通过研究工业机器人校准及检测技术，弥补国产工业机器人的精度低的弊端，推动我国在工业机器人校准及检测方面科技的发展是目前研究的重点。

关键词：激光跟踪仪;工业机器人;校准;检测;误差分析;检测流程

中图分类号：TP242.2            文献标志码：A

0 引言

随着科学技术飞速的发展，我国发布了一些政策，目的是促进我国制造业的快速发展，提升我国工业机器人技术水平，从而实现从制造大国向制造强国的蜕变。随着我国近几年来技术的迅猛发展，国产机器人实现了在工业生产中的从无到有，并形成逐渐强大的势头。目前我国已经建成了集研发、制造、应用一条链的工业机器人产业，机器人的应用不仅仅在人们的生活服务方面，还被应用在工业制造、工程建设、食品加工等各个行业领域。但随着国产工业机器人的大范围使用，对机器人的性能也有了极大的考验，国产工业机器人在一些高精度领域的应用更是暴露了精度低的问题，要想满足工业的需要，提高国际竞争力，就必须弥补这一缺陷，所以如何提高国产工业机器人的精度成了如今研究和讨论的重点。

1 国产工业机器人的现状

1.1 国产工业机器人的不足

该文主要从工业机器人的性能指标方面对工业机器人的问题进行讨论，主要涉及静态柔顺性、准确度、重复性、位置稳定时间、拐角偏差和互换性等方面，从这些观察分析中可以发现，工业机器人有2个重要的性能指标，分别是准确性和重复性。准确性是指机器人在接到指令后，到达准确位置的能力。重复性是工业机器人根据记忆重复到达某一位置的能力，即绝对定位精度和重复定位精度。就目前我国的工业机器人生产水平而言，厂家只能达到关于重复定位精度的指标，不能达到绝对定位精度的指标，所以我国工业机器人的绝对定位精度的技术尚存在很大的不足。

1.2 国产工业机器人不足的原因

1.2.1 缺少测量工业机器人精度的工具和方法

缺少测量工业机器人精度的工具和方法，使我国在评估工业机器人性能的时候受到阻碍。一直以来，我国都采用顶尖对齐的测量方式，通过肉眼的观察和比较，校准和检测工业机器人的精度，因为采用肉眼观察的方式，并不能观察出细致的差距，会导致误差加大，难以保证工业机器人的精度。除了这种方式，我国还使用拉线法的测量方法，但是这种方法对空间有一定的要求，而且使用拉线法进行测量还会影响工业机器人其他性能的发挥，受力的不同导致精度测量存在问题。

1.2.2 工业机器人的精度存在问题

我国目前还没有发现可以全面改善工业机器人精度的措施。重复定位精度由机器人关节、齿轮之间的相互作用和编码器决定。工业机器人的绝对定位精度也会受到连杆的作用、零部件的弹性和变形、齿轮之间的误差的影响。重复性的完善可以通过改变齿轮的相互作用和编码器的精度等硬件设施来实现，但是准确度却受到多方面原因的影响，其中零件的误差和变形都会导致几何参数出现误差，所以在提高工业机器人准确度的精度方面还存在很大的问题。

2 激光跟踪仪的校准和检测技术

2.1 激光跟踪仪的误差种类

在激光跟踪仪的使用过程中，系统的准确度会受多方面影响而产生误差，主要的误差为系统误差和随机误差。

2.1.1 系统误差

在理想状态下的激光跟踪仪为方位轴和俯仰轴正交。处于2条轴上的编码器与轴正交且处于同心状态。激光的光轴与出射孔垂直。这是在理想环境下激光跟踪仪的要求，但是在实际使用中，会受多方面的影响，其中零件加工和安装过程的误差，不同地区温度、湿度的不同，运输途中等各种不可控因素的影响都会导致激光跟踪仪无法满足理想状态下的要求，从而造成误差。

2.1.2 随机误差

随机误差是由一些外部条件改变造成的误差，例如空气折射误差、温度误差、湿度误差、跟踪误差等。

2.2 激光跟踪仪的校准

激光跟踪仪的校准方法主要包括双面测量法和两点校准法等。先使用高精度的专业仪器进行测量，再用激光追踪仪进行测量，根据二者测量的结果进行对比分析得出误差，还可以通过光轴方向和角向2种角度测量长度误差，并进行精度的校准。

3 Leica在工业机器人校准及检测中应用的方法

因为工业机器人被大量使用，所以工业机器人的校准及检测技术也拥有了很大的市场，面对巨大的市场需求，研究人员开始针对国产工业机器人的校准检测技术提出了一套完善的方案。

这套校准检测方案由Leica绝对激光跟踪仪、精度校准系统、信号控制器等组成，其主要功能是测量工业机器人的位置，并将工作中机器人的时间位置和姿态等信息搜集起来，然后对搜集的激光跟踪仪的测量数据进行对比分析计算，生成校准检测结果，同时由信息控制器进行总控制，保证校准检测工作顺利有序的完成。

3.1 Leica绝对激光跟踪仪的检测系统

Leica絕对激光跟踪仪在实际中的应用实现了自由的动态测量，有效地提高了工业机器人的速度和精度，Leica绝对激光跟踪仪的效率高、输出数据速度快、测量精度高，其应用于国产工业机器人的校准与检测中可以满足我国对工业机器人的高精度的要求。

除此之外，研究人员在激光跟踪仪中加入了T-Mac测头，T-Mac测头可以对工业机器人的位置和姿态进行监控和追踪，并实时汇报，还可以实现对工业机器人精度的测量分析，可以完全满足市场中对机器人性能校准检测的要求，在一定程度上促进了工业机器人在市场中的广泛应用。

3.2 精度校准系统

精度校准系统主要是针对工业机器人开发的一套软件系统，其中包括校准和检测2个功能。

校准模块是通过工业机器人的几何参数信息创建一个机器人理论模型，然后通过测量的结果进行数据计算，生成测量位姿，然后再通过坐标系的建立找到误差，导入到机器人控制器，从而得到校准后的结果。通过校准模块可以找到减速比和耦合比的偏差，并进行修正，达到国产工业机器人的绝对定位精度。检测模块是对工业机器人各方面性能的检测，建立工具测量坐标系和机器人坐标系，再定义工作空间，选择需要测试的项目和次数，将这些数据导入机器人程序，然后运行该程序生成检测结果。该精度校准系统对工作的空间、设备情况、测试的项目等进行全面分析，生成机器人识别指令，在测量时还可以将校准检测结果、性能指标的测试和分析结果一键式完成。

4 结语

该校准测试系统在具体的工业机器人的校准与检测工作中取得了很好的效果，Leica绝对激光跟踪仪在工业机器人的校准与检测工作中，可以精确采集数据，寻找工业机器人工作时的误差，并对误差信息进行分析，寻找误差原因，然后通过采集的数据进一步分析工业机器人的各项性能指标。利用激光跟踪仪能够更加准确、高效地对工业机器人进行校准和检测，大大提高了工业机器人的重复定位精度和绝对定位精度，减少误差对工业机器人性能的影响程度，促进工业机器人领域的发展，提升我国的国际竞争力。

参考文献

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