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2020年海克康新产品新技术发布用户大会 > 双智战略 > 教育与科研

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工业现代化智能化快速发展,推动和衍生了更多更好地新技术,如更高精密度的检测设备,功能更广更灵活的工业设计软件等。与国内快速发展的制造业相比,相对应的教育教学发展水和教学资源更新、平台建设等问题所带来的的现实冲突更加明显,亟需解决。为此,我们推出了以精密检测技术、先进质量控制、智能工业软件和智慧工厂等领域的现代化教科研改革提升方案。

海克斯康制造智能凭借其普及高、应用广的计量与制造技术方案,与全国知名高校、职业院校通过校企合作、师资培训、工学结合等方式,实现教学过程与实践过程相结合,提高制造业相关教学质量。


  • 德国 IFAM 研究所借助激光跟踪仪校准与检测系统提升工业机器人品质

    德国 IFAM 研究所借助激光跟踪仪校准与检测系统提升工业机器人品质

  •  海克斯康助力教育事业发展,与中国计量大学共建校企合作典范

    海克斯康助力教育事业发展,与中国计量大学共建校企合作典范

德国 IFAM 研究所借助激光跟踪仪校准与检测系统提升工业机器人品质

客户(公司名称+国家):IFAM 弗劳恩霍夫生产技术和先进材料研究所(德国)

挑战:如何提高机器人在大型机械部件上加工效率,确保工业铣削机器人在铣削过程中的精度。

产品/解决方案:Leica AT960 激光跟踪仪

效果:使用 AT960 作为外部测量系统,配合 T-MAC 进行实时 7DoF的位姿控制,确保铣削机器人的精确路径得到实时修正。


客户背景

德国IFAM 弗劳恩霍夫生产技术和先进材料研究所的自动化和生产技术部,在自动化技术领域,特别是飞机生产的机械加工和装配过程中的工业机器人技术集成方面进行了多年研究。在弗劳恩霍夫研究所,集成系统解决方案和设想制定出来后,就可以在具有高十五米的起重机构的 4000 平方米测试大厅,以一对一规模的条件下实施和优化。这意味着从一个源头获得的解决方案,可以快速转移到大规模的应用上,不存在任何不必要的延迟并且只需要最少的开支,从而确保在提供创新型新技术方面取得领先地位。

挑战

在飞机工业中,为了缩短生产周期,对大型机械的加工效率有很高要求,这就推动了工业机器人作为目前安装的专机的替代品使用。工业机器人在加工应用中的一个主要缺点是由于其串联结构、齿轮的弹性和温度波动等外部影响所造成的绝对精度不足。此外,由于机器人运动的低刚度 , 在飞机工业中的碳纤维零件加工过程中产生的高加工力会导致刀具中心点(tcp)偏离其目标路径。这些偏差不能通过马达的内部旋转编码器进行测量,因此也不能获取校准程序和机器人控制器的内部补偿。

解决方案

海克斯康制造智能的专长是为工业制造商提供综合解决方案。在生产过程中引入质量控制,需要技术的创新发展。一些大型生产的应用 , 如航空航天装配 , 就可以使用海克斯康生产的Leica 绝对跟踪仪系统,它可以使用反射球,来测量距离和水平 / 垂直角度 , 并能够进行每秒 1000 次精确的 3DoF 测量。绝对干涉仪(AIFM)可确保在系统的整个工作范围内 , 即使在移动目标上 , 其锁定精度也可以优于10 微米。

基于 IFAM 与 Leica 的长久技术合作,其以徕卡绝对跟踪仪 AT960 作为外部测量系统,来提高工业铣削机器人在铣削过程中的精确度。为了在加工过程中检测铣削刀具的 TCP 位置和方向,在主轴上安装了徕卡 T-Mac,以便进行 6DoF 测量。通过实时以太网总线系统,将末端执行器的位姿数据以毫秒的速度传输到机器人的控制器,计算出路径修正。除了 6DoF 的位姿信息,这一数据包含高度精确的时间测量,使它可以被称为 7 自由度测量。在机器人的控制器中实现的一个额外的控制器级联,使精确路径能够实时修正,从而铣削路径的几何形状符合飞机工业的挑战性公差。

目前,机器人主要是对每个单独的轴使用级联控制概念。由位置控制环和内部速度和电流控制环组成,包括扭矩和转速的前置控制。内部级联比位置控制回路工作周期时间更短,通常是在 4 和 12 毫秒之间。控制参数的配置方式是,控制环在整个工作空间中保持稳定,并具有不同的加载条件和运动路径。由于机器人的轴是机械耦合的,且机器人可以被理解为多变量系统,六个独立的单进单出控制的直接逼近,使得设计一个非常健全的控制器成为必要。因此,基于模型误差的偏差被看作是外部扰动的补偿。

激光跟踪仪控制回路使用外部级联来扩展这一概念,包括 7DoF 激光跟踪测量、运动学机器人模型和实际控制器——UCI 控制。为了达到六个轴进行额外的控制,考虑逆运动学模型,将 AT960 测量的 TCP 姿态误差转换为关节误差。这些关节误差作为补偿值,可添加到机器人路径规划的 UCI 控制,从而高度精确的操作机器。

为了在 AT960 和机器人控制器之间传输数据 , 将部署各种实时总线系统。AT960 使用 EtherCAT 提供姿态和位置数据以及精确时间戳,而 SINUMERIK 840D sl 则是在工业以太网 IRT 的基础上工作。EtherCAT 和 Profinet IRT 之间的同步在一个网关发生,它转换了总线协议,由此实现机器人的实时控制。

用户成效

由于需求不断增长 ,每年需要交付的飞机数量随之大幅增加,但由于飞机制造业的生产能力有限 , 对自动化的需求越来越高。弗劳恩霍夫研究所与海克斯康制造智能 , 已经证明了可以利用外部 6DoF 控制工业铣削机器人,来提高加工精度。

该系统在封装的实时环境中,能实现对测量和控制数据直接访问,实现 7DoF 测量技术和机器控制的完整集成和融合。外部控制回路的集成,可以提高机器人的姿态精度, 使其达到运动学重复性允许的范围。

特别是在航空航天工业,其重点是保证铣削过程低公差的同时,处理大型结构尺寸。研究结果表明 , 将实时激光跟踪器集成到自适应铣削机器人工位上,将是一种高效的替代方法,可用于未来工厂的大型零件的自动化处理。


海克斯康助力教育事业发展,与中国计量大学共建校企合作典范


中国计量大学是中国质量监督检验检疫行业唯一的本科院校,在国内质量监督检验检疫有着极大影响力。自2007年中国计量大学与海克斯康公司建立战略合作伙伴关系以来,开创了“3+1”的本科学生培养模式,已培养十届海克斯康班毕业学生,发放海克斯康奖学金45万元,产业合作项目入选《2008-2010年度中国高校产学研合作优秀案例集》十大推荐案例,中国计量大学-海克斯康工程实践教育中心获批国家级大学生校外实践教育基地。

在新的十年开始之际,海克斯康与中国计量大学继续深化合作。2017年,双方拓展合作领域,扩大合作规模,包括升级原有的“中国计量大学&海克斯康联合实验室”,面积增加到500平米,设备、技术投入超过1000万人民币,增加硕士研究生联合培养等多项方案。2018年,双方共建“精密测量与智能制造工程研究院”,投入超3000万元,占地面积1200平米。研究院分为精密检测中心、制造智能中心、软件体验中心、培训中心等多个部分,围绕智能制造、智能检测、精密测量,开展产品、技术、专业检测方案研发和技术服务能力的研究。同时研究院还将根据社会需要,融入前沿的应用技术开发智能检测仪器,并通过智能检测仪器的载体,收集用户的数据,运用大数据管理为用户提供智能化的服务。


智慧引擎·共赋未来

创新的思维,独到的行业见解尽在2020年海克斯康新产品新技术发布暨用户大会.