海德漢感應式旋轉編碼器高精度地定位機器人抓手
操作人員在操作中,憑自己的觸覺可以輕松地將零件準確地插入到一定形狀的配合件中。磨床制造商Strausak和機器人制造商Stäubli以及編碼器供應商海德漢協同合作,讓機械手將圓柱形的刀具插到刀座中,這項高難度的操作需要量身定制的解決方案
Strausak公司總經理Alexandre Condrau現在仍感慨地說:“該產品出現前,我無法想象工業機器人能如此成功地完成如此精細的連續動作”。起初認為將一個零件從A處移到B處,再回到A處并非難事。如果不考慮刀座的配合精度和刀具托盤的密集排列,或許確實如此。
機械手將磨床加工自動化
瑞士Strausak公司是著名的刀具磨床和磨刀機制造商。該公司的U-Grind系列磨床設計用于磨削和修磨特殊刀具,例如小批量生產的復雜幾何形狀的刀具。這類應用超出了機器人自動化解決方案的典型應用范圍。不難發現,機器人解決方案確實受到Strausak客戶的廣泛歡迎。
Strausak的U-Grind系列磨床的復雜磨削操作通常需要進行相當長的時間。硬質合金的刀具材質和復雜的幾何形狀,磨削5把小批量的特殊刀具需要數小時的時間。為磨床搭配取放機器人的自動化解決方案可以在無人值守的班次進行生產。
不輕松:找到恰當機器人
磨床機械手的操作任務包括取出要修磨的刀具或從托盤中取出刀具毛坯并將其送入磨床夾具的刀座中。磨削加工后,需要用相反的順序—機械手將磨后的刀具從刀座中取出并將其送回到托盤的目標孔位中。
在Strausak公司選擇合適的機器人時,該公司的工程師決定采用Stäubli公司的解決方案。主要有兩個原因:一方面是機械手能達到的高精度,另一方面是Stäubli在安裝機器人解決方案中提供客戶友好的服務。Alexandre Condrau回憶道:“Stäubli信賴海德漢編碼器的事實讓我們對達到要求的精度充滿信心”。“在Strausak磨床擺動磨頭定位中,我們也采用海德漢公司的產品,對于敏感的砂輪定位—我們采用海德漢ERA 4000角度編碼器?!?/p>
但是,難在細節。傳統夾頭對于自動化系統尚有一定的寬裕度,但常用的液壓漲緊夾頭則難以使用機器人,因為直徑公差只有幾百分之一毫米。機器人從托盤上密集排列的刀具中取出刀具送入刀座的運動相當復雜,也需要極高的精度。全部六個軸只有進行插補才能進行直線插入操作和退離運動。其中,每個軸允許的偏差非常小,只有這樣才能可靠地控制機械手的操作。
海德漢感應式旋轉編碼器滿足高精度要求
Stäubli機器人的軸驅動電機采用海德漢EQI 1100型絕對式感應旋轉編碼器,分辨率高達18-bit,Strausak磨床搭載該機器人。每個軸配一個旋轉編碼器。旋轉編碼器提供足夠高精度的位置數據,確保位于機械手端頭的抓手可靠地抓取托盤上密集排列的刀具,并將刀具準確地插入到刀座中,并在加工后將刀具送回到托盤中。為此,機器人抓手的指尖的定位精度需要達到50 μm。
絕對式位置數據是成功的關鍵。機床數控系統不僅控制磨削操作,也控制機器人,數控系統需要精確地知道機器人在加工區內的位置。機器人的回零操作變得完全多余,有效避免因未知位置而導致的碰撞。
小巧編碼器組成的緊湊型解決方案
海德漢感應式旋轉編碼器采用感應測量原理,尺寸小巧,是機械手內空間有限應用的理想選擇。機械手占用最少的加工區空間是Strausak公司選擇供應商的一項重要條件。“毫無疑問,我們希望將機械手用在現有和較滿的加工區內。因此,機器人的運動機構必須能在狹小的加工區內完成完整的運動。另一個因素是機械手在自由位置時不能對加工區的接近性能產生任何影響,”Alexandre Condrau介紹機器人的復雜要求時說。
Strausak與Stäubli合作用海德漢的感應式旋轉編碼器近乎完美地滿足了該項要求。機械手的自由位置位于機床加工區的一角,難以被察覺?!霸O置機床時,操作人員可以使用整個加工區。加工時,完全不影響查看磨削情況,”Alexandre Condrau介紹成功集成機器人系統時高興地說?!按送?,機械手還能輕松接近托盤和刀座位置?!?/p>
前瞻的技術,巨大的潛力
“我們的客戶大部分是小型企業,甚至是個體企業。這些企業需要實用的技術,易于操作,還需要為他們的工作提供盡可能多的幫助。這款機器人達到我們的目標,”Alexandre Condrau介紹當前狀況時說。Strausak還將繼續開發其它功能,為客戶提供更多幫助。“我們正在研究讓機器人執行后續操作以及在較長的刀具插入到刀座后再重新抓取刀具的操作。客戶也很關注機器人的更多功能,希望不僅可以更換刀具,還可以更換刀座,”Alexandre Condrau介紹近期考慮的功能時說。如果可行,這意味著可操作不同刀柄直徑的刀具,且無需中間進行刀柄的人工配置。
Stäubli機械手在Strausak磨床上自動裝入刀座。
機械手的每一個軸都采用海德漢EQI 1100型感應式旋轉編碼器測量當前位置。
機械手從密集排列的150把直徑10 mm—刀具中抓取一把刀具,機械手必須準確地運動。
Strausak公司總經理Alexandre Condrau:“機械手指尖位置的高精度定位是高難度的挑戰,Stäubli依靠海德漢旋轉編碼器使機械手成功地滿足設計要求?!?/p>

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