Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 283
Скачиваний: 0
Преобразователи обеспечивают измерение амплитуы вибраций
1—20• 103 |
мкм, частоты вибраций |
20—2(М0~3 Гц |
с погрешностью |
10 и 2 % |
соответственно. |
как правило, |
могут работать |
Вихретоковые преобразователи, |
при повышенных температурах и наличии агрессивных сред. Задача получения нормированного и линейного сигнала при
измерении перемещений в диапазоне ± (1,5 —80) мм решается с по мощью преобразователей специальной формы.
Для преобразователей, применяемых для решения перечисленных задач, общими являются следующие данные: потребляемая мощ ность 10—100 мВт; масса преобразователей до 0,975 кг; диапазон рабочих температур от —50 до +150 °С.
Электромагнитные преобразователи применяют для обнаружения несплошности материала изделий. Конструкции и размеры преоб разователей зависят от формы изделия, способа его сканирования и требуемой чувствительности. Чувствительность современных вихре токовых преобразователей с минимальным диаметром 1 мм характе ризуется следующими размерами минимального дефекта: глубина 0,1—0,2 мм, длина 1 мм, ширина у выхода на поверхность 0,01 мм. Зазор между преобразователем и поверхностью изделия при этом должен быть не более 1,0—1,5 мм. При увеличении зазора и других размеров преобразователя соответственно падает его чувствитель ность.
Вихретоковые преобразователи применяют для обнаружения поверхностных дефектов, но с их помощью могут быть выявлены и дефекты, находящиеся в зоне проникновения вихревых токов.
Вихретоковые преобразователи широко используют для обна ружения металлических объектов в полевых и стационарных усло виях. В зависимости от расстояний до объекта и его размеров при меняют преобразователи различной формы с размерами от квадрат ных сантиметров до квадратных метров. При этом удается надежно обнаруживать металлические предметы с размерами в 1 % размеров преобразователя на расстоянии, примерно равном половине линей ного размера преобразователя. Для работы с вихретоковыми пре образователями используются гармонические и импульсные поля.
Применяя различные системы ориентации и сканирования, можно создавать устройства для распознавания формы объекта, а учитывая возможность измерения электрофизических параметров материала, можно также обеспечить селективное определение металлических объектов в зависимости от их материала: отличать бронзовые изде лия от алюминиевых, стальных и т. п. Наиболее перспективно при менение электромагнитных преобразователей для определения дета лей или однотипных узлов из стали той или иной марки, особенно в условиях массового производства и на сборочных операциях.
Эффективное применение электромагнитные преобразователи нашли в роботизированном сварочном производстве, так как они имеют хорошее быстродействие, высокую чувствительность и точ ность измерений и надежно работают при воздействии мешающих факторов — повышенной температуре, интенсивном световом излуче-
73
ниц, загрязненности воздуха п поверхности свариваемых детален, при наличии флюса и брызг расплавленного металла. В сварочных роботах и автоматах электромагнитные преобразователи используют для измерения отклонении сварочной головки от свариваемого шва. В основном применяются преобразователи двух типов — для работы с угловыми соединениями и для работы со стыковыми соединениями. Для работы с угловыми соединениями используют, как правило, двухканальные преобразователи, с помощью которых измеряют рас стояния от сварочной головки до стенок каждой из свариваемых деталей.
В ГДР разработаны двухканальные электромагнитные преобра зователи с диапазоном измерения расстояния 2—8 мм и номиналь ным зазором 6 мм — для стальных деталей, 4 мм — для алюминие вых п 3 мм — для медных деталей.
В СССР созданы преобразователи, имеющие следующие техниче ские характеристики: частота тока питания 1 МГц; диапазон изме
рения |
расстояний |
+ 3 мм; номинальный |
зазор |
5 |
мм; |
погрешность |
измерения ± 5 %; |
быстродействие — не |
более |
0,1 |
мс; |
чувствитель |
|
ность |
1 В/мм. |
|
|
|
|
|
Для работы со стыковыми соединениями предназначены электро магнитные преобразователи, измеряющие отклонение разделки сва риваемого шва от траектории движения горелки в плоскости сва риваемых деталей, в которых исключено влияние изменений пре вышения кромок свариваемых деталей. Эти преобразователи имеют следующие технические характеристики: частота питающего тока
50—200 кГц; предел |
измерений ± 5 |
мм; погрешность измерений |
± 5 °о; быстродействие |
— не более 1 мс; чувствительность 0,5 В/мм. |
|
Электромагнитные |
преобразователи |
могут быть использованы |
в системе управления сварочного робота в двух режимах; обучения, когда система управления с помощью преобразователей определяет и запоминает для последующей сварки траекторию разделки сва риваемого шва, и в режиме активного контроля положения свароч ной горелки относительно разделки в процессе сварки.
Принцип действия радиоволновых датчиков основан на взаимо действии электромагнитного поля в диапазоне длин волн 1—100 мм с объектом и преобразовании его параметров в электрический сигнал. Измеряемыми параметрами являются интенсивность радповолнового
.излучения, амплитуда, фаза, частота, поляризация колебаний, время прохождения радповолнового импульса, пространственно геометрические параметры радиолуча, спектр излучения. Указанные параметры радиоизлучения в результате его взаимодействия с объек том претерпевают изменения, являющиеся источником информации о наличии объекта и его свойствах. С помощью радиоволновых лока ционных датчиков можно измерять геометрические параметры объ екта, расстояние до объекта, а также его пространственно-динами ческие характеристики.
Указанные параметры объектов определяют через измеряемые параметры радповолнового излучения, поэтому в качестве методов преобразования пспользуклся амнлтудные, фазовые, амплитудно-
74
3 .5 . Р а д и а ц и о н н ы е л о к а ц и о н н ы е д а т ч и к и
Для измерения ряда физических величин успешно применяют ионизирующие излучения, используя общие закономерности, свя зывающие изменения характеристик радиационного поля, создавае мого источником излучения. Эти характеристики (например, интен сивность потока частиц) измеряют детектором излучения. В качестве детекторов используют комбинации сцинтиллирующий кристалл — фотоэлектронный умножитель, полупроводниковые структуры, иони зационные камеры. Как правило, детектор необходимо экранировать или коллимировать. Однако, поскольку экран или коллиматор из готовляют из тяжелых материалов, то размеры и масса устройства увеличены.
Локационные радиационные датчики для измерения расстояний делят на две группы: 1) устройства, основанные на измерении ин
тенсивности пучка прямого |
излучения; 2) |
устройства, основанные |
на измерении интенсивности |
рассеянного |
излучения. |
В устройствах первой группы источник излучения связан с объ |
ектом, расстояние до которого измеряется, а детектор находится в месте измерения. При постоянстве характеристик среды между источником излучения и детектором показания детектора зависят только от расстояния. При малых измеряемых расстояниях точность измерения невелика вследствие влияния неучитываемых геометри ческих факторов.
Характеристики метода: измеряемые расстояния 10—100 м; погрешность 2—3 %; время измерения малых расстояний составляет 0,1 с, а больших — зависит от активности источника. Значения линейных перемещений и скоростей вычисляют по результатам из мерений расстояний.
Недостатки метода: большие размеры и масса аппаратуры вслед ствие необходимости вводить биологическую и антифоновую защиту; необходимость установки источника излучения на объект, скорость которого измеряется; нелинейность показаний детектора, требующая математической обработки результатов измерений.
С помощью устройств второй группы измеряют характеристики рассеянного излучения. В этом случае детектор и источник излуче ния расположены, как правило, рядом с одной стороны объекта.
Характеристики метода следующие: измеряемые расстояния 0,1 — 10 м, погрешность измерения 2 ~ 3 %; для расстояний 2,5—3 м погрешность составляет 0,5—1 %. Значения скоростей и перемеще ний вычисляют по результатам измерений расстояний.
Недостатки метода: сильная нелинейность измерительной харак теристики, влияние формы объекта на результаты измерения, невоспроизводимость результатов для объектов, размеры которых меньше размеров сечения пучка излучения.
Осуществлять измерения можно, используя импульсные источ ники излучения. В этом случае измеряют временные интервалы между двумя импульсами. Известны два метода импульсных измере ний расстояний. При первом методе измеряют время прохождения
76
импульса от источника до отражающей поверхности и затем к детек тору, который находится рядом с источником, при втором — ис пользуют принцип «запрос — ответ». На одном объекте устанавли вают детектор и импульсный источник излучения, посылающий импульс «запрос». На втором объекте импульс «запрос» регистри руется детектором, который включает импульсный источник, гене рирующий ответный импульс. Расстояние определяется по времени прохождения туда и обратно. Быстродействие зависит от скорости и работы затворов. На малых расстояниях повышение точности достигается при использовании импульсных источников рентгенов ского излучения.
Характеристики метода: измеряемые расстояния 0 —100 м; по грешность измерения в диапазоне 0—15 м составляет 1 % и в диапа зоне 15—100 м — 1,5 %.
Для измерения расстояний и скоростей используют у-резонанс- ный метод. Эффект Мессбауэра может быть применен и для измерения малых скоростей (<0,3 м/с) с очень высокой точностью. Сущность метода заключается в следующем. Если перед источником у-квантов расположить тонкий поглотитель с энергетическими уровнями воз буждения, аналогичными уровням вещества источника, то в погло тителе будет наблюдаться резонансное поглощение у-квантов. Если относительная скорость поглотителя и источника не равна нулю, то вследствие доплеровского смещения частоты резонанс не будет наблюдаться, и поглощение резко уменьшится. Обрабатывая показа ния детектора, можно получить значения скорости и расстояния
между |
источником |
и поглотителем. |
расстояния 0 —30 м; |
изме |
Характеристики |
метода: измеряемые |
|||
ряемые |
скорости |
10~б—0,3 м/с; погрешность измерений |
1 %; |
|
чувствительность 10“4 м/с. |
газа можно использовать |
|||
При |
известном |
химическом составе |
обратнорассеянное излучение для измерения плотности газовой среды. Погрешность измерений в этом случае составляет около 10 %. Источник и детектор располагают в одном месте, и требуется усиленная антифоновая защита, что значительно увеличивает массу и размеры устройства.
Плотность твердой фазы обычно определяют методом измерения рассеянного излучения с помощью прибора, состоящего из источника у-излучения и детектора, разделенных экраном, поглощающим прямое излучение. Метод применяют для измерения тонких поверх ностных слоев толщиной от 5 до 15 см. На единичное измерение требуется 0,5—5 мин. Погрешность измерения плотности 1—30 % при проведении предварительной градуировки.
Во всех описанных выше случаях в качестве детекторов служат сцинтилляционные детекторы, полупроводниковые детекторы или газоразрядные счетчики. Широкая номенклатура таких устройств вместе с сопутствующим оборудованием выпускается отечественной промышленностью.
7 7
3 .6 . П н е в м а т и ч е с к и е л о к а ц и о н н ы е д а т ч и к и
Пневматические (струйные) системы очувствления используются для анализа как внешней, так и внутренней информации промыш ленных роботов. В современной робототехнике на основе методов пневмоавтоматики и с помощью датчиков очувствления измеряются такие физические параметры, как линейное и угловое перемещения, расстояние (линейные размеры и наличие деталей), скорость, ускоре ние, усилие, температура, давление.
При разработке рассматриваемых датчиков находят применение следующие типы пневматических преобразователей: сопло-заслонка пневмомеханического типа, струйный дискретный (кодовый с систе мой сопл и кодовым Диском на восемь двоичных разрезов), струйный частотный, пневмоакустический.
Имеется несколько отечественных и ряд зарубежных разработок пневматических систем очувствления промышленных роботов, в ко торых развит опыт применения этих систем в захватах роботов, в кинематических парах, в движущихся приводных устройствах, а также в технологическом оборудовании робототехнологических комплексов (например, в матрицах пресс-форм для штамповки при обслуживании прессов промышленными роботами).
Разработаны типовые схемы контроля с использованием гидро газодинамических принципов, обеспечивающие измерение указанных параметров робототехнических систем.
В системах очувствления промышленных роботов находят при менение такие гидрогазодинамические эффекты, как прерывание струи, турбулизация ламинарной струи, прикрытие вытекающей турбулентной струи, преодоление заданного усилия или давления, изменение частоты струйного генератора колебаний в зависимости от измеряемой температуры, обработка импульсов в частотной си стеме прерываний струи. Измерения проводятся по дифференциаль ной компенсационной схеме.
С помощью пневматических систем очувствления промышленных роботов можно определить следующие параметры:
линейное перемещение в ближней рабочей зоне (ближняя лока ция) в диапазоне 0 —4 мм; минимальная погрешность 0,5 %; макси мальная погрешность 3 %; быстродействие 1 мс; максимальная чувствительность 200 Па/мкм;
признак наличия детали — диапазон расстояний 0—20 мм (пнев моакустический метод обеспечивает расширение диапазона до 1 м); максимальная погрешность 8 %; минимальная погрешность 2 %; быстродействие 2 мс; максимальная чувствительность 200 Па/мкм; усилие в диапазоне 0,1—10 Н; 1—100 Н; погрешность 5 %;
быстродействие 0,2 с; температуру в интервале 10—800 °С; погрешность 5 —10%,
чувствительность 10 °С; быстродействие 20—30 с; давление в диапазоне 0—10 МПа; погрешность 2—5 %; быстро
действие 0,2—1 с; чувствительность 0,1 МПа. Преимуществами пневматических датчиков являются малые размеры и масса, повы-
78