7個自由度的高精度——原來你是這樣的雷射跟蹤儀

2021-01-21 海克斯康製造智能

提到Leica跟蹤儀,可能大家腦海裡首先想到的是,他是一臺能夠進行大尺寸測量的可攜式三坐標測量機,憑藉其絕對便攜、絕對高效、絕對精度等優良特性,以及針對不同應用場景所配備的各類觸測和掃描測頭等附件,Leica雷射跟蹤儀已經被廣泛的運用到航空、航天、航海、汽車、風電、機械加工等行業,發揮出巨大的作用。在這些常見的測量應用場景下,我們通常只需要通過跟蹤儀獲得被測量對象的三維信息,而後再進行尺寸分析。而本文要向大家介紹的是Leica雷射跟蹤儀所不為人熟知的另一面,7自由度測量及其在超大尺寸工件加工中的應用。

RTFP-EC(Real Time Feature Pack EtherCAT)實時數據傳輸功能包

RTFP-EC是Leica雷射跟蹤儀的一個選裝功能包,藉助EtherCAT總線,它可以實現最快1KHz的實時測量數據獲取和輸出。RTFP-EC功能包兼容AT9x0型號的Leica跟蹤儀,並且可以集成安裝在控制器的背面。

跟蹤儀裝備RTFP之後,即可作為EtherCAT從站集成到EtherCAT系統當中,支持EtherCAT分布式時鐘,並且能夠響應多種測量觸發模式:

Free Running,由跟蹤儀內部觸發測量,不與EtherCAT主站同步;

Sync0 Triggers,跟蹤儀作為從站與EtherCAT主站的分布式時鐘系統同步,由主站SYNC0信號觸發測量;

Triggered from external,由外部觸發信號(TTL,RS422等)觸發測量;

LeicaAT960雷射跟蹤儀搭配T-MAC測量獲得的6自由度位置和姿態信息,加上RTFP帶來的EtherCAT高精度同步時鐘,即可實現7自由度的測量(位置+姿態+時間)。

現在我們已經知道7自由度測量數據是如何獲取的,下面我們看一下它在超大尺寸工件的高精度加工中如何發揮作用。

7自由度測量在超大尺寸工件高精度加工中的應用

首先了解一下我們面對的加工需求:有一件20米長的毛坯件需要精加工處理,要求全尺寸加工誤差不能超過0.2毫米,並且該工件的材料及結構特殊,加工精度及加工效率要求都很高,分段加工的方法沒有辦法實施。針對這一需求,工程人員搭建了一套以25米跨度行車加6軸機器人加銑刀組成的自動加工系統,可以實現20米長的工件一站位銑削加工,但是該系統的加工精度遠遠達不到0.2毫米的加工精度要求。

為了解決加工精度底的問題,引入雷射跟蹤儀7自由度測量系統,在機器人末端執行器(銑刀)的前面和左右側面各安裝一個T-MAC,T-MAC與銑刀的位置關係事先通過測繪得到,跟蹤儀實時測量T-MAC的位姿信息並轉換得到銑刀當前的位姿,然後通過EtherCAT總線以最高1KHz的頻率將銑刀當前的位姿信息發送給上位機全局控制系統,全局控制器系統對比銑刀當前位姿與加工目標位姿的偏差,控制行車/機器人運動。這相當於該加工系統可以按跟蹤儀的測量精度(全量程15μm+6μ/m)以1KHz的頻率實時調整銑刀位姿,整個加工系統的加工精度由跟蹤儀的測量精度來保證,完全滿足0.2毫米的加工精度要求。

Leica雷射跟蹤儀7自由度測量的核心之處在於1KHz的高頻率、高精度的實時位姿信息反饋,所以該項技術並不局限於超大尺寸工件的高精度加工應用,在其他任何需要實時位姿測量反饋的領域都可以大展拳腳

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