高精度机器人推动航空航天制造业发展

2025China.cn 2017年02月15日

　　引言：近年来，制造商往往要求针对那些需频繁维护和更换的高磨损零件实现无缝替换;如果加工或装配的替换零件完全合乎所需精度等规格，就能免除进一步的修整、去毛刺或其他调整。降低紧固件公差不仅可提高装配精度，也有利于减小紧固件的体积和重量，从而降低整体结构的重量。

　　就精度而言，机器人技术在传统上一直依赖系统的重复性水平。在过去，机器人的精度一直没有达到标准生产工艺可接受的成熟水平。在航空航天制造领域，诸如紧固和钻孔等关键加工技术长期以来没有严格的公差控制。例如，飞机机身装配的典型公差范围可达±0.030英寸。这个标准是根据对紧固件钻孔的位置要求制定的。然而，随着机器人在这一领域的运用，客户对高精度加工的需求不断增长。为顺应这一趋势，FANUC机器人装备了雷尼绍RESOLUTE™系列绝对式圆光栅，以提高机器人在关键工艺中的加工精度。

FANUC机械臂的回转轴上配备RESOLUTE绝对式圆光栅

　　对机器人精度和重复性的要求

　　在制造过程中，拥有更高精度和高重复性的机器人可确保制造出更为精密的零件，即使对制程有所调整，也能够获得可预测的结果。高精度机器人正在成为航空航天制造领域的新宠，它们的身影出现在多种工艺流程中，例如钻孔、紧固、去毛刺和修整，以及无损检测、喷涂和复合材料叠层处理等等。可重复的机器人加工路径和工具运用方式意味着可节约关键材料的成本。另外一个好处是，机器人加工过程的固有重复性有助于提高可预测性和工艺参数的控制水平，这有利于更轻松识别和优化影响工件质量的工艺参数。此外，机器人能够以极高的速度执行复杂或重复的加工过程。

　　近年来，制造商往往要求针对那些需频繁维护和更换的高磨损零件实现无缝替换;如果加工或装配的替换零件完全合乎所需精度等规格，就能免除进一步的修整、去毛刺或其他调整。降低紧固件公差不仅可提高装配精度，也有利于减小紧固件的体积和重量，从而降低整体结构的重量。精确加工或装配的零件将不再需要进行这些不必要的调整，从而实现可预测的、及时的零件更换计划，降低成本并缩短停机时间，同时也不会中断生产过程。提高制造过程中的机器人精度可确保零件更换过程更为顺畅，不会中断生产过程，还可以提高精度，因此可获得更高的成本效益。

　　FANUC机器人安装的附加编码器

　　航空航天制造领域中最为重要的突破性创新便是碳纤维涂覆工艺的运用。在此工艺中，碳纤维与树脂或环氧树脂材料相结合，形成重量极轻但极为强韧的复合材料。这种材料非常适合用于航空航天领域，因为它可以减轻飞机的重量，从而实现更好的燃油经济性，同时不会牺牲强度或耐用性。机器人的精度水平在这个工艺中显得十分重要，因为碳纤维线之间的相对位置是保证工件结构完整性的关键。

FANUC机械臂

　　帮助实现FANUC机器人高精度的一个重要因素，便是雷尼绍RESOLUTE系列光栅作为附加编码器的运用。它将全向重复精度降低至接近零，并借助激光跟踪仪进行验证，同时利用所有轴的移动实现组合效应。直接连接到控制器的RESOLUTE光栅被安装在各轴传动系的输出侧，以测量和控制每个轴的真实位置。这样一来，机器人便可以精确控制位置，消除因反向间隙导致的误差，并从根本上提高机器人到达指令位置的能力。这非常适合需要高精度或需要补偿外力的应用。弯曲是机器人的机械部件遇到的一种典型问题，是由对其施加的扭矩造成的，利用RESOLUTE光栅的优点，FANUC机器人采用“滑动补偿”技术，能够修正这类弯曲，同时减少加工过程中由外力造成的机器人偏转。

FANUC机器人的定位系统结构

　　RESOLUTE绝对式光栅系统

　　RESOLUTE是真正意义的绝对式、精细栅距光栅系统。它具有极强的抗污能力，其超凡的技术指标更是位置反馈领域的一大新突破。它采用最先进的DSP(数字信号处理器)来分析由定制图像传感器捕获的数据，能够以极高速度确定绝对位置，并可在开启后立即确定当前位置。它采用的内置LED安装指示灯可帮助进行诊断和安装，内置的位置校验算法持续监控读取的数据，以克服油渍或其他污染物引起的光散射影响，最终确保系统安全可靠地运行(见图1)。