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機床和機器人/檢驗和校準

Variation Reduction Solutions, Inc. (VRSI) 是一家獨立的機器視覺和自動化生產(chǎn)應用計量技術集成商。公司致力于通過測量技術和數(shù)據(jù)自動化的創(chuàng)新應用，實現(xiàn)裝配流程中的精度和效率。

VRSI (www.vrs-inc.com) 成立于 1998 年，公司總部位于密歇根州普利茅斯。VRSI 團隊由經(jīng)驗豐富的計量和自動化專家組成，能夠為客戶提供專業(yè)的服務和公正的技術評估。他們?yōu)榭蛻籼峁┳钕冗M的計量、工業(yè)機器人引導和檢驗等方面的視覺解決方案。VRSI 與測量技術供應商和自動化公司緊密合作，向終端用戶提供能夠穩(wěn)定保持高質(zhì)量標準和緊公差的集成裝配系統(tǒng)。他們通過采用在線檢測來確定部件裝配偏差，并通過靈活、智能的自動總裝工藝流程進行自動補償。

難題

通過將尺寸測量集成自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，VRSI 可實時對流程進行測量，而非在流程結束后對零件進行測量。這確保了每個零部件的生產(chǎn)都在公差允許范圍之內(nèi)。

由于緊公差和大批量生產(chǎn)的要求，對更符合成本效益且靈活的自動化系統(tǒng)的需求受到壓抑。大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)機器人在這些應用中能夠提供卓越的價值，擁有誘人的前景。但它們卻受到幾何精度和其他動力學特性的限制，無法與傳統(tǒng)上用于航空航天鉆孔等流程的重型機器或繁重的通過工具手動鉆孔相抗衡。

在許多要求高精確度的自動化流程中，一種方式是非常仔細地測量機器人的運轉(zhuǎn)，并開發(fā)增強型運動學模型。這種方式能夠奏效的條件是沒有出現(xiàn)動力效應（例如，熱膨脹、動力傳動系統(tǒng)反沖以及加工力）主導位置誤差，因為在這些情況下很難做到精確模擬。要突破這一精度障礙，只有通過帶有外部計量系統(tǒng)的在線檢測才能保證三維性能。

VRSI 的方法是在流程中集成閉環(huán)位置測量，使工業(yè)機器人的性能達到航空航天標準。此前，他們評估過一些窄角和單一形象的攝影測量和混合系統(tǒng)，但發(fā)現(xiàn)只有通過激光跟蹤測量多個目標，或采用廣角三角，才能在大規(guī)模測量的情況下保持高精確度。

解決方案

鑒于 FARO 產(chǎn)品的高精確度、便攜性、可靠性以及卓越的客戶支持，VRSI 采用了 FARO 激光跟蹤儀進行尺寸檢定。FARO 的設備集合了體積小、精度高和軟件支持等特點，這些是 VRSI 在自動化流程中集成位置測量時所需的特點。有了北美的軟件支持和成熟的軟件開發(fā)包 (SDK)，將跟蹤儀和所需的自動測量功能相結合變得輕而易舉。

VRSI 首席工程師 Michael Kleemann 表示：“VRSI 對尺寸精度懷有一種強烈的質(zhì)疑，特別是在生產(chǎn)車間的動態(tài)條件下。我們相信 FARO 激光跟蹤儀能夠為我們現(xiàn)場提供精確、可靠的系統(tǒng)尺寸性能數(shù)據(jù)�！�

VRSI 在計量引導的自動鉆孔應用中采用了 FARO 測量技術。VRSI 集成激光跟蹤儀的一個示例是在 F-35 聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機中的應用。根據(jù)由空軍研究實驗室 (AFRL) 實施、由 F-35 聯(lián)合專案辦公室 (JPO) 贊助、得到諾斯洛普•格魯門公司和洛克希德馬丁公司支持的小企業(yè)創(chuàng)新研究 (SBIR) 合同，VRSI 與 Comau Inc. 和 Brown Aerospace 合作，開發(fā)了創(chuàng)新的進氣裝置機器人鉆孔 (IDRD) 系統(tǒng)，使耗時且充滿人體功能學挑戰(zhàn)的 F-35 進氣裝置從內(nèi)而外進行了手動鉆孔任務的自動化。

在該系統(tǒng)中，兩個工業(yè)機器人相互配合，從兩端延伸進 F-35 的管道。一個機器人執(zhí)行流程任務，例如，通過視覺傳感器測量基準形體，通過其中的一個鉆頭鉆孔，或者通過探頭對鉆孔進行測量；另一個機器人握著 FARO 激光跟蹤儀 ION，提供整體參考系統(tǒng)中的閉環(huán)位置反饋。VRSI 軟件使機器人和激光跟蹤儀相互協(xié)調(diào)，專門的尺寸控制運算對裝配中獨立子部件的偏差進行補償，以確保維持整體（基準位置）和局部（孔位對板邊）的位置精度公差。如今，在加利福尼亞州棕櫚谷用于生產(chǎn) F-35 中央機身的 IDRD 系統(tǒng)可在保證質(zhì)量的同時顯著減少流程時間 — 進口管道鉆孔可在幾小時內(nèi)完成，而非耗時幾天。

VRSI 創(chuàng)新使用激光跟蹤儀的另一個示例是機器人應用鉆孔系統(tǒng) (RADS)。VRSI 與 Electroimpact, Inc. 合作開發(fā)了作為 IDRD 項目第三階段延伸的 RADS 系統(tǒng)。RADS 擴展了計量引導工業(yè)機器人的能力，使其可在滿足嚴格整體位置公差的同時，進行大規(guī)模組裝級別的鉆孔。像 IDRD 一樣，RADS 采用了 FARO 激光跟蹤儀，可同進程記錄機器坐標并提供閉環(huán)位置反饋。根據(jù)為實現(xiàn)超高公差模式所使用的激光跟蹤儀的閉環(huán)反饋，Electroimpact 開發(fā)的增強型控制系統(tǒng)使機器人能夠自主地在飛機的確定部分鉆孔。隨著公用和軍事事務中機器人鉆孔的大量應用，RADS 項目開發(fā)的技術已看到商業(yè)上的成功。

翼重疊機器人鉆孔 (WORD) 是 VRSI 技術與實際應用相結合的另一個示例。通過與 KUKA、Zagar 和 FARO 合作，VRSI 根據(jù) F-35 AARG (Affordable Accurate Robot Guidance) SBIR 合同開發(fā)了一種創(chuàng)新的計量引導類型，由 AFRL 管理并由 JPO 贊助，同時得到洛克希德馬丁公司和諾斯洛普•格魯門公司的支持。AARG 系統(tǒng)結合了 FARO 新一代雙軸陀螺儀和 VRSI 開發(fā)的積極目標陣列，能夠快速、準確地實現(xiàn)六自由度測量和機器人位置修正。VRSI 的創(chuàng)新方式使傳統(tǒng)攝影測量方程發(fā)生了重大變化 — 利用 FARO 設備的精確性隨時根據(jù)需要集中分辨率像素，而不是傳播整個零件的體積。借助攝影測量機器人導引系統(tǒng)，結果更加精確，體積范圍更為廣大。

投資回報

為實現(xiàn) FARO 激光跟蹤儀投資回報最大化，VRSI 將其同時應用于多個領域：自動化流程中的直接集成，視覺導向自動化進程的現(xiàn)場校準、驗證和根源分析，以及裝置和自動化系統(tǒng)的合同尺寸檢定。

VRSI 集成閉環(huán)測量和機器人自動化操作的方式，使輕巧且商品化的機器能夠完成之前僅一些大型專用機器或耗時的手工操作流程才能完成的測量任務。這種創(chuàng)新方法使自動和手動流程都更加迅速且更具成本效益