在工業中,應用力傳感器最多的首屬機械制造行業,國際主流品牌的高端機械制造產業已全部采用了基于多維力傳感器的力反應控制系統。多維力傳感器普通有壓扭傳感器、二維力傳感器、三維力傳感器和四維力傳感器較多。目前,該技術已普遍應用在了打磨、銑削、焊接及裝配的自動化機械臂中。
1)打磨
人工打磨有柔性但效率低,用機械臂打磨可有效進步效率。為了進步機械臂的打磨質量,需求樹立力與機械臂末端軌跡的關系。基于示教過程中的多維力傳感器數據,分離人工智能和機器學習的算法,可得到一個學習模型,最后將這個學習模型與機械臂的詳細控制算法分離,就能在機械臂上快速完成高質量打磨的功用。打磨設備常采用變阻抗方式完成準確力控,其中多選用三維力傳感器。
2)銑削
采用力反應控制的銑削設備已被應用于大型碳纖維加強型塑料(CFRP)飛行器艙段的去材加工范疇。由于飛行器艙段的體積較大且碳纖維艙體成型費用昂揚,一旦后續工序加工質量不合格,將形成宏大的經濟損失。因而,對窗孔銑削等工序的加工質量及勝利率有嚴厲請求。但是,眾所周知的是,在碳纖維復合資料加工過程中易呈現工件開裂和刀具猛烈磨損的現象,再加之大范圍挪動時刀具定位精度難以保證,要完成高質量高廢品率的目的是一項難度極高的應戰。僥幸的是,采用末端力反應的銑削設備能夠勝任此項任務。
將多維力傳感器融入到用于銑削的機械臂中,能夠堅持高精度的挪動來處置大型組件的操作,其對位置精度的保證可以使得末端刀具操作途徑精確。經過自順應處置過程可確保機械臂可以面對不同的組件和位置需求,定位精度可到達0.01mm的量級。
經過力反應控制更改機械臂的軌跡速度,可完成在加工過程中對資料的恒定速度切削。加工過程一旦呈現過高的加工阻力,軟件就會自動降低機械臂的進給速度并使加工力堅持恒定,從而避免了碳基復合資料艙體因銑削載荷過大呈現開裂現象,同時也減緩了刀具的磨損速度。
3)焊接
攪拌摩擦焊是大量應用的焊接技術。我國運載火箭的殼段就是由金屬板材經過攪拌摩擦焊工藝加工而成。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上,焊頭一邊高速旋轉,一邊沿工件的接縫相對挪動。焊頭的突出段(焊針)伸進資料內部停止摩擦和攪拌,部分產生大量熱量消融資料完成焊接。焊頭的肩部與工件外表摩擦生熱,用于避免塑性狀態資料的溢出,同時能夠起到肅清外表氧化膜的作用。
在焊接機械臂末端與焊機之間參加多維力傳感器,能夠在焊接過程中實時監測縱向力、摩擦力和扭矩,即便是在型面焊接中,自順應系統也能夠依據多維力傳感器的反應信息實時調整焊頭的運動參數,使縱向力、摩擦力和扭矩堅持良好的分歧性,以確保焊接質量。
4)裝配
3C行業的零部件大多為易碎的電子產品,裝配力過大時容易損壞;除此之外,汽車制造過程中存在較多的硬摩擦裝配(如軸孔過盈裝配等),但摩擦力過大容易形成零部件間的卡死現象并損傷外表質量。因而,即便3C及汽車行業的裝配過程中存在大量的反復性要素,目前常規的自動化系統也很難完成裝配功用。其緣由在于,這些裝配環節中需求不時的人工力覺感測并停止實時微調,而常規的自動化系統采用的是位置控制,其裝配操作無法感知裝配力并實時調整裝配戰略以防止零件的損傷毀壞。
執行末端配有多維力傳感器的機械臂能夠完成上述裝配任務。經過多維力傳感器的低閾值維護確保組裝過程中零部件的平安,并經過力與力矩反應來停止編程,能夠完成位置控制與力控制的疊加,從而進步機械臂執行或調整的柔性,即像人工操作一樣,能夠邊感知邊調整裝配力度和用力方向。
可見,隨同著多維力傳感器的引入,打磨、銑削、焊接及裝配等機械加工技術的效率和質量,都得到了明顯的提升。力反應控制系統已被視為工業自動化的中心技術之一,是各大廠商技術實力和品牌競爭力的中心表現。
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