工業機器人再成焦點:殘余應力自動測量系統賦能未來工業

導讀：金屬構件在機械加工過程中不可避免會產生殘余應力，而殘余應力與工件變形、服役壽命等息息相關，因此對金屬構件進行殘余應力無損檢測至關重要。X射線殘余應力分析方法和技術，因其具有理論成熟、數據可靠、無損檢測等勢，在各種金屬加工域具有廣泛的應用。在過去的幾十年時間中，市面上的X射線殘余應力分析儀主要采用零維（點）探測器和維（線）探測器技術。2012年日本Pulstec公司成功發布了新代X射線殘余應力分析儀設備（μ-X360系列），該設備采用了新型圓形全二維（面）探測器技術，具有技術進、測試精度高、體積迷你、重量輕、便攜性高等點，不僅可以在實驗室使用，還可以方便攜帶至非實驗室條件下的各種車間現場或戶外進行原位的殘余應力測量，這使得X射線殘余應力分析方法和技術在應用上實現了更進步的突破，也為“工業機器人”搭載X射線殘余應力分析儀提供了可能！

近期，《Metal Finishing News》報道了工業機器人搭載Pulstec μ-X360s殘余應力分析儀進行自動化殘余應力測量的全新應用，在該模式下可以實現X射線殘余應力分析儀的自主運動、自主檢測、自動繪制應力分布云圖以及三維振蕩等功能，從而輕松改變常規的操作者手動測試的工作流程。

工業機器人是廣泛應用于工業域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，具有定的自動性，可依靠自身的動力能源和控制能力實現各種工業加工制造功能。相比于傳統的工業設備，工業機器人有眾多的勢，比如機器人具有易用性、智能化水平高、生產效率及安全性高、易于管理且經濟效益顯著等點，使得它們可以在各種環境下進行作業。

使用圓形全二維面探測器的Pulstec μ-X360s殘余應力分析儀采用了進的理論及方法，在殘余應力測量的過程中不再需要多次轉動探測器，X射線單次入射即可獲得500個衍射點進行殘余應力數據擬合，測試速度快（鋼鐵樣品典型測試時間：＜90s），諸多點使得殘余應力測量與工業機器人的聯合使用成為現實。

Pulstec與德國Sentenso（Sentenso GmbH）公司合作，于近期推出了工業機器人搭載殘余應力分析儀的全新解決方案，實現了X射線殘余應力分析儀的自主運動、自主檢測、自動繪制應力分布云圖以及三維振蕩等功能。該系統可采用Kuka公司（Kuka AG）或UR公司（Universal Robots）的工業機器人，通過用夾具將Pulstec μ-X360s的探頭部分搭載于工業機器人手臂上，得益于Pulstec的小質量探頭，工業機器人的有效載荷僅需4kg即可滿足測試需求。

圖1. 搭載于UR5e上的Pulstec μ-X360s探頭

借助工業機器人強大的程序控制功能，此系統可輕松的對復雜形狀樣品進行多點殘余應力自動測量功能，機器人帶動探頭多自由度運動，置于待測點上，通過Pulstec與Sentenso聯合開發的軟件，可自動進行測量，自動顯示測量結果，自動繪制云圖。軟件內還可以設置殘余應力閾值，自動判定樣品的殘余應力狀態是否合格（OK/NG）。

圖2. 鐵素體鋼零件的殘余應力Mapping結果

（圖中紅色部分為壓應力，綠色部分為拉應力）

圖3. 使用自動系統測量渦輪盤的殘余應力

“工業機器人”+“便攜式X射線殘余應力分析儀”的模式可通過“人-機”互動實現基于新代全二維面探技術殘余應力無損檢測的智能化、自動化，這將“工業4.0”的美好愿景在全二維面探X射線殘余應力無損檢測域的實現又向前推進了步！、

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參考文獻：

[1]. Jörg Behler, Yoshinobu Teramoto, and Eckehard Müller, Metal Finishing News, Volume 22, P22-25

相關產品：

小而輕的便攜式X射線殘余應力分析儀μ-X360s