机床和机器人/检验和校准

Variation Reduction Solutions, Inc. (VRSI) 是一家独立的机器视觉和自动化生产应用计量技术集成商。公司致力于通过测量技术和数据自动化的创新应用，实现装配流程中的精度和效率。

VRSI (www.vrs-inc.com) 成立于 1998 年，公司总部位于密歇根州普利茅斯。VRSI 团队由经验丰富的计量和自动化专家组成，能够为客户提供专业的服务和公正的技术评估。他们为客户提供最先进的计量、工业机器人引导和检验等方面的视觉解决方案。VRSI 与测量技术供应商和自动化公司紧密合作，向终端用户提供能够稳定保持高质量标准和紧公差的集成装配系统。他们通过采用在线检测来确定部件装配偏差，并通过灵活、智能的自动总装工艺流程进行自动补偿。

难题

通过将尺寸测量集成自动化生产系统，VRSI 可实时对流程进行测量，而非在流程结束后对零件进行测量。这确保了每个零部件的生产都在公差允许范围之内。

由于紧公差和大批量生产的要求，对更符合成本效益且灵活的自动化系统的需求受到压抑。大规模生产的工业机器人在这些应用中能够提供卓越的价值，拥有诱人的前景。但它们却受到几何精度和其他动力学特性的限制，无法与传统上用于航空航天钻孔等流程的重型机器或繁重的通过工具手动钻孔相抗衡。

在许多要求高精确度的自动化流程中，一种方式是非常仔细地测量机器人的运转，并开发增强型运动学模型。这种方式能够奏效的条件是没有出现动力效应（例如，热膨胀、动力传动系统反冲以及加工力）主导位置误差，因为在这些情况下很难做到精确模拟。要突破这一精度障碍，只有通过带有外部计量系统的在线检测才能保证三维性能。

VRSI 的方法是在流程中集成闭环位置测量，使工业机器人的性能达到航空航天标准。此前，他们评估过一些窄角和单一形象的摄影测量和混合系统，但发现只有通过激光跟踪测量多个目标，或采用广角三角，才能在大规模测量的情况下保持高精确度。

解决方案

鉴于 FARO 产品的高精确度、便携性、可靠性以及卓越的客户支持，VRSI 采用了 FARO 激光跟踪仪进行尺寸检定。FARO 的设备集合了体积小、精度高和软件支持等特点，这些是 VRSI 在自动化流程中集成位置测量时所需的特点。有了北美的软件支持和成熟的软件开发包 (SDK)，将跟踪仪和所需的自动测量功能相结合变得轻而易举。

VRSI 首席工程师 Michael Kleemann 表示：“VRSI 对尺寸精度怀有一种强烈的质疑，特别是在生产车间的动态条件下。我们相信 FARO 激光跟踪仪能够为我们现场提供精确、可靠的系统尺寸性能数据。”

VRSI 在计量引导的自动钻孔应用中采用了 FARO 测量技术。VRSI 集成激光跟踪仪的一个示例是在 F-35 联合攻击战斗机中的应用。根据由空军研究实验室 (AFRL) 实施、由 F-35 联合专案办公室 (JPO) 赞助、得到诺斯洛普•格鲁门公司和洛克希德马丁公司支持的小企业创新研究 (SBIR) 合同，VRSI 与 Comau Inc. 和 Brown Aerospace 合作，开发了创新的进气装置机器人钻孔 (IDRD) 系统，使耗时且充满人体功能学挑战的 F-35 进气装置从内而外进行了手动钻孔任务的自动化。

在该系统中，两个工业机器人相互配合，从两端延伸进 F-35 的管道。一个机器人执行流程任务，例如，通过视觉传感器测量基准形体，通过其中的一个钻头钻孔，或者通过探头对钻孔进行测量；另一个机器人握着 FARO 激光跟踪仪 ION，提供整体参考系统中的闭环位置反馈。VRSI 软件使机器人和激光跟踪仪相互协调，专门的尺寸控制运算对装配中独立子部件的偏差进行补偿，以确保维持整体（基准位置）和局部（孔位对板边）的位置精度公差。如今，在加利福尼亚州棕榈谷用于生产 F-35 中央机身的 IDRD 系统可在保证质量的同时显著减少流程时间 — 进口管道钻孔可在几小时内完成，而非耗时几天。

VRSI 创新使用激光跟踪仪的另一个示例是机器人应用钻孔系统 (RADS)。VRSI 与 Electroimpact, Inc. 合作开发了作为 IDRD 项目第三阶段延伸的 RADS 系统。RADS 扩展了计量引导工业机器人的能力，使其可在满足严格整体位置公差的同时，进行大规模组装级别的钻孔。像 IDRD 一样，RADS 采用了 FARO 激光跟踪仪，可同进程记录机器坐标并提供闭环位置反馈。根据为实现超高公差模式所使用的激光跟踪仪的闭环反馈，Electroimpact 开发的增强型控制系统使机器人能够自主地在飞机的确定部分钻孔。随着公用和军事事务中机器人钻孔的大量应用，RADS 项目开发的技术已看到商业上的成功。

翼重叠机器人钻孔 (WORD) 是 VRSI 技术与实际应用相结合的另一个示例。通过与 KUKA、Zagar 和 FARO 合作，VRSI 根据 F-35 AARG (Affordable Accurate Robot Guidance) SBIR 合同开发了一种创新的计量引导类型，由 AFRL 管理并由 JPO 赞助，同时得到洛克希德马丁公司和诺斯洛普•格鲁门公司的支持。AARG 系统结合了 FARO 新一代双轴陀螺仪和 VRSI 开发的积极目标阵列，能够快速、准确地实现六自由度测量和机器人位置修正。VRSI 的创新方式使传统摄影测量方程发生了重大变化 — 利用 FARO 设备的精确性随时根据需要集中分辨率像素，而不是传播整个零件的体积。借助摄影测量机器人导引系统，结果更加精确，体积范围更为广大。

投资回报

为实现 FARO 激光跟踪仪投资回报最大化，VRSI 将其同时应用于多个领域：自动化流程中的直接集成，视觉导向自动化进程的现场校准、验证和根源分析，以及装置和自动化系统的合同尺寸检定。

VRSI 集成闭环测量和机器人自动化操作的方式，使轻巧且商品化的机器能够完成之前仅一些大型专用机器或耗时的手工操作流程才能完成的测量任务。这种创新方法使自动和手动流程都更加迅速且更具成本效益