Wibracje jak na dłoni

Japońscy naukowcy opracowali bezkontaktowy system monitorowania wibracji robotów przemysłowych w trakcie ich pracy bez użycia kosztownych czujników fizycznych, na które mogą wpływać zakłócenia.

Naukowcy z Uniwersytetu w Hiroszimie wykorzystują szybkie kamery i bezkontaktową technikę optyczną zwaną cyfrową korelacją obrazu (DIC) do pomiaru odkształceń, przemieszczeń i naprężeń powierzchni robotów. Technika ta może znaleźć zastosowanie w konserwacji predykcyjnej.

Niekorzystne wibracje robotów przemysłowych mogą sygnalizować problemy mechaniczne, takie jak niewyważenie, luźne komponenty, zużyte łożyska lub niedoskonałości konstrukcyjne. Problemy te mogą prowadzić do nieoczekiwanych przestojów, które generują straty produkcyjne rzędu tysięcy dolarów na godzinę. Niewłaściwa konserwacja może również prowadzić do ich nieprzewidywalnego zachowania, stwarzając zagrożenie dla pracowników.

Czujniki fizyczne, takie jak akcelerometry piezoelektryczne, mogą być w tym przypadku bardzo skuteczne, ale posiadają wady. W szczególności są to wysoki koszt i fakt, że zwiększają masę ruchomych ramion robota. Czujniki przewodowe wymagają również kabli biegnących wzdłuż konstrukcji, co potencjalnie może powodować problemy z ich wyginaniem, zużyciem, splątaniem lub pękaniem.

Japońscy naukowcy wykorzystali jako cel badań robota o sześciu stopniach swobody, poruszającego się w pionie. Po nałożeniu na niego losowego, kontrastowego wzoru plamek, zamontowali w nim mały wzbudnik drgań. Następnie nagrali wideo poruszającej się maszyny za pomocą kamery Mikrotron EoSens 2.0CXP2 z obiektywem o ogniskowej 20 mm umieszczonej w odległości 1,2 m od robota. Po nagraniu z prędkością 1000 klatek na sekundę, film został podzielony na pojedyncze obrazy. Każda klatka o rozdzielczości 1920×1080 pikseli została natomiast podzielona na bloki o wymiarach 128×128 pikseli, co dało 435 mniejszych obrazów symulujących czujniki drgań.

Algorytm wizualizacji drgań śledził zmiany wzoru plamek na robocie, generując szczegółowe mapy 2D przedstawiające ruch powierzchni w wyniku wibracji. System rejestrował jednoczesne pomiary dla całego robota, wykrywając drgania o wysokiej i niskiej częstotliwości. Osiągnął poziom dokładności, który zdaniem naukowców byłby trudny do osiągnięcia przy użyciu technik opartych na czujnikach.

Naukowcy planują zwiększyć niezawodność i praktyczną przydatność swojej metody. Chcą ją rozszerzyć o monitorowanie drgań w czasie rzeczywistym podczas ruchu robota, co umożliwi dokładniejszą charakterystykę jego dynamiki operacyjnej. Przetestowane zostaną również inne konfiguracje manipulatora, w tym stereoskopowe, aby umożliwić pełną analizę w trzech wymiarach.

(rr)