挑戰(zhàn)

在美國(guó)國(guó)家航空航天局蘭利研究中心，無(wú)損檢測(cè)（NDE）正在進(jìn)行，這項(xiàng)檢查通過(guò)復(fù)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)自動(dòng)檢測(cè)方法演示，檢測(cè)飛機(jī)部件的安全性。測(cè)試的內(nèi)容是NASA先進(jìn)復(fù)合材料項(xiàng)目的一部分，NASA的研究人員們正在尋求提升復(fù)合結(jié)構(gòu)檢測(cè)速度的方法，使得工作更有效率。檢測(cè)的目的是希望在出廠前對(duì)飛機(jī)機(jī)身進(jìn)行全面檢查，以確保其不存在任何生產(chǎn)缺陷，以免對(duì)飛機(jī)造成任何影響。NASA的工作人員們需要使用相關(guān)的技術(shù)手段快速地識(shí)別這些缺陷，并且在這些缺陷造成重大影響之前，確保通過(guò)全面的技術(shù)支持進(jìn)行彌補(bǔ)，從而消除缺陷隱患。如何既能滿足檢測(cè)需求，又能提高檢測(cè)速度，成為該項(xiàng)目的重點(diǎn)。

解決方案

NASA配備了一臺(tái)協(xié)作式機(jī)器人，以及一個(gè)正在對(duì)機(jī)身內(nèi)部進(jìn)行檢查的紅外線檢測(cè)系統(tǒng)。協(xié)作式機(jī)器人與常規(guī)機(jī)器人略有不同，區(qū)別在于其具有內(nèi)置的各項(xiàng)安全性能，這樣就使得研究人員可以靠近檢測(cè)工具協(xié)同工作，在進(jìn)行檢查時(shí)無(wú)需再設(shè)置保護(hù)區(qū)域禁止人員進(jìn)入。這種人機(jī)協(xié)同作業(yè)帶來(lái)的改變是，NASA的工作人員可以在飛機(jī)上同時(shí)開(kāi)展多項(xiàng)工作，無(wú)論是使用多個(gè)機(jī)器人，或者在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)在飛機(jī)上進(jìn)行其他作業(yè)。

通過(guò)將機(jī)器人編程設(shè)定為某種檢測(cè)模式，用戶可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：首先，您可以開(kāi)發(fā)一種高效的檢測(cè)方法，確保高效地盡快覆蓋需要檢測(cè)的區(qū)域。其次，就是確保不會(huì)遺漏任何區(qū)域。人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的編程簡(jiǎn)便，在實(shí)際啟動(dòng)機(jī)器人之前，用戶可以在電腦中離線仿真——用戶可以利用機(jī)身三維模型或者任何其想檢測(cè)對(duì)象的三維模型，結(jié)合機(jī)器人和檢測(cè)工具的實(shí)體模型——也就是紅外線檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行離線仿真測(cè)試。在編程的過(guò)程中，工程師可以在電腦中設(shè)計(jì)檢測(cè)路點(diǎn)和路徑，通過(guò)測(cè)試來(lái)確保得到最優(yōu)化的檢測(cè)路徑，并確保機(jī)器人能夠按照用戶的需求完成所有動(dòng)作。最后當(dāng)實(shí)際使用時(shí)運(yùn)行機(jī)身時(shí)，只需將該程序下載到機(jī)器人，就可調(diào)用程序執(zhí)行任務(wù)，非常簡(jiǎn)便。按下“啟動(dòng)”按鈕，現(xiàn)在機(jī)器人就可按照編程預(yù)設(shè)的路徑來(lái)進(jìn)行工作。

結(jié)果

原先完成這項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)需要采用人工方式來(lái)進(jìn)行同樣的檢測(cè)，一般需要三到四個(gè)人。而且用手推動(dòng)紅外線系統(tǒng)并使其均勻覆蓋整個(gè)部件，這是非常有難度。而使用機(jī)器人的話，只需一位操作員負(fù)責(zé)操控，機(jī)器人即可完成所有這些工作。機(jī)器人將檢測(cè)探頭移動(dòng)至編程預(yù)設(shè)的各個(gè)位置，到達(dá)預(yù)設(shè)位置時(shí)，它會(huì)在此停留。而且，機(jī)器人配備了感傳感器，可確保機(jī)器人不會(huì)碰擦到飛機(jī)表面。它可以移動(dòng)至精確的位置，然后一直停留在該位置，定位后工作人員會(huì)向計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)，然后，計(jì)算機(jī)將觸發(fā)檢測(cè)系統(tǒng)和閃光燈，并獲取溫度數(shù)據(jù)，從而告知工作人員檢測(cè)機(jī)構(gòu)內(nèi)部的狀況。之后，計(jì)算機(jī)再向機(jī)器人發(fā)送信號(hào)，使其移動(dòng)至下個(gè)位置，這樣就可以在機(jī)器人的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)對(duì)機(jī)身進(jìn)行全面檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程包括對(duì)機(jī)身表面發(fā)射非常短的熱脈沖，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一道閃光，隨后就可以觀察熱量冷卻后流入部件內(nèi)部。它能夠在不造成損壞的情況下告知工程師結(jié)構(gòu)內(nèi)部的運(yùn)行情況。

對(duì)于NASA來(lái)說(shuō)，初步的目標(biāo)只是為了證明可以借助機(jī)器人系統(tǒng)、花費(fèi)較少的人力來(lái)完成與人工方式同樣出色、或更勝于人工方式的工作。而事實(shí)證明，機(jī)器人“同事”的表現(xiàn)非常出色！因此，長(zhǎng)期看來(lái)，目標(biāo)是將機(jī)器人集成到機(jī)身生產(chǎn)環(huán)境中，而不需對(duì)制造商產(chǎn)生額外費(fèi)用。此外，由于借助了機(jī)器人系統(tǒng)，飛機(jī)的生產(chǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)可以隨飛機(jī)而保留。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，起初先知道確切的檢測(cè)位置，之后仍有辦法返回到該確切位置，從而能夠?qū)︼w機(jī)生命周期中可能發(fā)生的任何變化進(jìn)行比較。該機(jī)器人系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于除了紅外線層析成像之外，用戶還可以開(kāi)展其他檢測(cè)項(xiàng)目，例如：進(jìn)行超聲波檢測(cè)，也可以進(jìn)行渦流檢測(cè)。這兩種方法均常用于飛機(jī)檢測(cè)，可以幫助用戶獲得不同的信息，也可以對(duì)不同檢測(cè)方法的結(jié)果進(jìn)行比較。