Robot ballbar testing
球杆仪测试通常用于测试计算机数控机床（CNC）的性能。该测试也可在机器人上进行，以检查其性能和退化情况。该测试可显示圆轨迹的误差、重复精度和反向间隙。
最常见的球杆仪是雷尼绍QC20-W。这种球杆仪使用CR2 (3V)电池无线工作，需要一台带蓝牙连接的计算机。
注：自 2023 年 5 月起，RoboDK 还支持雷尼绍 RCS L-90，这是一款专为机器人设计的球杆仪测量系统。该装置行程范围宽（达 90 毫米），并配有不同的安装机械结构，可将球杆仪安装到现有的 TCP（如焊接枪）上。
下图显示了使用中型机器人进行的球杆仪测试。
RoboDK 软件可指导您完成每个步骤，从而成功完成球杆仪测试。RoboDK 可以在三维模拟环境中准备机器人程序，记录球杆仪测量结果，并生成机器人专用的性能报告。
视频：以下视频简要介绍了用于检测机器人性能的球杆仪测试： https://www.youtube.com/watch?list=PLjiA6TvRACQc5E_3c5f3TFXEa56XNR1-m&v=uz6Cm-v2bww
注：更多信息请访问：https://robodk.com/ballbar-test。
要正确执行球杆仪测试（生成机器人程序、完成数据采集并生成 PDF 报告），必须拥有具备以下特性的计算机。
雷尼绍 QC20-W
1.带蓝牙的笔记本电脑。蓝牙连接必须由 "Microsoft Bluetooth stack"（默认）管理。笔记本电脑中的蓝牙设备通常非常有限。强烈建议安装带有制造商驱动器的外部蓝牙模块。
2.电脑的 USB 端口必须解锁且不加密。这样就可以顺利地将程序传输到机器人上。此外，还可以建立 FTP 连接。
3.雷尼绍QC20-W球杆仪组件。
4.必须安装 RoboDK 软件，并需要相应的许可证。对于网络许可证，需要连接互联网才能检查许可证。要安装或更新用于球杆仪测试的 RoboDK，请按以下步骤操作：
a.从下载区https://robodk.com/download 下载 RoboDK。
b.请联系我们获取球杆仪驱动器，并将内容解压缩到文件夹中
C:/RoboDK/api/ballbar/.
雷尼绍 RCS L-90
1.安装了 Windows 系统的笔记本电脑。
2.电脑的 USB 端口 (2) 必须解锁且不加密。这样就可以顺利地将程序传输到机器人上。此外，还可以建立 FTP 连接。
3.正确安装在机器人上的雷尼绍 RCS L-90 球杆仪组件。
4.必须安装 RoboDK 软件，并需要相应的许可证。对于网络许可证，需要连接互联网才能检查许可证。要安装或更新用于球杆仪测试的 RoboDK，请按以下步骤操作：
a.从下载区https://robodk.com/download 。下载 RoboDK
b.请联系我们获取球杆仪驱动器，并将内容解压缩到文件夹中
C:/RoboDK/api/ballbar/.
要完成球杆仪测试，必须编制机器人程序。机器人程序是一条围绕中心点的圆形路径。本节将介绍如何准备程序。在继续之前，建议观看以下介绍视频：https://robodk.com/ballbar-test。
机器人单元需要什么？
1.设置支点支撑时机器人的关节（圆心）。
2.工具 TCP 的 [X、Y、Z] 值（工具相对于机器人法兰的位置）。如果我们想在验证机器人的同时制作验证工具，这些值就非常重要。否则，这些信息就不重要了（估计值即可），因为 TCP 的精度不需要球杆仪测试，也不需要球杆仪验证。
您应该按照以下步骤准备离线球杆仪测试：
1.选择机器人：
a.选择文件➔ 打开在线资源库。此时会出现一个窗口，显示机器人列表。
b.(可选）使用筛选器完善机器人的选择。
c. 找到机器人并选择下载。
或者，选择文件➔ Open...（打开...），然后选择计算机中的机器人文件。该文件可从网站下载： https://robodk.com/library 或在机器人校准项目后获得。
2.在管理平台中添加球杆仪测试模块：
a.选择实用程序➔ 球杆仪精度测试
b.将出现以下窗口，并自动创建目标球杆仪中心。如果机器人没有 TCP，TCP 工具 1 也将自动创建。
3.插入球杆仪测试中心（目标球杆仪中心）的机器人关节：
a.选择目标球杆仪中心旁边的 "设置"。
b.输入机器人关节（关节轴 1 至 6）。
c. 选择确定。
4.输入 TCP 坐标：
a.选择所选工具（本例中为工具 1）旁边的设置
b.输入 TCP 的 X、Y、Z 坐标（相对于机器人末端效应器）
c. 选择确定
5.生成程序：
a.选择 "制作球杆仪程序"，程序将被创建。实际上，会出现两个程序：
i. 球杆仪设置：该程序用于将中心工具杯支点（圆心）置于先前定位的相同位置
ii. 球杆仪测试：该程序用于围绕支点（圆心）画圆，以便使用球杆仪采集数据
b.双击新生成的程序。RoboDK 将模拟机器人运行程序。
如果默认设置下的球杆仪测试不可行，可以更改测试参数。请参阅下一节了解如何更改这些设置。
6.一旦机器人程序符合您的要求，就可以生成机器人的程序文件：
a.右键单击BallbarTest 程序。
b.选择生成机器人程序
c. 对BallbarSetup 程序重复上述步骤（按 F6 键可在桌面上自动生成所有程序）。
d.然后可将程序保存在 USB 盘中并传输到机器人上。大多数机器人也可使用 FTP 连接。
重要：发那科（Fanuc）机器人采用二进制程序（TP 格式）。该程序由 ASCII 文件（LS 格式）生成。如果 Roboguide 安装在默认位置，RoboDK 会自动执行此步骤。然后，必须选择之前在 Roboguide 工作站中使用过的机器人。否则，必须在工具➔ 选项➔ 其他菜单中选择 WinOLP 发那科（Fanuc）工具目录。更多信息请参阅文档中的发那科（Fanuc）部分。
7.最后，选择文件➔ 保存工作站，将 RoboDK 工作站保存为一个文件。双击该文件（rdk 格式），即可在 RoboDK 中恢复该项目。
在球杆仪测试参数菜单中可以看到以下界面。双击管理平台中的 "球杆仪精度验证 "项即可进入（见上一步）。
默认情况下，球杆仪测试可能不可行。测试的可行性取决于所有这些参数，再加上中心工具杯的机器人关节和 TCP 的位置。
如果测试一开始就不可行，我们可以选择 "预览测试"，可能会看到一个不完整的序列。在这种情况下，我们可以减小 "转角（度）"），这样程序就可行了。如果不是这种情况，我们可以减小圆的半径（"目标距离"）。使用雷尼绍QC20-W球杆仪，我们可以测试100 mm、150 mm和300 mm的距离，误差为+/-1 mm。使用雷尼绍RCS L-90，球杆仪的量程为240 mm至330 mm。接近距离（毫米）"和暂停（"暂停（秒）"）可保留为默认值。通过这些参数可以检测测试的开始和结束。
测试平面的方向相对于机器人基础参考坐标系（"对齐 "部分中的 "参考"），这意味着使用机器人参考坐标系的 XY 平面来创建圆。我们可以选择相对于工具参考坐标系进行测试。在这种情况下，将使用工具的 XY 平面（当中心被教导时）。在这两种情况下，我们都可以增加相对于参考坐标系 X、Y 和/或 Z 轴的旋转。
如果我们更换某些参数（例如在验证中添加工具），就会出现 "重要：TCP 必须准确 "的提示。这意味着运动的计算要以工具中心为基准。否则，我们可能会出现 TCP 错误，无论如何测试都是可行的。
如果我们选择 "包含 TCP "选项，刀具方向会随着沿圆周的运动而更换。该选项允许将机器人和工具的误差作为一个系统进行评估。否则，我们将只检查机器人的误差（"忽略 TCP"）。
本节介绍进行球杆仪测量所需的步骤。
您应该有两个机器人程序：
● 球杆仪设置：该程序可将球杆仪测试的中心（中心工具杯）设置在记录机器人关节的相同位置。
● BallbarTest：该程序是围绕中心工具杯的圆形路径，用球杆仪进行测量采集。
为了确保中心工具杯的位置正确，我们必须运行 BallbarSetup 程序。机器人将以线性方式移动到中心点。然后，我们必须放置并锁定磁性支撑。
我们必须确保正确输入了球杆仪组件的主控参数（见下图）。必须在测试参数菜单的 "球杆仪基准距离... "中输入这些值。QC20-W 球杆仪能够测量正负 1 mm 的距离，精度为一微米。对于工业机器人来说，精度已经足够，但在某些情况下测量范围会受到限制。对于 RCS L-90，由于参考距离无关紧要，您可以复制目标距离（半径）。
选择 "开始测试 "即可开始测试（无需事先选择 "连接球杆仪"）。这时会出现一个新窗口，显示球杆仪的连接状态。如果未检测到球杆仪或存在一些问题，则必须关闭球杆仪连接窗口，关闭球杆仪设备，然后重新打开并尝试开始测试。如果问题仍然存在，请确保有适当的连接（蓝牙或 USB）。RCS L-90 提供附加功能，并将指示设备是否需要归位或校准。
与球杆仪建立连接后，RoboDK 将引导用户按照以下步骤操作：
1. 按照为测试选择的距离初始化球杆仪。
2. 将机器人移动到起始位置（程序暂停后再继续）。
3. 然后，用户必须将球杆仪放在机器人上。
4. 在电脑屏幕上选择 "确定"，开始测试。在机器人示教器上选择继续之前，机器人不会移动。
重要：此时，球杆仪不应接近测量极限。如果机器人或工具的精度不好，就会出现这种情况。在这种情况下，可以减小或增大测试的目标半径，使启动时的测量值在合理范围内。例如，如果我们要进行半径为 300.0 毫米的测试，而球杆仪的测量值为 300.9 毫米，那么我们可以将目标半径定为 299.1 毫米。这将确保启动时的测量值更接近 300.0 毫米。
5. 如果一切正常，将出现一个新窗口，显示球杆仪的电流测量值。
6. 我们可以继续执行机器人程序，沿着路径移动。
7. 当机器人完成运动后，我们可以停止测量（顺时针和逆时针）。
测试完成后，RoboDK 将显示测试结果，并要求用户保存 PDF 格式的报告。
步骤 4 对于检测测试的开始和结束非常重要。之所以能检测到这些限制，是因为机器人会进行约 1.5 毫米的径向移动，以触发测量的开始和结束（在路径的起点和终点）。
重要提示：保持机器人速度不变非常重要。机器人也不应快速移动。这将确保获得更好、更可重复精度的结果。
重要： QC20-W 的球杆仪测量范围与机器人的精度相比非常有限。工业机器人的误差可能大于 2 毫米。这时我们可以让球杆仪下落，因为它是用磁力吸附在机器人工具杯和中心工具杯上的。
球杆仪测试完成后，会得到一份 PDF 报告（如下图所示）：
报告显示了顺时针和逆时针运动（分别为蓝线和红线）的球杆仪读数（以毫米为单位）（左侧 Y 轴）与时间（底部 X 轴）（以秒为单位）的关系。同时还显示了机器人的关节。机器人关节显示的度数（右侧 Y 轴）与圆周角度有关（360 度表示转一圈）。当相应的关节运动改变方向时，有故障的电机会显示相当大的测量变化，从而导致相当大的反向间隙。
如果反向间隙大于给定的阈值，报告将向用户发出警告。阈值可在菜单工具➔ 选项➔ 精度选项卡中定义。
附件- 蓝牙连接#BallbarBluetooth
本节介绍如何在计算机和球杆仪之间建立蓝牙连接。要实现通信，我们必须首先使用 Windows 在计算机和球杆仪设备之间建立通信。
必须激活 "Windows Bluetooth Stack"（Windows 默认的蓝牙管理器）。然后，您必须按照以下步骤建立首次连接：
1.选择Windows "开始 "按钮
2.选择控制面板
3.查找关键字Bluetooth
4.选择蓝牙设备
5.如果没有看到球杆仪设备，请选择添加设备。
6.设备显示出来后，您必须选择该设备并选择下一步。您看到的数字是印在设备上的球杆仪序列号。
7.最后，您应选择 "配对"，而无需使用代码。
蓝牙设备现在可以通过 RoboDK 进行测量了。
如果我们使用某些笔记本电脑中集成的蓝牙加密狗（即使是最新的电脑），蓝牙连接可能会受到很大限制。因此建议购买一个外置蓝牙加密狗，这样连接就不会有任何问题了。
计算机不应离球杆仪太远。如果连接出现问题，建议使用 USB 延长线连接蓝牙加密狗。