Robot ballbar testing
球杆仪测试
球杆仪测试常用于检测数控机床(CNC)的性能指标。这项测试同样适用于工业机器人，可用于评估其运动性能与精度衰减情况。通过圆形轨迹测试，能够准确反映机器人的路径误差、重复定位精度以及反向间隙等关键参数。
目前性能测试领域最常用的球杆仪设备是雷尼绍QC20-W。该无线球杆仪采用CR2(3V)电池供电，需配合具备蓝牙功能的计算机使用。
Note：自2023年5月起，RoboDK软件新增支持雷尼绍RCS L-90——这是一款专为机器人设计的球杆测量系统。该设备具有超大行程范围(可达90毫米)，并配备多种安装夹具，可直接安装在现有工具中心点(TCP)上(如焊枪等)。下图展示了中型工业机器人进行球杆仪测试的场景。
下图显示了使用中型机器人的球杆仪。
RoboDK软件会引导你完成球杆仪测试的每个步骤。该软件不仅能在三维仿真环境中生成测试程序，还能实时记录球杆仪测量数据，并生成针对特定机器人的性能分析报告。
Video：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
Note：更多信息可以查看该介绍：https://robodk.com.cn/cn/ballbar-test
测试要求
为顺利完成球杆仪测试（包含生成机器人程序、完成数据采集并生成PDF报告），需配备符合以下要求的计算机系统：
雷尼绍QC20-W设备要求：
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.计算机USB端口必须解除加密锁定状态。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球杆仪套件。
4.需安装RoboDK软件并获取相应授权。使用网络许可证时需保持互联网连接进行验证。安装/更新测试专用软件的步骤如下：
a.从下载区https://robodk.com.cn/cn/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设备要求：
1.安装了 Windows 系统的笔记本电脑。
2.两个USB端口必须解除加密锁定（其他要求同QC20-W第2条），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RCS L-90球杆仪套件
4.需安装RoboDK软件并获取相应授权。使用网络许可证时需保持互联网连接进行验证。安装/更新测试专用软件的步骤如下：
a.从下载区https://robodk.com.cn/cn/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/.
离线准备工作
需预先编制完成圆形轨迹运动的机器人测试程序。本节将详解程序编制流程，建议先观看入门视频：https://robodk.com/cn/ballbar-test。
机器人单元需提供以下参数：
1.球杆仪支点（圆心位置）对应的机器人各关节角度值。
2.工具坐标系TCP相对于法兰盘的[X,Y,Z]坐标值（若需同步验证工具精度则必须精确测量，仅测试机器人本体时估算值即可）。
创建工作站
按以下步骤准备离线测试程序：
1.选择机器人：
a.选择文件➔ 打开机器人库。此时会出现一个窗口，显示机器人列表。
b.(可选）然后你通过筛选器查找你需要的机器人。
c.找到机器人并选择下载。
或者，选择文件➔ 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.cn/cn/library或在机器人校准项目后获得。
2.添加测试模块：
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.输入目标球杆仪中心的机器人关节数值：
a.选择中心目标点，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Tool 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.生成测试程序：
a.选择 "创建球杆仪程序"，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.生成可执行程序：
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。
Important：发那科机器人需转换二进制程序（TP格式）。RoboDK会自动从LS格式文件转换，但要求：Roboguide软件安装在默认路径。或手动指定WinOLP工具目录（工具→选项→其他），更多信息请参阅发那科（Fanuc）章节。
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。
修改球杆仪测试参数
通过双击工作站中的"球杆仪精度验证"项目（参见前文步骤），可进入以下参数设置界面。请注意，默认参数可能导致测试不可行，其可行性取决于所有参数设置以及中心工具杯的机器人关节位置和TCP坐标。
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：测试预览，可能会看到一个不完整的序列。在这种情况下，我们可以减小转动角（度）的值，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(mm)的值。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。趋近距离(mm)和暂停(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（对齐下方的参考系），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。
如果我们选择选项：包含TCP。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"）。
测试球杆仪
本节介绍进行球杆仪测量所需的步骤。
你需要准备两个机器人程序：
●球杆仪设置程序(BallbarSetup)：该程序用于将球杆仪测试中心点（工具杯中心）定位至与记录的机器人关节位置相同的位置。
●球杆仪测试程序(BallbarTest)：该程序控制机器人绕工具杯中心做圆周运动，配合球杆仪完成数据采集。
为确保工具杯中心定位准确，必须先运行BallbarSetup程序。机器人将以直线运动方式接近中心点，此时需安装并锁定磁性支架。
必须确保已正确输入球杆仪套件的标定参数（如下图所示）。这些数值需填写在测试参数菜单的"球杆仪参考距离..."选项中。QC20-W型球杆仪的测量范围为±1毫米，精度可达1微米。虽然该精度对工业机器人足够，但在某些情况下测量范围可能受限。对于RCS L-90型号，可直接将目标距离（半径）复制为参考距离，因为其参考距离值不影响测试。
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。
成功连接球杆仪后，RoboDK将引导用户完成以下步骤：
1.使用选定的测试距离初始化球杆仪
2.移动机器人至起始位置（程序将在此暂停）
3.用户需将球杆仪安装到机器人上
4.点击计算机屏幕的"确定"开始测试（需在机器人示教器上确认继续后，机器人才会移动）
Important：此时球杆仪不应接近量程极限。若因机器人或工具精度不足导致此情况，可调整测试半径使初始测量值处于合理范围。例如：当300毫米半径测试显示300.9毫米时，可将目标半径设为299.1毫米，这样初始测量值会更接近300毫米。
5.参数正确时，将显示球杆仪当前测量值窗口
6.继续执行机器人圆周路径程序
7.机器人完成运动后，停止（顺时针和逆时针方向）测量
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对检测测试起止点至关重要——机器人通过约1.5毫米的径向移动来触发测量开始与结束（在路径起止点处）。
Important：必须保持恒定运动速度，且不宜过快，以确保结果准确可靠。
Important：QC20-W的测量范围相对于工业机器人精度非常有限（误差可能超过2毫米），磁性固定的球杆仪可能因超出量程而从工具杯脱落。
球杆仪报告
当球杆仪测试完成后，将生成PDF格式的测试报告（如下图所示）：
该报告以毫米为单位显示球杆仪读数（左侧Y轴），分别对应顺时针和逆时针运动轨迹（蓝线和红线），时间轴以秒为单位显示在底部X轴。同时还会显示机器人关节数据。关节角度以度数为单位（右侧Y轴），相对于圆周角度进行显示（360度表示完整回转）。当对应关节运动方向改变时，若存在故障电机会导致测量值出现显著变化，从而产生明显的反向间隙。
如果反向间隙超过设定阈值，报告将向用户发出警告。该阈值可在菜单栏的"工具➔选项➔精度"选项卡中进行设置。
附件- 蓝牙连接#BallbarBluetooth
本节说明如何在计算机和球杆仪之间建立蓝牙连接。要使通信正常工作，我们必须首先使用Windows系统建立计算机与球杆仪设备之间的通信。
必须激活"Windows蓝牙协议栈"（Windows默认蓝牙管理器）。然后按照以下步骤建立首次连接：
1.点击Windows开始按钮
2.选择控制面板
3.搜索关键词"蓝牙"
4.选择蓝牙设备
5.如果未看到球杆仪设备，选择"添加设备"
6.当设备出现后选择它并点击"下一步"。显示的数字是球杆仪序列号，该号码也打印在设备上
7.最后选择"不使用配对码配对"
蓝牙设备现在可以通过 RoboDK 进行测量了。
现在蓝牙设备已准备就绪，可通过RoboDK进行测量。如果使用某些笔记本电脑集成的蓝牙适配器（即使是新近的电脑），蓝牙连接可能会非常受限。因此建议购买外置蓝牙适配器以确保连接稳定可靠。
计算机不应距离球杆仪设备太远。如果出现连接问题，建议为蓝牙适配器使用USB延长线。
