PC控制系統(tǒng)和驅動技術用于測試單元中的Delta機器人設計

作為金屬加工行業(yè)中的一家合同承包制造商，瑞士公司BruggliIndustrie直到現(xiàn)在還在使用視覺檢測系統(tǒng)來檢測沖壓件。為了增強質保能力，縮短訂貨至交貨的時間，視覺檢測系統(tǒng)已經被換成了一套全自動測試單元，該單元配備有先進的圖像處理系統(tǒng)，用于 ATS Automation 公司的光學檢測系統(tǒng)。Beckhoff的集成式 PC 控制系統(tǒng)確保精確的測試順序和使用 Delta 機器人實現(xiàn)高動態(tài)工件搬運。

社會型企業(yè)Bruggli總部設在瑞士的羅曼斯霍恩，員工約有 650 人，重視殘疾人的職業(yè)技能培訓、繼續(xù)教育和就業(yè)。BruggliIndustrie工業(yè)部們員工人數(shù)約占公司員工總數(shù)的一半，除了生產其自己的產品（如便攜式狗籠和自行車拖車）之外，主要為金屬加工行業(yè)提供制造和裝配服務。為了能夠滿足越來越高的質量標準，之前在制造過程中使用的視覺檢測系統(tǒng)被替換成一個全自動測試單元。該單元由總部位于瑞士圣加倫的 ATS Automation 公司開發(fā)，由于該公司在工程、控制和驅動技術以及圖像處理領域都擁有深厚的背景，因此，能夠一站式為客戶提供一體化解決方案。

通用和方便拆卸的測試單元

用于汽車行業(yè)的特種沖壓件使用Bruggli系統(tǒng)進行檢測。然而，測試單元實際上是為普遍使用而開發(fā)的，如 ATS 首席執(zhí)行官 Andreas Tobler 解釋的那樣：“基本單元布局，即工件的進給、測試單元包含測試站和 Delta 機器人以及卸載傳送帶，被設計成其它工件也能夠以較少的轉換工作量進行檢查。唯一需要修改的是刀柄或抽吸夾持器，當然，還有過程或圖像處理軟件?！?/p>

Delta 機器人負責測試工件的所有搬運工作，以便檢測是否有沖孔和磨削誤差、劃痕以及鉆孔中是否有灰塵和異物。在Bruggli的系統(tǒng)中，首先從進料帶取出沖壓件并放到前面的測試站中，在那里，它通過一個感應接近傳感器檢查由于物料中存在缺口引起的誤差。此外，灰塵通過振動和壓縮空氣噴嘴清除。接下來是在測試站上進行表面檢測，頂部和底部中間有一個折返站。這會帶來三個結果，每個結果都滿足 30 項測試標準，它們由圖像處理系統(tǒng)進行分析，并作為最終結果傳送給控制系統(tǒng)。Delta 機器人根據(jù)這一數(shù)值將測試工件放在兩個卸載傳送帶的其中一個上，其中一條傳送帶是放合格的工件和需要再次檢測的工件，另一條是橫向廢品通道放報廢的工件。此外，碼垛包含 11 個沖壓件，每個沖壓件都在“合格的工件”輸送帶上成形，以便在相應的運輸紙箱上進行包裝。

據(jù) Andreas Tobler 所述，其中一個特點是六邊形單元設計：“這種建造方法允許打開所有的面，可以更好地訪問測試單元內部。Delta 機器人位于中心位置，能夠將機器人夾持器以任何給定的作業(yè)高度移動到單元內部的各個位置。此外，附加的測試站可在設定模式中被轉出去，從而增加了可訪問性。”BruggliIndustrie公司金屬職業(yè)技術&培訓主管UrsBuschor就另一個方面進行了補充：“這一結構大大簡化并加速了系統(tǒng)的清潔工作。另外，在人體工學方面，適合控制柜安裝的 CP6203 面板型 PC 用作操作界面，它可以非常靈活地移動，在其安裝臂上進行幾乎 360 度的旋轉。這樣面板就總是觸手可及，但不會擋道，例如在維護工作期間?！?/p>

運動學功能庫用于實現(xiàn)簡單、高效的工程工作

適合控制柜安裝的 CP6203 面板型 PC 配備 19 英寸觸摸屏，采用 Intel? Core? 2 Duo 處理器（2.26 GHz），用作控制計算機和 HMI，操作系統(tǒng)采用的是 Windows XP，控制軟件使用的是TwinCAT NC I。Andreas Tobler 論述道：“對我們來說，主要優(yōu)點是預配置的機器人運動學功能，它能夠顯著簡化工程過程。TwinCAT運動學轉換功能庫（級別 3）為一個 Delta 機器人提供了一個性能卓越的解決方案，特別是，如在我們這種情況下，當它被設計用于以高速度、高效地輸送工件，并具有比較簡單的機構。在大約三年前開發(fā)過程開始時，Beckhoff是唯一一家能夠提供開放式控制系統(tǒng)的供應商，有了Beckhoff之后，所有的要求都可以使用根據(jù)我們自己的Delata機器人機構量身定制的特定運動學模塊得到滿足?！?/p>

由于TwinCAT的靈活性，在軟件方面，也有足夠的個性化調整空間。因此，Delta 機器人的位置不是像往常一樣通過 NC 程序控制，而是直接通過TwinCAT PLC 在軟件中控制。Andreas Tobler 繼續(xù)分析道：“從概念角度看，我們希望由 PLC 控制整個測試單元。為此編程了一個特殊功能塊，以便直接指定所有位置。此外，對于工程設計來說，一次參數(shù)設置即已足夠。這一方案顯著簡化了順序控制。例如，可以通過用于機器人示教的操作界面輕松移動到位并固定，而無需修改 NC 程序?！?/p>

五個伺服電機和兩個步進電機軸用于動態(tài)實施位置規(guī)定：三個雙通道伺服驅動器 AX5206 用于移動三個機器人軸或兩個表面檢測站的轉臺，通過三個 AM3033 和兩個 AM3022 伺服電機來實現(xiàn)。除此之外，兩個 EL7031 步進電機端子模塊和 AS1000 步進電機控制中間折返站，還有兩個 EK1100 EtherCAT耦合器和總共 55 個EtherCAT端子模塊用于處理 I/O 數(shù)據(jù)。

PC 控制用作集成式控制架構

按照 ATS 公司開發(fā)人員 Rene Meili的看法，PC 控制通過其僅集成了機器人運動學的集成式控制架構提供了巨大的優(yōu)勢。此外，他還指出，機器的安全性也是整個系統(tǒng)的一個組成部分，通過Beckhoff的TwinSAFE安全解決方案保障：“面板型 PC 執(zhí)行所有控制和可視化任務，從用戶友好的操作到 Delta 機器人。因此，無需單獨的機器人和安全控制器。這種通用集成的控制架構簡化了工程工作，降低了解決方案的總體成本。”

Andreas Tobler 證實了 PC 控制技術的優(yōu)點：“為了確保優(yōu)化每個作業(yè)狀態(tài)中的機器安全，我們選擇了全面的TwinSAFE安全解決方案。該解決方案由 EL6900 TwinSAFE PLC、四個 EL1904 TwinSAFE數(shù)字量輸入端子模塊和一個 EL2904 TwinSAFE數(shù)字量輸出端子模塊組成。此外，還有用于 AX5206 伺服驅動器的 AX5805 TwinSAFE驅動選項卡。用于緊急停止（STO）的安全功能和安全門監(jiān)測以這種方式實施。這里，EtherCAT為我們帶來了很多好處，EtherCAT在很大程度上不僅具有高性能，而且具有通用數(shù)據(jù)通訊的優(yōu)點。我們一開始的目標是采集 I/O 數(shù)據(jù)、解決安全問題，并同步驅動器與一個綜合的總線系統(tǒng)。BruggliIndustrie公司質量&服務團隊經理 Giuseppe Pennimpede說道：“TwinCAT HMI 的使用帶來很多優(yōu)點，因為，多虧了無縫集成的可視化系統(tǒng)，可以普遍提供所需的變量，無需導出或導入數(shù)據(jù)。因此，例如，變量的修改可以快速和無誤差地完成?！?/p>