PC控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于測試單元中的Delta機(jī)器人設(shè)計(jì)

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(qiáng)質(zhì)保能力，縮短訂貨至交貨的時(shí)間，視覺檢測系統(tǒng)已經(jīng)被換成了一套全自動(dòng)測試單元，該單元配備有先進(jìn)的圖像處理系統(tǒng)，用于 ATS Automation 公司的光學(xué)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(jī)器人實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)工件搬運(yùn)。

社會(huì)型企業(yè)Bruggli總部設(shè)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(xùn)、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(chǎn)其自己的產(chǎn)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(wù)。為了能夠滿足越來越高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，之前在制造過程中使用的視覺檢測系統(tǒng)被替換成一個(gè)全自動(dòng)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(qū)動(dòng)技術(shù)以及圖像處理領(lǐng)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。

用于汽車行業(yè)的特種沖壓件使用Bruggli系統(tǒng)進(jìn)行檢測。然而，測試單元實(shí)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(jìn)給、測試單元包含測試站和 Delta 機(jī)器人以及卸載傳送帶，被設(shè)計(jì)成其它工件也能夠以較少的轉(zhuǎn)換工作量進(jìn)行檢查。唯一需要修改的是刀柄或抽吸夾持器，當(dāng)然，還有過程或圖像處理軟件?！?/p>

Delta 機(jī)器人負(fù)責(zé)測試工件的所有搬運(yùn)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(jìn)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(gè)感應(yīng)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(dòng)和壓縮空氣噴嘴清除。接下來是在測試站上進(jìn)行表面檢測，頂部和底部中間有一個(gè)折返站。這會(huì)帶來三個(gè)結(jié)果，每個(gè)結(jié)果都滿足 30 項(xiàng)測試標(biāo)準(zhǔn)，它們由圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，并作為最終結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)。Delta 機(jī)器人根據(jù)這一數(shù)值將測試工件放在兩個(gè)卸載傳送帶的其中一個(gè)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(bào)廢的工件。此外，碼垛包含 11 個(gè)沖壓件，每個(gè)沖壓件都在“合格的工件”輸送帶上成形，以便在相應(yīng)的運(yùn)輸紙箱上進(jìn)行包裝。

據(jù) Andreas Tobler 所述，其中一個(gè)特點(diǎn)是六邊形單元設(shè)計(jì)：“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(nèi)部。Delta 機(jī)器人位于中心位置，能夠?qū)C(jī)器人夾持器以任何給定的作業(yè)高度移動(dòng)到單元內(nèi)部的各個(gè)位置。此外，附加的測試站可在設(shè)定模式中被轉(zhuǎn)出去，從而增加了可訪問性。”BruggliIndustrie公司金屬職業(yè)技術(shù)&培訓(xùn)主管UrsBuschor就另一個(gè)方面進(jìn)行了補(bǔ)充：“這一結(jié)構(gòu)大大簡化并加速了系統(tǒng)的清潔工作。另外，在人體工學(xué)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(dòng)，在其安裝臂上進(jìn)行幾乎 360 度的旋轉(zhuǎn)。這樣面板就總是觸手可及，但不會(huì)擋道，例如在維護(hù)工作期間?！?/p> 運(yùn)動(dòng)學(xué)功能庫用于實(shí)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(jì)算機(jī)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(diǎn)是預(yù)配置的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)功能，它能夠顯著簡化工程過程。TwinCAT運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換功能庫（級別 3）為一個(gè) Delta 機(jī)器人提供了一個(gè)性能卓越的解決方案，特別是，如在我們這種情況下，當(dāng)它被設(shè)計(jì)用于以高速度、高效地輸送工件，并具有比較簡單的機(jī)構(gòu)。在大約三年前開發(fā)過程開始時(shí)，Beckhoff是唯一一家能夠提供開放式控制系統(tǒng)的供應(yīng)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(jī)器人機(jī)構(gòu)量身定制的特定運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊得到滿足。”

由于TwinCAT的靈活性，在軟件方面，也有足夠的個(gè)性化調(diào)整空間。因此，Delta 機(jī)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(gè)測試單元。為此編程了一個(gè)特殊功能塊，以便直接指定所有位置。此外，對于工程設(shè)計(jì)來說，一次參數(shù)設(shè)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(jī)器人示教的操作界面輕松移動(dòng)到位并固定，而無需修改 NC 程序?！?/p>

五個(gè)伺服電機(jī)和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)軸用于動(dòng)態(tài)實(shí)施位置規(guī)定：三個(gè)雙通道伺服驅(qū)動(dòng)器 AX5206 用于移動(dòng)三個(gè)機(jī)器人軸或兩個(gè)表面檢測站的轉(zhuǎn)臺(tái)，通過三個(gè) AM3033 和兩個(gè) AM3022 伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。除此之外，兩個(gè) EL7031 步進(jìn)電機(jī)端子模塊和 AS1000 步進(jìn)電機(jī)控制中間折返站，還有兩個(gè) EK1100 EtherCAT耦合器和總共 55 個(gè)EtherCAT端子模塊用于處理 I/O 數(shù)據(jù)。

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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的集成式控制架構(gòu)提供了巨大的優(yōu)勢。此外，他還指出，機(jī)器的安全性也是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)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(wù)，從用戶友好的操作到 Delta 機(jī)器人。因此，無需單獨(dú)的機(jī)器人和安全控制器。這種通用集成的控制架構(gòu)簡化了工程工作，降低了解決方案的總體成本。”

Andreas Tobler 證實(shí)了 PC 控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：“為了確保優(yōu)化每個(gè)作業(yè)狀態(tài)中的機(jī)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(gè) EL1904 TwinSAFE數(shù)字量輸入端子模塊和一個(gè) EL2904 TwinSAFE數(shù)字量輸出端子模塊組成。此外，還有用于 AX5206 伺服驅(qū)動(dòng)器的 AX5805 TwinSAFE驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)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(shí)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(diǎn)。我們一開始的目標(biāo)是采集 I/O 數(shù)據(jù)、解決安全問題，并同步驅(qū)動(dòng)器與一個(gè)綜合的總線系統(tǒng)。BruggliIndustrie公司質(zhì)量&服務(wù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)理 Giuseppe Pennimpede說道：“TwinCAT HMI 的使用帶來很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)?，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(dǎo)出或?qū)霐?shù)據(jù)。因此，例如，變量的修改可以快速和無誤差地完成?！?/p>

機(jī)器人技術(shù)和搬運(yùn)解決方案 - 控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)用于測試單元中的 Delta 機(jī)器人

為客戶帶來的好處 - 通過集成式控制系統(tǒng)簡化了工程工作

PC 控制結(jié)構(gòu)

□ TwinCAT運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換功能庫：提供機(jī)器人功能，參數(shù)設(shè)置簡單

□ TwinSAFE：優(yōu)化每個(gè)作業(yè)狀態(tài)中的機(jī)器安全