作為一家金屬加工行業(yè)的合同制造商，Brüeggli Industrie以前總是通過(guò)目測(cè)方式來(lái)檢查所生產(chǎn)的沖壓件，為了提高質(zhì)量并減少生產(chǎn)時(shí)間，此種方式已被ATS的自動(dòng)化圖像處理測(cè)試單元取代，Beckhoff的PC控制裝置作為集成控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)精確的測(cè)試流程并控制Delta機(jī)器人來(lái)完成零件的動(dòng)態(tài)處理，這家總部設(shè)在Romanshorn、擁有近650名員工的瑞士公益企業(yè)Brüeggli將重點(diǎn)放在培訓(xùn)上，幫助殘疾人學(xué)習(xí)技能和就業(yè)。
金屬領(lǐng)域的制造和裝配服務(wù)
Brüeggli Industrie為了在工件數(shù)量不斷增加的情況下仍能滿足很高的質(zhì)量要求，采用由瑞士圣加侖ATS自動(dòng)化公司開(kāi)發(fā)的自動(dòng)測(cè)試單元替代了以前的光學(xué)測(cè)試，這家公司憑借其在工程、控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及圖像處理領(lǐng)域的豐富專(zhuān)業(yè)知識(shí)能夠提供完整的解決方案。
圖1 借助伺服電機(jī)AM30xx和平板電腦CP6203實(shí)現(xiàn)了Delta機(jī)器人的動(dòng)態(tài)構(gòu)造，使得測(cè)試單元中的測(cè)試過(guò)程更加快捷和精確
容易接近的多功能測(cè)試單元
人們采用Brüeggli的設(shè)備測(cè)試汽車(chē)行業(yè)的沖壓件，但測(cè)試單元是針對(duì)多種用途開(kāi)發(fā)的，正如ATS的總經(jīng)理Andreas Tobler所言：“零件輸送、帶有測(cè)試站和Delta機(jī)器人的測(cè)試單元以及輸出傳送帶的設(shè)計(jì)可使人們?cè)诓惶M(fèi)力的情況下測(cè)試其他部件，需要改變的只有工具記錄、吸力抓取頭、過(guò)程或圖像處理軟件。”
Delta機(jī)器人負(fù)責(zé)測(cè)試件的完整處理過(guò)程，檢查其沖壓和打磨錯(cuò)誤、劃痕、臟物以及鉆孔中的異物，使用Brüeggli設(shè)備時(shí)，首先將沖壓件從傳送帶上取下來(lái)，放入檢測(cè)站的前面，并在那里通過(guò)一個(gè)感應(yīng)式接近傳感器檢查材料凹陷處引起的錯(cuò)誤。
此外還要通過(guò)晃動(dòng)和使用壓縮空氣噴頭除去臟物，接著是表面檢查，分別通過(guò)一個(gè)針對(duì)上面和下面的檢測(cè)站，中間還有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。
這樣就得到了3個(gè)分別基于30個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果，它們由圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，并作為結(jié)果傳送至控制系統(tǒng)，Delta機(jī)器人根據(jù)這個(gè)值將測(cè)試件分別放入兩個(gè)輸出傳送帶，其中一個(gè)針對(duì)合格部件，另一個(gè)針對(duì)需要繼續(xù)檢測(cè)的部件，或者將錯(cuò)誤部件放入側(cè)面的廢品通道，此外在合格部件傳送帶上每11個(gè)沖壓件被摞起來(lái)，以便裝入相應(yīng)的運(yùn)輸箱中。
圖2 在ATS自動(dòng)化公司提供給Brüeggli Industrie的測(cè)試單元中，Delta機(jī)器人負(fù)責(zé)沖壓件的完整處理過(guò)程
六邊形單元結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)特色
Andreas Tobler認(rèn)為六邊形單元結(jié)構(gòu)是一個(gè)特色：“鑒于所有邊都能打開(kāi)的設(shè)計(jì)方式，很容易接觸到檢測(cè)單元的內(nèi)部，Delta機(jī)器人放在中間，則可通過(guò)機(jī)器人抓取裝置達(dá)到單元內(nèi)部處于特定工作高度的每個(gè)位置，此外安裝在側(cè)面的檢測(cè)站可以設(shè)置為向外擺動(dòng)，進(jìn)一步提高了可接觸性。”
Brüeggli Industrie金屬行業(yè)技術(shù)和培訓(xùn)負(fù)責(zé)人Urs Buschor就另一個(gè)方面進(jìn)行了補(bǔ)充：“通過(guò)這種構(gòu)造一些設(shè)備明顯被簡(jiǎn)化和加速。此外從人體工程學(xué)角度考慮，通過(guò)安裝在支撐臂上的平板電腦CP6203，操作單元可靈活地移動(dòng)，幾乎可以旋轉(zhuǎn)360°，這樣面板總是伸手可及，但在進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)卻不會(huì)擋道?！?/p>
針對(duì)簡(jiǎn)單和高效工程的運(yùn)動(dòng)技術(shù)庫(kù)
作為控制計(jì)算機(jī)的內(nèi)置平板電腦CP6203有一個(gè)19英寸的觸摸屏和英特爾酷睿2雙核處理器(2.26?GHz)，操作系統(tǒng)是Windows XP，控制軟件為T(mén)wincat NC1。Andreas Tobler說(shuō)道：“從操作盡可能簡(jiǎn)單這方面考慮，對(duì)我們而言最大的優(yōu)點(diǎn)是給定的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，Twincat的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換(3級(jí))為Delta機(jī)器人提供了很好的解決方案，特別是像我們這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到要通過(guò)高速和相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械來(lái)完成高效的部件輸送，在3年前研發(fā)工作開(kāi)始的時(shí)候，Beckhoff是開(kāi)放式控制系統(tǒng)的唯一供貨商，它通過(guò)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)模塊滿足了與我們自己機(jī)器人進(jìn)行匹配的所有要求?！?/p>
圖3 帶19英寸觸摸屏的內(nèi)置平板電腦CP6203為清楚展示Twincat HMI創(chuàng)建的可視化提供了足夠的空間
在軟件方面，Twincat的靈活性也為個(gè)性化匹配提供了足夠的空間，Delta機(jī)器人的定位不再像平常那樣通過(guò)NC程序控制，而是直接在可編程控制器軟件Twincat PLC中完成，Andreas Tobler解釋說(shuō)：“從設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，我們希望整個(gè)測(cè)試單元都能由PLC控制，為此對(duì)一個(gè)特殊模塊進(jìn)行編程處理，以便能夠直接給定位置，此外這一過(guò)程只需設(shè)定參數(shù)，這一方案大大簡(jiǎn)化了過(guò)程控制，這樣一來(lái)，訓(xùn)練時(shí)通過(guò)操作面板就可以很方便地定位，不再需要改變NC程序?！?/p>
5個(gè)伺服和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)軸負(fù)責(zé)定位設(shè)置的動(dòng)態(tài)實(shí)施：3個(gè)雙通道伺服放大器AX5206通過(guò)3個(gè)AM3033和2個(gè)AM3022伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)3個(gè)機(jī)器人軸和2個(gè)表面檢測(cè)站的轉(zhuǎn)盤(pán)，此外還有2個(gè)帶步進(jìn)電機(jī)AS1000的步進(jìn)電機(jī)端子EL7031用于控制中間的旋轉(zhuǎn)站，以及2個(gè)Ethercat耦合EK1100和總共55個(gè)Ethercat端子用于I/O數(shù)據(jù)處理。
普遍集成的架構(gòu)簡(jiǎn)化了操作
在ATS的研發(fā)員René Meili看來(lái)，僅通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的集成，PC控制及其集成的控制構(gòu)架便提供了巨大的優(yōu)勢(shì)，Twinsafe使設(shè)備安全也成為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)集成組成部分：“平板電腦承擔(dān)了所有的控制和可視化任務(wù)，從人性化操作到Delta機(jī)器人，這樣便不再需要獨(dú)立的機(jī)器人和安全控制系統(tǒng)，這種普遍集成的控制架構(gòu)簡(jiǎn)化了操作，降低了解決方案的成本?！?/p>
Andreas Tobler也證實(shí)了這些優(yōu)勢(shì)：為了能在任何運(yùn)行狀態(tài)下保證設(shè)備的安全，我們決定采用集成的安全方案Twinsafe，它由Twinsafe-PLC EL6900、4個(gè)Twinsafe數(shù)字輸入端子EL1904和一個(gè)Twinsafe數(shù)字輸出端子EL2904實(shí)施，此外還有3個(gè)伺服放大器AX5206的Twinsafe驅(qū)動(dòng)選項(xiàng)卡AX5805，緊急停機(jī)(STO)和防護(hù)門(mén)監(jiān)控等安全功能通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)，我們從Ethercat中受益匪淺，除了高效外，它還具有連續(xù)數(shù)據(jù)交流優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗婚_(kāi)始就以只采用一個(gè)總線系統(tǒng)探測(cè)I/O數(shù)據(jù)、解決安全性和同步驅(qū)動(dòng)為目標(biāo)。Brüeggli Industrie的質(zhì)量和服務(wù)小組負(fù)責(zé)人Giuseppe Pennimpede談到另一方面：“Twincat HMI的應(yīng)用同樣帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)無(wú)縫集成的可視化，需要的變量不必通過(guò)數(shù)據(jù)輸出或輸入就能獲得，變量的修改也可以迅速而準(zhǔn)確地完成?！?/p>
